DD159978A5

DD159978A5 - Verfahren fuer die herstellung von farbigen thermoplastischen erzeugnissen

Info

Publication number: DD159978A5
Application number: DD81231142A
Authority: DD
Inventors: Kuldip S Chopra; George E Ealer; George A Salensky
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1983-04-20
Also published as: ZA813914B; EP0042627A1; JPS5744628A; CA1184330A; NO155777C; EP0042627B1; NO155777B; NO812034L; CS229672B2; JPS5953292B2; DE3173551D1; AU7216681A

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren derart zu verbessern, dass eine Verarbeitung auch bei hoeherer Temperatur moeglich ist und fehlerfreie Erzeugnisse erhalten werden. Erfindungsgemaess wird ein verbessertes Farbkonzentrat mit wenigstens einem Farbpigment verwendet, das eine hohe Zersetzungstemperatur aufweist. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist gekennzeichnet durch Mischen eines thermoplastischen Harzes zusammen mit wenigstens einem Farbpigment, bestehend aus Mangan(II,IV)-oxid, durch Erwaermen d. Gemisches auf erhoehte Temp., um d. thermoplastische Harz zu schmelzen und d. Farbpigment in dem gesamten Harz gleichmaessig zu verteilen, sowie durch Formgeben des thermoplastischen Harzes zur Gewinnung des Fertigerzeugnisses. Das erfindungsgemaess verwendete Farbpigment besteht aus wenigstens etwa 20 bis 50 Masse-% des thermoplastischen Harzes, aus etwa 10 bis 70 Masse-% eines Mangan(II,IV)-oxid-Pigmentes und aus 0 bis 70 Masse-% an zusaetzlichen Pigmenten, Antioxydationsmitteln und einem Dispergierungsmittel in dem Konzentrat.

Description

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Verfahren für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen

Anwendungsciobiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von thermoplastischen Erzeugnissen und im besonderen auf die Fertigung von farbigen thermoplastischen Folien, wie etwa solchen für die Herstellung von Abfallbeuteln und dgl» Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verbesserte Farbkonzentrate zur Verwendung bei der Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Herstellung von farbigen thermoplastischen Folien nach bekannten Verfahren wird ein Farbkonzentrat, bestehend aus einem Pigment oder aus mehreren Pigmenten, mit einem thermoplastischen Harz zusammengemischt, wobei diese thermoplastischen Harze meistens in Form von Harzpellets vorliegen« Dabei werden die Farbkonzentrate und die Harz« pellets in dem Gemisch auf erhöhte Temperaturen erwärmt, um die Harzpellets zum Schmelzen zu bringen und die Färb« pigmente im wesentlichen gleichmäßig in dem gesamten Harz zu dispergieren« Eine wesentliche Forderung an das Farbkonzentrat besteht darin,.daß es Farbpigmente aufweisen muß, welche stabil sind und bei den voraussichtlichen Temperaturen nicht abgebaut werden» Dies ist nicht nur vom Standpunkt der Aufrechterhaltung einer guten Farbintegrität von Bedeutung, sondern auch zwecks Verhinderung des Auftretens von Fehlern in der Folie selbst» Beispielsweise

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stellt gelbes Eisenoxid (Fe₂O₃^H₂O) ein allgemeines Pigment dar, das zur Herstellung von braunen oder gelbbraunen Plastfolien zur Fertigung von Abfallbeuteln und dgl, verwendet wird* Dieses Material verliert Hydratwasser bei etwa 204 °C (400 ⁰F)_# Wenn eine thermoplastische Folie mit diesem Pigment bei Temperaturen stranggepreßt wird, die diese Zersetzungstemperatur übersteigen, kann es leicht zu einem Auftreten solcher Fehler in der Folie kommen. Die Fehler treten in der Hauptsache in Form von winzig kleinen Blasen auf, die sich auf Grund des Hydratwassers oder der Feuchtigkeit ergeben, das bzw, die bei der Dehydratisierung des Pigmentes in Freiheit gesetzt wird.

