DE102004005837B3

DE102004005837B3 - Granulierte nichtionische und wasserunlösliche optische Aufheller

Info

Publication number: DE102004005837B3
Application number: DE200410005837
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Martini; Jean-Luc Dr. Mura; Roland Grimm
Original assignee: Clariant GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2024-02-07

Abstract

Granulierte nichtionische und wasserunlösliche optische Aufheller, die frei sind von Additiven, werden erhalten durch Kompaktierung eines optischen Aufhellers in Pulverform in einer Druckkompaktierungsmaschine unter einem Druck von 3 bis 50 kNewton/cm Rohrlänge und anschließender Zerkleinerung des erhaltenen Kompaktats.

Description

Granulierte, nicht staubende und rieselfähige nichtionische optische Aufheller für Kunststoffe sind in DE 101 14 696.5-44 beschrieben. Dabei wird die Granulatform des Aufhellers durch eine Belegung des Aufhellerpulvers mit wachsartigen Stoffen erzielt.

DE 26 56 406 beschreibt die Herstellung von staubarmen, bevorzugt wasserlöslichen optischen Aufhellern durch Zugabe von Staubbindemittel, wobei nichtstaubende Mischungen entstehen. DE 39 10 275 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Farbstoffpellets, wobei das Farbstoffpulver mit einem Wassergehalt von 10 bis 15 Gew.-% einer Strangpressagglomerisation unterworfen wird. Auch gemäß US 3,583,877 muss bei der Herstellung von basischen Farbstoffgranulaten ein Lösemittel zusammen mit einem unlöslichen Additiv, beispielsweise ein Wachs, hinzugegeben werden. Ebenso muss bei den in EP 264 049 , EP 115 634 oder EP 612 557 beschriebenen Verfahren in Gegenwart von Hilfsstoffen gearbeitet werden. WO 99/05226 beschreibt die Granulierung von wasserlöslichen Farbstoffen oder optischen Aufhellern in Gegenwart eines Extenders oder anderen Additiven.

Auf diese Art und Weise hergestellte Granulate können jedoch bei der Spinnfaseraufhellung von PES oder PA nicht unbedenklich verwendet werden, da die anhaftenden Additive zu Problemen beim Verspinnen der Fäden führen oder die Laufeigenschaften des versponnenen Fadens beeinträchtigen werden können. Auch bei der Recyclisierung von Ethylenglykol kann es zu unerwünschten Nebeneffekten kommen, so z.B. wenn wachsartige Substanzen aufnahmen und die Qualität des Ethylenglykols beeinträchtigen. Darüber hinaus kann es bei der hohen Temperaturbelastung während der Faserherstellung oder Verspinnung zu Vergilbungserscheinungen der Faser mit reduzierten Weißeffekten kommen.

Aus diesen Gründen wurden bisher bei der Faseraufhellung von PET und PA während der Faserproduktion nur Pulverprodukte eingesetzt, welche jedoch nicht fließfähig sind und beim Chargieren zur Staubbildung neigen. Die damit verbundenen ökologischen und toxikologischen Nachteile solcher Stäube sind bekannt. Auch kann es beim Dosieren solcher Pulver zu Klumpenbildung und Anbacken an den Gefässwandungen kommen. Für Dosieranlagen sind Granulate oder Pellets besser geeignet, da sie ein gutes Fliessverhalten aufweisen. In der Praxis kennt man die Dosierung mittels Masterbatch, wobei der optische Aufheller im Polyester oder Kunststoff in hohen Konzentrationen (bis zu 30 %) verteilt ist. Die Herstellung solcher Masterbatche ist jedoch sehr kostenaufwendig und ist ebenfalls mit den oben erwähnte ökotoxikologischen Problemen behaftet. Außerdem soll sich ein Aufhellergranulat in Ethylenglykol gut redispergieren, wenn anlagebedingt der Einsatz einer Ethylenglykol/Aufhellerdispersion gefordert wird.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass es gelingt additivfreie, granulierte oder pelletierte nichtionische, wasserunlösliche und additivfreie optische Aufheller herzustellen, wenn man das Aufhellerpulver unter erhöhtem Druck verpresst und anschließend zerkleinert.

Gegenstand der Erfindung sind granulierte, nichtionische und wasserunlösliche optische Aufheller, die frei sind von Additiven und die erhalten werden durch Kompaktierung eines optischen Aufhellers in Pulverform in einer Druckkompaktierungsmaschine unter einem Druck von 3 bis 50 kNewton/cm Rohrlänge und anschließende Zerkleinerung des erhaltenen Kompaktats.

