DE10159713A1 - Granulierte optische Aufheller - Google Patents

Abstract

Granulierte optische Aufheller, die mit einem Wachs umhüllt sind.

Description

• Optische Aufheller für Kunststoffe werden als feine Pulver vermarktet, die nicht fließfähig sind und beim Chargieren stark zur Staubbildung neigen. Die damit verbundenen ökologischen Nachteile solcher Stäube allgemein sind bekannt. Beim direkten Einsatz solcher Pulver besteht darüber hinaus die Gefahr, dass im aufgehellten Kunststoff Unregelmäßigkeiten auftreten können dadurch bedingt, dass bei unterschiedlich anfallender Korngröße der Aufhellerpartikel auch Unegalitäten im aufgehellten Kunststoff zu beobachten sind. So kann beispielsweise beim Aufhellen von Polyethylenvinylacetat und bei Polyvinylchlorid die Pulverapplikation des Aufhellers zu einem unregelmäßig fluoreszierenden Erscheinungsbild führen welches besonders unter UV-Licht (max. 376 nm) durch Punkt- und Streifenbildung erkenntlich macht. Solche Produkte entsprechen nicht den Qualitätsanforderungen des Verbrauchers.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Aufheller so zu formulieren, dass er einerseits staubfrei und rieselfähig handhabbar ist und andererseits in Kunststoffen homogene Aufhelleffekte ergibt.
• Es wurde nun gefunden, dass granulierte Aufheller, hergestellt durch eine Belegung des Aufhellerpulvers mit einem Wachs, diesen Anforderungen entsprechen.
• Die Applikationstechnologie zur Beladung von Kunststoffadditiven mit Wachsen ist Stand der Technik. Am einfachsten geschieht es durch ein Vormischen des Aufhellers mit einem pulverisierten Wachs und Hochheizen des Gemisches bis zum Erweichungspunkt des Wachses. Durch langsames Abkühlen auf Raumtemperatur unter Rotation des Behälters werden staubfreie fließfähige Granulate erhalten. Auch besteht die Möglichkeit Wachsemulsionen oder in Wasser dispergierbare Wachsformulierungen mit dem Kunststoffadditiv homogen in wässrigem Medium, eventuell bei erhöhter Temperatur und unter Rührer zu vermischen wobei eine mit Wachs beladene Granulatform des Additivs entsteht.
• Möglich sind auch die in JP 10 251533 beschriebenen Verfahren, wobei die Wachsbelegung über einen Isobutanolfinish erfolgt. Gleiches gilt für die in DE-A 129 40 156 und WO 92/07912 beschriebene Verwendung eines Fliessbettverfahrens. Auch eine in DE 39 35 815 C2 beschriebene Wachsbesprühung oder die in EP 1 081 195 beschriebene Wachsapplikation mittels Sprühtrocknung sind geeignete Verfahren.
• Durch die beschriebenen Prozesse werden die Partikel des betreffenden optischen Aufhellers mit dem Wachs oder einem wachsartigen Polymer umhüllt oder belegt.
• Die erfindungsgemäßen Aufheller-Wachsgranulate weisen einen Teilchendurchmesser von 0,05 bis 5 mm auf. Besonders bevorzugt sind Granulate mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2 mm da diese sehr gut rieselfähig, gut dosierbar und staubarm sind und nach der Applikation homogene Aufbellungen ergeben.
• Wachse sind nicht einheitlich chemisch definiert und bilden eine Gruppe von Stoffen mit gleichen oder ähnlichen Gebrauchseigenschaften, gekennzeichnet durch besondere physikalische Eigenschaften.
• So bezeichnet der Begriff "Wachs" eine Reihe natürlicher oder künstlich gewonnener Stoffe, die in der Regel folgende Eigenschaften aufweisen: Bei 20°C knetbar, fest bis brüchig hart, grob bis feinkristallin, durchscheinend bis opak, jedoch nicht glasartig; über 40°C ohne Zersetzung schmelzend, schon wenig oberhalb des Schmelzpunktes verhältnismäßig niedrigviskos und nicht fadenziehend, stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit, unter leichtem Druck polierbar (vgl. Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, Band 24, 4. Auflage 1983, S. 1-49. Verlag Chemie, Weinheim und Römpps Chemie-Lexikon, Band 6, 8. Auflage 1988, S. 463, Franck'sche Verlagsbuchhandlung).
• Als Wachse werden bevorzugt: Naturwachse, wie Pflanzenwachse, z. B. Carnaubawachse, Candellilawachse, tierische Wachse, z. B. Bienenwachs, modifizierte Naturwachse, wie z. B. Paraffinwachs, Mikrowachse, teilsynthetische Wachse, wie z. B. Montanesterwachse, oder vollsynthetische Wachse wie Polyolefinwachse, z. B. Polyethylen und Polypropylenwachse, Polyethylenglykolwachse, Cycloolefincopolymerwachse, Amidwachse wie z. B. N,N'-Distearylethylendiamin.
• Besonders bevorzugt sind Polyolefinwachse, sowie polare Gruppen enthaltende Polyolefinwachse, entstanden durch nachträgliche Oxidation des Polyolefinwachses, durch Pfropfreaktion mit Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Carbonsäureanhydrid- oder Hydroxygruppen enthaltendem Monomer.
• Als wachsartige Polymere sind höhermolekulare Verbindungen, die einen wachsartigen Charakter aufweisen und vorzugsweise durch Polykondensations- oder Polyadditionsverfahren hergestellt wurden, geeignet, z. B. thermoplastische Polyester-, Epoxid-, Styrol-Acrylat-Copolymer-, Styrol-Butadien-Copolymer-, Cycloolefincopolymer-Harze, wie z. B. ®Topas.
• Um eine ausreichende Löslichkeit bei erhöhter Temperatur im Kunststoff als auch in organischen Lösungsmitteln zu besitzen, weisen die Polymere meist ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von bis zu 20000. Bevorzugt sind Wachse mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts bis zu 10000, besonders bevorzugt mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts bis zu 5000. Der Tropfpunkt der erfindungsgemäß eingesetzten Wachse oder die Erweichungstemperatur der Polymere liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 180°C, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 140°C.
• Je nach Anwendungsgebiet des Granulates kann die Menge und die Art des Wachses oder Polymers variieren, vor allem um die Verträglichkeit mit dem Anwendungsmedium zu gewährleisten.
• Um ein definiertes Eigenschaftsprofil zu erzeugen, ist es auch möglich, eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Wachsen oder Polymeren zu verwenden.
• Die zum Einsatz gelangenden Optischen Aufheller sind nichtionisch und unabhängig von der chemischen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Bereich von 270 bis 400 nm absorbieren und im sichtbaren Spektrum von 400 bis 450 nm emmitieren. Bevorzugte optische Aufheller werden durch die Formeln 1 bis 5 wiedergegeben.
  