Das Ausmaß, nach welchem die Fehler aller Wahrscheinlichkeit nach in der Folie anzutreffen sind, kann mit Hilfe der sogenannten "Aschenprüfung" bestimmt werden, wobei ein Pigment auf seine Zersetzungstemperatur erwärmt und im Anschluß hieran der prozentuale Rückstand oder die Asche gemessen wird. Wenn ein Pigment einen hohen prozentualen Aschengehalt aufweist, werden im allgemeinen die Verluste oder die flüchtigen Substanzen gering und folglich weniger Fehler in der Folie zu verzeichnen sein» Da es mitunter wünschenswert oder notwendig ist, viele von den neuerdings entwickelten thermoplastischen Harzen bei hohen Temperaturen strangzupressen, wird die Notwendigkeit zur Herstellung von verbesserten Farbpigmenten mit hohen Zersetzungstemperaturen und mit höhen prozentualen Aschengehalten ganz besonders dringlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung· ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens für die Herstellung von

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farbigen thermoplastischen Erzeugnissen und im besonderen für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Folien, wie sie bei der Fertigung von Abfallbeuteln und dgl* verwendet werden«

Wesens der Erfindung

Der.Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermoplastisches. Harz mit wenigstens einem Farbpigment mit einer guten thermischen Stabilität zusammenzumischen und sodann auf erhöhte Temperaturen zu erwärmen, um das Harz zum Schmelzen zu bringen und das Pigment in gleichmäßiger Weise fein zu verteilen«-

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Farbkonzentrat mit wenigstens einem Farbpigment zur Verfügung gestellt, das eine hohe Zersetzungstemperatur aufweist und über einen prozentualen Aschengehalt verfügt, der größer ist als derjenige der Eisenoxidpigmente, von denen in bekannter Weise gernäß dem früheren Stand der Technik Gebrauch gemacht wurde*

Insbesondere wird erfindungsgemäß ein verbessertes Pigment zur Verwendung bei der Herstellung von thermoplastischen Erzeugnissen und im besonderen bei der Herstellung von farbigen thermoplastischen Folien zur Verfügung gestellt. Dieses verbesserte Pigment enthält Mangan(II,IV)~oxid oder ein Material mit dem Mangan( II,IV).-oxid als Grundbestandteil, Bei einer bevorzugten Verkörperung der vorliegenden Erfindung wird das Pigment in der Form eines Farbkonzentrates mit wenigstens etwa '20 bis 50 Masse~/j eines thermoplastischen Harzes verwendet, wobei der Rest beispielsweise aus zugegebenen Pigmenten, Antioxydationsmitteln und Dis-

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pergierungsmitteln besteht». Das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment kann im Bereich von etwa 10 bis 70 Masse~/o an dem gesamten Farbkonzert rat beteiligt sein«

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß reines Mangan(I±,IV)~oxid oder ein Material, welches vorwiegend Mangan(II,IV)-oxid in einem feinverteilten oder pulverisierten Zustand enthält, ein ideales Farbpigment zur Verwendung bei solchen Anwendungen darstellt, bei denen bekannte Eisenoxidpigmente bis jetzt bei der Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen und im besonderen bei der Herstellung von farbigen thermoplastischen Folien verwendet worden sind_# Es ist beispielsweise festgestellt Worden, daß. feinverteiltes Mangan(II,IV)-oxid, wenn es als Farbpigment eingesetzt wird, im Grunde genommen dieselbe Farbpigmentation ergibt, wie dies bei den "gelben" oder "gelbbraunen" Eisenoxidpigmenten gemäß dem früheren Stand der Technik der Fall ist, während gleichzeitig das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment stabiler ist (d* h_t, es weist eine Zersetzungstemperatur von etwa 316 C (600 ⁰F) auf) und über einen prozentualen Aschengehalt von mindestens etwa 99 % verfügt» Demzufolge können, wenn dieses Material als Farbpigment als Ersatz für die bekannten Eisenoxide benutzt wird, Strangpreßtemperaturen verwendet werden, die weit über den Temperaturen liegen, von denen im allgemeinen jetzt Gebrauch gemacht wird-.

Es ist erwünscht, daß das als Farbpigment benutzte Mangan(II_tIV)-oxid eine feinverteilte oder pulverisierte Teilchengröße aufweisen muß« Zum Beispiel muß die Teilchengröße des Mangan(II,IV)- .