Die Kompaktierung erfolgt in herkömmlichen Druckkompaktierungsmaschinen zwischen Walzen oder anderen Pressaggregaten wie z.B. Strangpressaggregaten vorzugsweise bei den sich unter den Druckbedingungen einstellenden Temperaturen und unter einem Druck von 3 bis 50, vorzugsweise 10 bis 35 kNewton/cm Rohrlänge. Die dabei entstehenden Platten oder Strängen werden anschließend durch eine Zerkleinerungsvorrichtung auf eine gewünschte Größe gebracht. Im Falle einer Kompaktierung mittels Druckwalzen wird der optische Aufheller über Schnecken auf die Walzen befördert, so dass ein Vorkompaktierung in der Schnecke erfolgt und die Endkompaktierung zwischen den Druckwalzen durchgeführt wird. Die Kompaktierungstemperatur wird ohne äußere Temperaturzuführung erreicht und kann zwischen 15 und 60°C liegen, vorzugsweise zwischen 20 und 40°C. Je nach Bedarf kann die Kompaktierung unter Stickstoff oder Vakuum mit oder ohne Rollenkühlung durchgeführt werden. Die durch die Kompaktierung erhaltenen Stränge, Schnecken oder Platten werden nach üblichen Verfahren auf die gewünschte Größe zerkleinert und die erhaltenen Granulate von Über- oder Untergrößen durch einen Siebprozess mit 2 oder mehr Sieben befreit. Die bevorzugten kompaktierten Granulate weisen einen Durchmesser von vorzugsweise 0,3 – 3 mm auf. Aber auch Granulate mit kleinerem oder größerem Durchmessern können in ihren Eigenschaften den gewünschten Anforderungen entsprechen. Die abgesiebten Über- oder Untergrößen werden dem Granulierungsprozess erneut zugegeben.

Die kompaktierende Granulierung kann mit handelsüblichen Granuliermaschinen durchgeführt werden (z.B. Kompaktor Baureihe K von BEPEX GmbH in Leingarten oder Granulator WP 50/75, WP 17V Pharma oder WP 50/250 von Alexanderwerk AG in Remscheid).

Die so erhaltenen Granulate zeichnen sich durch ein staubfreies Verhalten aus, sind gut rieselfähig und stabil auch während längerer Transportzeiten. Ferner neigen die erfindungsgemäßen Granulate beim Dosieren nicht zu Verbackungen und Verklumpungen was den Verarbeitungsprozess deutlich erleichtert. Darüber hinaus zeigte sich, dass die erfindungsgemäßen Granulate durch Einrühren in z.B. Ethylenglykol wieder gut redispergierbar sind. Diese Dispersionen sind gut pumpbar und können so während der Polyesterfaserherstellung zudosiert werden.

Erfindungsgemäß können nach diesem Verfahren alle nichtionischen wasserunlöslichen optischen Aufheller granuliert werden. Diese Produkte werden zum Aufhellen von vollsynthetischen organischen Polymeren (Kunststoffe und Kunstfasern) verwendet. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die in Frage kommenden optischen Aufheller frei sind von Additiven, insbesondere frei sind von Salzen und organischen Polymeren, wie sie in EP-A-1 002 022 als Extender beschrieben sind. Die optischen Aufheller sind unabhängig von der chemischen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Bereich von 260 bis 400 nm absorbieren und im sichtbaren Spektrum von 400 bis 450 nm emittieren. Bevorzugte optische Aufheller sind solche aus der Gruppe der Benzoxazole, Thiophene, Stilbene oder Pyrazoline und Coumarine. Besonders bevorzugte optische Aufheller werden durch die Formeln 1 bis 5 wiedergegeben:

Die Mengen an optischen Aufhellern, bezogen auf den aufzuhellenden Kunststoff, betragen normalerweise zwischen 1 und 1.000 ppm, abhängig vom Kunststoff oder der Kunstfaser und dem zu erzielendem Weißgrad. Bei der Herstellung von Vorabkonzentraten können auch Mengen von 0,1 bis 30 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffes oder der Kunstfaser, eingesetzt werden. Die optischen Aufheller können einzeln oder in Mischung zur Anwendung gelangen. Dabei können sich auch synergistische Effekte ergeben. Auch können die optischen Aufheller gemeinsam mit Nuancierfarbstoffen granuliert 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 oder um abgewandelte Naturstoffe handeln, wie z.B. Chlorkautschuk, Zellulosederivate. Bevorzugt dienen die erfindungsgemäßen Granulate zum Aufhellen von Polymeren, 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. Man kann aber auch das erfindungsgemäße Granulat den jeweils zugrunde liegenden Monomeren zugeben und anschließend die Polymerisation durchführen. Besonders bevorzugt eignen sich die erfindungsgemäßen Granulate zum Aufhellen von Polyester. Dabei hat sich gezeigt, dass sich der erfindungsgemäß granulierte optische Aufheller problemlos und ohne Stippenbildung in der Polymermasse verteilt. Dies überrascht, da durch die harte Kompaktierung Löslichkeitsprobleme hätten erwartet werden können.

