DE1965379A1 - Zusammensetzungen zur Pigmentierung von thermoplastischen Polymeren und mit Hilfe dieser Zusammensetzungen pigmentierte Polymere - Google Patents
Zusammensetzungen zur Pigmentierung von thermoplastischen Polymeren und mit Hilfe dieser Zusammensetzungen pigmentierte PolymereInfo
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Description
Dr. Ψ. Ztimitein sen. - Dr. E. Aesmann
OnltlCoonigeberger - Dipl. Phys. R. Holzhauer
SC 3475
SOCIETE RHODIACETA,, Paris/Frankreich
Zusammensetzungen zur Pigmentierung von thermo-■SS Svw 353 S.S SSl SIS bmS «■!· SS>
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plastischen Polymeren und mit Hilfe dieser Zussrssrasss=as ssssssi siässsssissstszssssais
sammensetZungen pigmentierte Polymere
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Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Pigmentierung
von thermoplastischen Polymeren und insbesondere denjenigen, die geformt werden können. Die Erfindung betrifft
auch die mit Hilfe dieser Zusammensetzungen pigmentierten thermoplastischen Polymeren und die aus diesen Polymeren erhaltenen
geformten Erzeugnisse *·
Im Verlaufe der Herstellung von Chemiefasern bringt man zur Modifizierung ihrer Transparenz oder ihrer Farbe häufig Pigmente
in die Grundpolymeren dieser Pasern, die im folgenden
faserbildende Polymere genannt werden, ein. Hierzu wurde seit langem vorgeschlagen, die Pigmente vor ihrem Einbringen in die
faserbildenden Polymeren mit synthetischen Polymeren, die mit diesen identisch oder von diesen verschieden sein können, zu
mischen, die, da sie die Pigmentteilchen umhüllen, deren Agglomerierung
verhindern und so deren Verteilung verbessern.
BAD ORIGINAL
009829/1S9Ü
Es ist insbesondere bekannt, in eine geschmolzene Masse oder e'ine Lösung eines faserbildenden thermoplastischen Polymeren
eine Dispersion eines Pigments in einem Polyester oder linearen Polyesteramid mit niedrigem Molekulargewicht einzubringen.
Durch Spinnen der so pigmentierten faserbildenden Polymeren erhält man Einzelfäden, die Pigmentteilehen mit einem mittleren
Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Mikron enthalten. Diese Arbeitsweise genügt jetzt infolge höherer Anforderungen bezüglich der Gleichförmigkeit der Färbung im Inneren
der Fasern und der Unmöglichkeit, nach dieser Methode Einzelfäden mit verhältnismässig geringem Titer zu spinnen, nicht
mehr.
Kürzlich wurde ein Verfahren zur gleichmässigen Pigmentierung eines durch Schmelzspinnen spinnbaren Polymeren mit Hilfe eines
Gemische eines pulverförmigen Pigments mit einem Umhüllungspolymeren mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als derjenige
des faserbildenden Polymeren, beschrieben.· Das Mischen erfolgt bei einer Temperatur unterhalb der BrweichungsschwelIe
des Umhüllungspolymeren, wonach zur Bildung einer plastischen
Masse erhitzt wird, die anschliessend gemahlen, verfestigt und granuliert wird. Das Granulat wird mit dem des faserbildenden Polymeren geschmolzen. Dieses ziemlich komplizierte Verfahren ist wenig wirtschaftlich und ermöglicht nicht, Pigmentteilchen sehr hoher Feinheit zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit einer Viskosität von zumindest 1000 P bei gewöhnlicher Temperatur zur Pigmentierung von formbaren thermoplastischen Polymeren mit einem Gehalt an zumindest einem in einem synthetischen Umhül lungs polymeren von niedrigem Molekulargewicht und
niedrigem Schmelzpunkt dispergierten Pigment, die dadurch gekennzeichnet ist, dass:
009829/1894
1, die Pigmentteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser
unter 1 Mikron haben und
2. das Urnhüllimgspolymere ein linearer aliphatischer Polyester mit den folgenden Eigenschaften ist:
a) er ist von zumindest einer linearen aliphatischen Dicarbonsäure
mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen und zumindest .einem aliphatischen oder cyclanischen Glykol mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen
abgeleitet, "■
b) sein Schmelzpunkt beträgt höchstens 1500C und liegt vor
zugsweise zwischen 50 und 1000C und
c) seine Schmelzviskosität beträgt höchstens 20 P bei 1500C.