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oxides, welches bei der Herstellung von thermoplastischen Folie; eingesetzt wird, kleiner als etwa 2',um sein· Dies ist von Bedeutung, um zu einer gleichmäßigen Dispergierung des Pigmentes innerhalb des gesamten Harzes zu gelangen und auch den gewünsch ten Grad der Lichtundurchlässigkeit zu erhalten· Bei Anwendungen im Rahmen des Fonnpressens für die Herstellung von anderen thermoplastischen Erzeugnissen kann eine größere Teilchengröße toleriert werden, obwohl es vom Standpunkt der Lichtundurchlässigkeit wünschenswert ist, eine möglichst kleine Teilchengrö zu verwenden* Im allgemeinen erweist sich ein Bereich der Teilchengröße zwischen etwa 0,1 bis 5 /um bei diesen Anwendungen als zufriedenstellend»

Wie angegeben, kann das Mangan(TI,IV)-oxid-Pigment, von dem bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung Gebrauc gemacht wird, im wesentlichen reines Mangaη(II,IV)-oxid oder eine.Zusammensetzung oder ein Material mit vorwiegend Mangan(II IV)-oxid sein, d.h.«,, mit Mengenanteilen größer als etwa 60 Mass Ein besonders gutes mangan(II,IV)-oxid-haltiges Material zur Verwendung als Pigment ist ein Mn^O.-Rauch» Dieser wird als Nebenprodukt in elektrometallurgischen Öfen erzeugt, von denen in bekannter Weise bei der Herstellung des Manganmetalles Gebrauch gemacht wird« Der Rauch wird aus den Abgasen solcher Öfen in bekannten Rückgewinnungsanlagen leicht wiedergewonnen«

In typischer V/eise enthält der ΜηοΟ,-Rauch etwa 96 bis 98 Masse reines Mangan (II, IV }oxicL# Der Rest entspricht einem Gemisch, welches Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kaliumoxid und Siliziumoxid mit weniger als etwa 1 Masse-fS des freien Manganmetalles enthält« Die durchschnittliche Teilchengröße des Rauches liegt zu etwa 90 % unterhalb von 2,um, der Rest entspricht dem Teilchengrößenbereich von etwa 2 bis 5/um«

Das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer Vielzahl von thermoplastischen Harzen für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen und im

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besonderen für die Herstellung von lichtundurchlässigen plastischen Folien verwendet werden, wie sie in bekannter Weise bei der Fertigung von Abfallbeuteln und dgl. benutzt werden· Beispielsweise kann das Pigment zusammen mit Polyolefinharzen, wie etwa mit Polyäthylen und Polypropylen sowie ebenfalls mit Polyestern, Polyamiden und Polysulfonen, eingesetzt werden·

Obgleich die Möglichkeit besteht, das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment gesondert für sich dem thermoplastischen Harz zusammen mit anderen Pigmenten, falls es gewünscht wird, in bekannten Strangpressen zuzusetzen, wird das Mangan(II,IV)'-oxid-Pigment vorzugsweise dem Grundharz in der Form eines Farbkonzentrates zugegeben* Das Konzentrat wird bevorzugt, da das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment und die anderen Zusatzstoffe in dem Konzentrat in einem vordispergierten Zustand vorliegen und eine gleichmäßigere Verteilung der gesamten Zusatzstoffe in dem thermoplastischen Harz gewährleisten· " .

Ein typisches Farbkonzentrat für die Verwendung mit einem Polyäthylenharz-Grundbestandteil setzt sich dabei beispielsweise wie folgt zusammen: . .

Bestandteile Masse-^

Polyäthylenharz ·· .....·....·.·«·.... 49*35

Antioxydationsmittel ···················*· 0,15

Mangan(II,IV)-oxid-Rauch-Pigment .·......· 30,00

Dispergierungsmittel ·················..·· 0,5

Sowohl das Titan(IV)-oxid (TiOg) als auch andere bekannte Pig- .* mente einschließlich des Eisenoxides können, falls dies gewünscht wird, in Verbindung mit dem Mangan(II,IV)-oxid-Pigment gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Mengenanteilen verwendet· werden, um zu der gewünschten Färbung oder Farbe zu gelangen* Im Grund genommen ergibt das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment eine deutlich braune oder gelbbraune Färbung, die gelblicher und dunkler ist als das Standard"gelb" des Eisenoxidpigmentes·