Beispiel 1
100 Teile eines Aufhellers der Formel 1 (R = H) in Pulverform wurden in einer Kompaktier/Granuliermaschine WP 50/75 (Rollenlänge 75 mm, Rollendurchmesser 152 mm) bei einem Rollendruck von 16 kNewton/cmRL und einer Drehgeschwindigkeit von 8 UpM gepresst. Man erhielt einen 2 mm dicken Pressling, welcher granuliert wurde und zu Pellets mit einem Durchmesser von 0,6 bis 2 mm führt. Der Rollendurchsatz betrug 31 kg/h, der Ausstoß an Produkt mit 0,6 – 2 mm Durchmesser nach Siebung betrug 85 %. Ca. 4,6 kg wurden der Kompaktierung wieder zugeführt. Das erhaltene Granulat ist gut rieselfähig und staubfrei. Das Staubverhalten des Granulates wurde mit Hilfe eines Sedimentationsstaub-messgerätes fotometrisch ermittelt. Die Staubzahl betrug 1. Die dem Granulat zugrunde liegende pulverförmige Substanz des Aufhellers der Formel 1 besitzt eine Staubzahl von 13. (1 = nicht staubend, 16 = stark staubend) Darüber hinaus lässt sich das Granulat in Ethylenglykol durch einfaches Rühren gut redispergieren.
Beispiel 2
Es wurde wie bei Beispiel 1 gearbeitet. Zum Einsatz gelangten jedoch 31 kg eines Pulvers der Formel V. Man erhielt 84 % eines gut rieselfähigen staubfreien Granulats mit einem Korndurchmesser von 0,6 bis 2 mm.
Beispiel 3
Es wurde wie bei Beispiel 1 gearbeitet. Zum Einsatz gelangten jedoch 31 kg eines Aufhellers der Formel II, welcher mit 0,25 % eines Nuancierfarbstoffes versehen war. Man erhielt 80 % eines gut rieselfähigen, staubfreien Granulats mit einem Korndurchmesser von 0,6 bis 2 mm.
Beispiel 4
Es wurde wie bei Beispiel 1 gearbeitet. Zum Einsatz gelangte eine Mischung aus den Aufhellern der Formel I (R = H) und II im Verhältnis 1:1. Der Pressdruck betrug 25 kNewton/cmRL. Man erhielt staubfreie, rieselfähige und außergewöhnlich abriebfeste Granulate mit einem Korndurchmesser von 0,6 bis 2 mm in einer Ausbeute von 85 %.
Beispiel 5
Es wurde wie bei Beispiel 1 gearbeitet. Der Pressdruck betrug jedoch nur 0,3 kNewton/cmRL. Es werden keine brauchbaren Granulate erhalten.

Claims

Granulierte nichtionische und wasserunlösliche optische Aufheller, die frei sind von Additiven und die erhalten werden durch Kompaktierung eines optischen Aufhellers in Pulverform in einer Druckkompaktierungsmaschine unter einem Druck von 3 bis 50 kNewton/cm Rohrlänge und anschließende Zerkleinerung des erhaltenen Kompaktats.
Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die Kompaktierung unter einem Druck von 10 bis 35 kNewton/cm Rohrlänge erhalten werden.
Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Zerkleinerung der Kompaktate auf eine Teilchengröße von 0,3 bis 3 mm erhalten werden.
Granulierte optische Aufheller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen optischen Aufheller enthalten, der im Bereich von 260 bis 400 nm absorbiert und im sichtbaren Spektrum bei 400 bis 450 emittiert.
Verfahren zur Herstellung der granulierten optischen Aufheller nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass man einen nichtionischen und wasserunlöslichen optischen Aufheller in Form eines Pulvers und in Abwesenheit von Additiven in einer Druckkompaktierungsmaschine unter einem Druck von 3 bis 50 kNewton/cm Rohrlänge kompaktiert und anschließend zerkleinert.