  
  
  
• Die Mengen an optischen Aufhellern, bezogen auf den aufzuhellenden Kunststoff, belaufen sich normalerweise zwischen 1 und 1000 ppm abhängig vom Kunststoff und dem zu erzielendem Weiß. Bei der Herstellung von Vorabkonzentraten können auch Mengen von 0,1-30% bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffes eingesetzt werden. Die optischen Aufheller können einzeln oder in Mischung zur Anwendung gelangen. Dabei können auch synergistische Effekte beobachtet werden.
• Die Granulate können zum Aufhellen von hochmolekularen organischen Materialien eingesetzt werden. Diese können natürlicher oder synthetischer Herkunft sein. Es kann sich z. B. um Naturharze, trocknende Öle oder Kautschuk handeln. Es kann sich aber auch um abgewandelte Naturstoffe handeln, wie z. B. Chlorkautschuk, Zellulosederivate und besonders um vollsynthetische organische Polymere (Kunststoffe), die durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition hergestellt sind. Aus der Klasse der durch Polymerisation hergestellten Kunststoffe seien besonders folgende genannt: Polyolefine wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyisobutylen, substituierte Polyolefine wie z. B. Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetale, Polyacrylnitril, Polyacrylsäure und Polymethacrylsäure bzw. deren Ester, oder Polybutadiene sowie Copolymerisate davon.
• Aus der Klasse der durch Polyaddition und Polykondensation hergestellten Kunststoffe seien genannt: Polyester, Polyamide, Polyimide, Polycarbonate, Polyurethane, Polyether, Polyacetale sowie Kondensationsprodukte von Formaldehyd mit Phenolen oder Harnstoff, Thioharnstoff, oder Melamin.
• Das genannte hochmolekulare Material kann einzeln oder in Mischung in Form von Kunststoffmassen oder Schmelzen vorliegen. Es kann auch in Form seiner Monomeren vorliegen welche nach der Aufhellerdosierung polymerisiert werden.
• Ganz besonders gute Effekte werden beim Aufhellen von Copolymerisaten aus Ethylen und Vinylacetat, Polyethylenvinylacetat oder auch bei Polyvinylchlorid erhalten.
• Die Verbesserung der Egalität lässt sich besonders gut konstatieren wenn der aufzuhellende Kunststoff nach der Behandlung dem Schäumen unterworfen wird.
• Das genannte hochmolekulare organische Material kann einzeln oder in Mischungen in Form von Kunststoffmassen oder Schmelzen vorliegen. Auch ist es möglich, die erfindungsgemäße Form der optischen Aufheller in die den Polymeren zugrunde liegenden Monomere einzuarbeiten und den entsprechenden Kunststoff durch Polymerisation des aufhellerhaltigen Monomers aufzuhellen. Zweckmäßigerweise wird der optische Aufheller in einer Menge von 50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise aus 60 bis 95 Gew.-%, und das Wachs oder Polymer in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 40 Gew.-% des Aufhellergranulates, eingesetzt.
Beispiel 1
• Es werden 150 Teile des Montanwachsesters (Säurezahl 13-26 KOH/g) Licolub® WE 40 mit 850 Teilen des Aufhellers der Formel 1 in einem Glasbehälter 2 Stunden auf dem Rollbock bei Raumtemperatur homogen gemischt. Anschließend wird in einer N2 Atmosphäre ohne Bewegung 10 Stunden bei 105°C gelagert. Bei langsamer Rotation mit einer Umdrehungszahl von ca. 16 U/min wird innerhalb von 6 Stunden auf RT abgekühlt. Man erhält ein staubfreies, gut rieselfähiges Granulat mit einer Korngröße von 0,5-5 mm Durchmesser.