Die Erfindung betrifft auch die mit Hilfe der obigen Zusammensetzungen pigmentierten formbaren thermoplastischen Polymeren
sowie die aus diesen Polymeren erhaltenen geformten Erzeugnisse.
Pigmente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle in dem zu pigmentierenden formbaren Polymeren unlöslichen Zusatzmittel. Die einzeln oder im Gemisch in der erfindungsgemässen
Zusammensetzung vorhandenen Pigmente können Russarten, mineralische Pigmente, wie beispielsweise Metalloxyde, z.B. Oxyde
von Eisen, Chrom oder Titan, oder Salze, wie beispielsweise diejenigen von Cadmium oder organische Pigmente sein. Diese ·
können gefärbt sein, wie beispielsweise die vom Phthalocyanin-, Indigoid-, Azo-, Anthrachlnon-, Perinon-, Dioxazin- oder
Chinacridontyp oder diejenigen der Perylen- und Triphenylmethanreihe. Sie können auch aus Zusatzmitteln, wie beispielsweise optische Aufheller oder UV-Schutzmittel, oder auch aus
Polymeren bestehen.
009829/1894
Vorzugsweise wählt man Pigmente, die eine gute Wärmebeständigkeit bei einer Temperatur von zumindest 1.500C besitzen.
Gegebenenfalls kann die Pigmentzusarcmensetzung auch ein gefärbtes
oder nicht-gefärbtes Hilfsmittel, das in dem formbaren Polymeren löslich ist, enthalten.
Das Umhüllungspolymere für die obigen Pigmente ist erfindungsgemäss
ein linearer aliphatischer Polyester, der einerseits von einer linearen aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 bis 12
Kohlenstoffatomen im Molekül und andererseits von einem linearen aliphatischen oder cyclanischen Glykol mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen
im Molekül stammt. Dieser Polyester sollte in dem zu pigmentierenden formbaren Polymeren gut verteilbar
sein und die Eigenschaften des zu pigmentierenden Polymeren bei Gehalten, die bis zu 5 Gew.-% gehen können, nicht merklich
modifizieren. Vorzugsweise ist der Polyester mit dem formbaren Polymeren verträglich. Der Umhüllungspolyester sollte
ferner unter den Bedingungen der späteren Behandlung des formbaren Polymeren wärmebeständig sein und einen Schmelzpunkt
von höchstens 1500C, vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen
50 und 1000C, und eine Schmelzviskosität von höchstens 20 P
bei 1500C haben. Vorzugsweise ist der Umhüllungspolyester in
gewissen organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Dimethylformamid und N-Methylpyrrolidon, die zum Spinnen gewisser
faserbildender Polymerer verwendet werden, löslich. Es wurde gefunden, dass ein Poly-(äthylenglykol-sebacät) mit einem
Molekulargewicht zwischen 2000 und 3OOO besonders gut geeignet zur Durchführung der Erfindung ist, doch können auch Polyester,
wie beispielsweise Poly-(äthylenglykol-adipate) oder PoIy-(cyclohexandiol-adipate)
verwendet werden.
Die Menge an Pigment in der Zusammensetzung variiert als Punktion der Natur des Pigments, insbesondere seiner H£rte. Da
die erfindungsgemässen Zusammensetzungen zur Pigmentierung
■ BAD
009829/1894
von rohen Polymeren dienen, ist es von Interesse, dass sie
eine maximale Menge an Pigment enthalten. Allgemein liegt die Konzentration an Pigment in der Zusammensetzung zwischen 5
und 60 Gew.-$. Höhere Pigmentkonzentrationen liegen im Rahmen der Erfindung, doch verlieren bei einem Gehalt über 60 % die
Zusammensetzungen gewisse Vorteile, insbesondere ihren schmutzabweisenden Charakter. Ausserdem treten im Falle von Zusammensetzungen,
die zur Pigmentierung von faserbildenden Polymeren bestimmt-sind, Schwierigkeiten beim Spinnen der mit diesen an
Pigment sehr reichen Zusammensetzungen pigmentierten Polymeren auf.