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Die Zugabe von Titan(IV)~oxid zu dem Pigment. neigt dazu, die Grundfarbe in Abhängigkeit von der Menge, die benutzt wird, aufzuhellen* Umgekehrt kann die¹ Farbe des Mangan(II, IV)-oxid~Pigmentes wesentlich durch die Zugabe von Ruß dunkler gemacht werden, der auch ein bekanntes Pigment gemäß dem früheren Stand der Technik darstellt» In der Tat werden diese beiden Pigmente bei Standarduntersuchungen des "Farbtones" und von "Farbnuancen" verwendet, um die Anpassungsfähigkeit eines gegebenen Pigmentes an eine Farbmodifikation zu bestimmen* Die Menge der verschiedenen Pigmente,, von denen bei dem Farbkonzentrat Gebrauch ge*-* macht wird, wird von der besonderen Farbe oder Farbtönung abhängen, die zu erzielen· ist» Im allgemeinen wird das Farbkonzentrat etwa 10 bis 70 Masse-% an Mangan(II,IV)~oxid« Pigment aufweisen, wobei sich der Rest meistens aus dem Grundharzbestandteil, und anderen Farbmodifikationspigmenten, wie etwa dem Titan(IV)*-oxid_t zusammensetzt.

Das Farbkonzentrat gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls ein Antioxydationsmittel enthalten, wie etwa Tetrakis-rmethylen~3-(3',5-di~t-butyl-4^l-hydroxyphenyl) propionatjmethan-lrgonox, butyliertes Hydroxytoluol oder alkylierte Diphenolharze» Der Zweck des Antioxydationsmittels besteht darin, eine Verschlechterung des Polymers bei erhöhten Temperaturen zu verhindern«

Ein Dispergierungsmittel kann ebenfalls in dem Farbkonzentrat verwendet werden, um dafür zu sorgen, daß sämtliche •Pigmente in dem Konzentrat und Harz gleichmäßig.verteilt werden. Ein geeignetes Dispergierungsmittel kann zum Beispiel das Aluminiumtristearat sein«

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Es gilt selbstverständlich als erwiesen, daß, wenn andere . Öxidpigmente eingesetzt werden, wie etwa das Titan(IV)~oxid, diese ebenfalls eine feinverteilte oder pulverisierte Teilchengröße aufweisen müssen, vorzugsweise kleiner als etwa 2 ^m in dem Falle der thermoplastischen Folien» Auch kann, wie weiter oben angegeben, das Mangan(II,IV)~ oxid-Pigment gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls in einer Kombination mit verschiedenen Arten der Eisenoxidpigmente verwendet werden, d, h«, in einer Kombination mit gelbem oder rotem Eisenoxid« Es ist jedoch sorgfältig zu bestimmen, daß die besonderen Strangpreßtemperaturen, von denen Gebrauch gemacht wird, nicht die Zersetzungs- . temperatur des Eisenoxidpigmentes übersteigen.

Das geformte, farbige, thermoplastische Erzeugnis, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wird im allgemeinen etwa 0,1 bis 20 Masse~/o des Mangan(II,lV)~oxid~Pigmentes enthalten, ob nun der Zusatz direkt zu dem Gemisch oder in der Form des'Farbkonzentrates erfolgt ist * Die thermoplastischen Erzeugnisse können durch Strangpressen oder durch Formverfahren hergestellt werden, die auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt sind,

Ausführungsbeispiel

Bei einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine Plastfolie unter Verwendung einer bekannten Strangpresse und eines Polyäthylenharz-Grundbestandteiles mit einem feinver.teilten Mangan(II,IV)-oxid-Rauch als Pigment (Mn₃O₄) stranggepreßt« Das Pigment verlieh der Folie eine sehr deutliche braune Färbung, die gelblich und dunkler

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war als das Standardgelb des gelben Eisenoxides, Es wurde ebenfalls festgestellt, daß das Mangan(II,IV)-oxid-Pigment in dem gesamten Folienharz ziemlich gut zur Dispersion gelangte« Die Folie wurde ebenfalls auf Lichtundurchlässigkeit geprüft* Es· wurde dabei festgestellt, daß die Liehtundurchlässigleit des Folienmaterials unter Herstellung mit dem Mangan(II,IV)~oxid~Pigment geringfügig unter derjenigen des Folienmaterials lag, welches mit dem Standardgelb des gelben Eisenoxides hergestellt wurde, aber für noch akzeptabel angesehen wurde. Das Mangan(II,IV)-oxid~Rauch-Pigment wurde ebenfalls Standarduntersuchungen des Aschen*« gehaltes unterworfen, bei denen das Pigment bei Temperaturen von etwa 316 C (600 F) zur Verbrennung gebracht und der Rückstand einer Analyse unterzogen wurde. Es wurde dabei ermittelt, daß der Mangan(II,IV)~oxid~Rauch einen prozentualen Aschengehalt von etwa 99,85 % aufwies, der einen