• Das Staubverhalten des Granulates wird mit Hilfe eines Sedimentationsstaubmessgerätes fotometrisch ermittelt. Die Staubzahl beträgt 2. Die dem Granulat zugrunde liegende pulverförmige Substanz des Aufhellers der Formel 1 besitzt eine Staubzahl von 14.
  (1 = nicht staubend; 16 = stark staubend)
Beispiel 2
• Eine Mischung bestehend aus
  80,8 Teilen Polyethylenvinylacetat
  16,2 Teilen CaCO₃
  0,8 Teilen Stearinsäure
  0,8 Teilen Zinkoxid
  1,4 Teilen Schäumungsmittel z. B. Azodicarbonamid
  sowie 0,04 Teile des Aufhellers der Formel 1 herkömmlicher Formulierung (Reinheitsgrad > 99%) werden bei 165°C während 10 min auf einem Walzenstuhl so behandelt, dass eine ca. 2 mm dicke Folie entsteht.
• Die so erhaltene Folie wird unter UV Licht mit einem Intensitätsmaximum bei 376 nm betrachtet.
• Das Erscheinungsbild ist nicht homogen und weist stippenförmige, punktuelle Unregelmäßigkeiten auf.
Beispiel 3
• Es wird wie bei Beispiel 2 gearbeitet. Als Aufheller werden jedoch 0,046 Teile des Granulates von Beispiel 1 eingesetzt. Die so erhaltene Folie weist eine einheitliche Fluoreszenz auf.
Beispiel 4
• Eine Mischung bestehend aus
  67,0 Teilen Polyvinylchlorid
  30,6 Teilen Diisodecylphthalat
  1,9 Teilen Dibutylzinnthioglykolat
  0,5 Teilen Titandioxid (Anatas)
  wird mit 0,1 Teil eines Aufhellers der Formel 2 in herkömmlicher Formulierung versetzt. Die Mischung wird auf dem Walzenstuhl bei 130°C während 10 min. erhitzt, wobei durch ständiges Abstreifen und erneutem Auswalzen der 1 mm dicken Folie die bestmögliche Verteilung des Aufhellers in der Masse erzielt wird.
• Die abgezogene Folie wird wie bei Bsp. 2 beschrieben unter UV Licht abgemustert und weist erkennbare Unregelmäßigkeiten in Form von Streifenbildung auf.
Beispiel 5
• Es wird wie bei Beispiel 4 gearbeitet. Als Aufheller gelangen jedoch 0,115 Teile der Aufhellerformulierung aus Versuch 1 zur Anwendung. Man erhält unter UV Licht eine homogen fluoreszierende PVC Folie.
Beispiel 6
• Es wird wie bei Beispiel 1 gearbeitet.
• Die eingesetzte Wachsmenge beträgt jedoch 500 Teile. Als Aufheller kommen 500 Teile eines handelsüblichen Produktes der Formel 1 zur Anwendung. Es wird ein staubfreies Granulat mit ausgezeichneter Rieselfähigkeit erhalten.
Beispiel 7
• Es wird wie bei Beispiel 4 gearbeitet. Als Aufheller werden jedoch 0,02 Teile des Aufhellers der Formel 1 eingearbeitet. Die Abmusterung unter UV Licht zeigt eine erkennbare Streifenbildung.
Beispiel 8
• Es wird wie bei Beispiel 7 gearbeitet. Als Aufheller werden jedoch 0,04 Teile des Aufhellers, hergestellt nach Formel 6 eingesetzt. Man erhält eine homogen fluoreszierende PVC Folie.

Claims (6)

1. Granulierte optische Aufheller, die mit einem Wachs oder wachsartigen Polymer umhüllt sind.

2. Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Polyolefinwachs enthalten.

3. Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Wachs oder wachsartige Polymer in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-% enthalten.

4. Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Teilchendurchmesser von 0,05 bis 5 mm aufweisen.

5. Verfahren zur Herstellung von granulierten optischen Aufhellern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den optischen Aufheller und das Wachs oder wachsartige Polymer bei Raumtemperatur homogen vermischt, über den Erweichungspunkt des Wachses erhitzt und anschließend unter langsamer Rotation abkühlt.

6. Verwendung der granulierten Aufheller nach Anspruch 1 zum Aufhellen von hochmolekularen organischen Materialien.