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ziemlich günstigen Vergleich mit dem prozentualen Aschengehalt des gelben Standardeisenoxides lieferte» Dieser lag bei etwa 88 %· Somit kann das Mangan(II,IV)-»oxid-Pigment bei Hochtemperatur-Strangpreßverfahren für die Herstellung von thermoplastischen Erzeugnissen oder Folien verwendet werden, bei denen es bis jetzt nicht möglich gewesen ist, andere Pigmente, wie zum Beispiel das gelbe Eisenoxid, einzusetzen» Diese erleiden bei niedrigeren Temperaturen eine Zersetzung und ergeben einen hohen prozentualen Mengenanteil an flüchtigen Substanzen (zum Beispiel Hydratwasser) in der Größenordnung von 10 bis 15 %* Das Mangan-(II,IV)-oxid-Pigment wurde ebenfalls einer Standarduntersuchung der Farbtönung und der Farbnuancen unterworfen· Es wurde dabei festgestellt, daß eine ziemlich gute Anpassungsfähigkeit an Farbmodifikationen durch die Zugabe anderer Pigmente, wie etwa von-Titan(IV)-oxid, erzielt werden konnte·

Claims

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Erf'indungsanspruch

1, Verfahren für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen, gekennzeichnet durch Mischen eines thermoplastischen Harzes zusammen mit wenigstens einem ' Farbpigment, bestehend aus Mangan(II,IV)~oxid, durch Erwärmen des Gemisches auf erhöhte Temperaturen, um das thermoplastische Harz zu schmelzen und das Farbpigment in dem gesamten Harz gleichmäßig zu verteilen, sowie durch Formgeben des thermoplastischen Harzes zur Gewinnung des Fertigerzeugnisses.

Verfahren für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen gemäß Punkt i, gekennzeichnet dadurch, daß das Farbpigment dem thermoplastischen Harz in der Form eines Farbkonzentrates zugesetzt wird, bestehend aus wenigstens etwa 20 bis 50 Masse-% des thermoplastischen Harzes, aus etwa 10 bis 70 Masee~/o eines Mangan( II,. IV)~oxid~Pigmentes und aus 0 bis 70 Masse-% an zusätzlichen Pigmenten, Antioxydationsmitteln und einem Dispergierungsmittel in dem Konzentrat.

3« Verfahren für die Herstellung von farbigen thermoplastischen Erzeugnissen gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, • daß das* thermoplastische Harzgemisch auf Temperaturen von wenigstens etwa 316 ⁰C (600 ⁰F) erwärmt wird*

4, Farbkonzentrat zur Verwendung bei der Herstellung von

farbigen thermoplastischen Erzeugnissen, gekennzeichnet . durch die folgende Zusammensetzung: etwa 20 bis 50 Masse-io des thermoplastischen Harzes,.etwa 10 bis 70 Masse-% eines Mangan(II,IV)-oxid~Pigmentes und 0 bis 70 Masse-%

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an zusätzlichen Pigmenten, Antioxydationsmitteln und einem Dispergierungsmittel in dem Konzentrat»

5# Farbkonzentrat gemäß Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Pigment aus einem Mangan(II,IV)-oxid-Rauch mit wenigstens etwa 96 Masse-% Mangan(II»IV)~oxid besteht«

6· Farbiges thermoplastisches Erzeugnis, gekennzeichnet durch ein thermoplastisches Harz in einer Zusammensetzung mit etwa 0,1 bis 20 Masee-% eines Mangan)II,rv)-oxid-Pigmentes·

7· Farbiges thermoplastisches Erzeugnis gemäß Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung des thermoplastischen Harzes aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Polysulfonen·

8· Farbiges thermoplastisches Erzeugnis gemäß Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß es sich um eine stranggepreßte Folie handelt·

9· Farbiges thermoplastisches Erzeugnis gemäß Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß es sich um ein formgepreßtes Erzeugnis handelt·