Zur Herstellung der obigen Zusammensetzungen kann man in einer ersten Stufe, beispielsweise mittels eines Kneters, das oder
die Pigmente mit dem zuvor geschmolzenen linearen aliphatischen Polyester bei einer Temperatur mischen, die nicht nur
über dem Schmelzpunkt des aliphatischen Polyesters liegt, sondern auch so hoch ist, dass die geschmolzene Masse eine Viskosität
von höchstens 20 P aufweise. In der Praxis nimmt man
das Mischen bei einer Temperatur von höchstens 1500C vor. Die
Dauer des Mischens hängt von der behandelten Materialmenge t der
Temperatur der geschmolzenen Masse und der Wirksamkeit der Mischvorrichtung ab. Diese Stufe ist insbesondere erforderlich,
wenn man grosse Mengen des Gemischs herstellt.
Das so erhaltene Gemisch aus Pigment und geschmolzenem Polymeren wird dann unter den gleichen Temperaturbedingungen wie
in der Mischstufe einer sehr kräftigen Mahlung unterzogen.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Zusammensetzungen besteht darin, den Umhüllungspolyester in
einem Lösungsmittel bei einer Temperatur unterhalb seines Schmelzpunkts zu lösen, das Pigment zu dieser Lösung zuzugeben
und das Gemisch bei gewöhnlicher Temperatur einer- kräftigen
Mahlung zu unterziehen.
009829/1194
Zur Durchführung dieses Mahlens verwendet man Kugelmühlen, insbesondere diejenigen, in denen den Kugeln eine Rotationsbewegung
mittels eines Antriebs erteilt wird und die einen Doppelmantel aufweisen, der die Steuerung der Mahltemperatur
ermöglicht. Es können beispielsweise zwei Arten von Apparaturen verwendet werden: Einerseits diejenigen, bei denen
eine beträchtliche Kugelfüllung mit; Kugeln mit einem Durchmesser
zwischen 2 und 10 mm durch einen Rotor, der sich mit ver· hältnismässig geringer· Drehzahl dreht, bewegt wird, und andererseits
diejenigen, bei denen eine geringe Kugelfüllung mit Kugeln mit einem Durchmesser von höchstens 2 mm durch
Scheiben mit hoher Drehzahl bewegt wird.
Die Dauer des Mahlens hängt von der Härte und der Menge des Pigments, von der Menge des zu behandelnden Gemischs, der
Behändlungstemperatur und der Art der Apparatur ab. üblicherweise
genügen weniger als· 2 Stunden, um eine Dispersion vor«
Pigmentteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser unter 1 Mikron zu erhalten. Man erhält einen gegebenenfalls
heissen fluiden Brei, der dann in verschiedener Weise verwendet werden kann. Sr kann direkt mit der geschmolzenen Masse
des zu pigmentierenden Polymeren gemischt werden, wenn dieses
auf dem Schmelzwege geformt wird, beispielsweise im Körper einer Strangpresse, oder er kann gegossen und abgekühlt werden,
beispielsweise in eine Blockform, wobei die erhaltenen Blöcke anschliessend zerkleinert werden, oder in Form von Platten
auf ein Endlosband, wobei die erhaltenen Platten dann in gebrauchsfertige Granulate übergeführt werden.
Als Polymere, die mit den erfindungsgemässen Pigmentzusammensetzungen
pigmentiert werden können, kann man die thermoplastischen Polymeren, insbesondere Polyamide, Polyester,
Polyolefine, und in den Lösungsmitteln des Umhüllungspolymeren
lösliche Polymere, wie beispielsweise Vinylpolymere und insbesondere diejenigen auf der Basis von Acrylnitril, nennen.
009829/1884
Die Pigmentierung dieser Polymeren besteht darin, eine mehr
oder weniger grosse Menge der Pigmentierungszusammensetzung
in die Polymeren einzubringen, je nach der gewünschten Wirkungsintensität, beispielsweise der gewünschten Färbung. Die
Grenzmenge an Zusammensetzung, die in dem Gemisch zulässig ist, hängt von den dem formbaren Polymeren eigenen Eigenschaften ab.
Im Falle des Spinnens von synthetischen Fäden liegt diese Grenze üblicherweise im Bereich Um etwa 10 Gew.-$ herum, bezogen
auf das formbare Polymere.
Das Einbringen findet vor der Formung der Polymeren, Vorzugsweise nach der Polymerisation oder Polykondensation,statt.
Im Falle von faserbildenden Polymeren werden diese in geschmolzenem Zustand oder in Lösung mit der geschmolzenen
oder granulierten Pigmentzusammensetzung gemischt, die mittels einer Dosiervorrichtung eingebracht wird. Das pigmentierte
Material wird anschliessend durch Schmelzspinnen oder, wenn es sich um eine Lösung handelt, durch Nass- oder Trockenspinnen
gesponnen.
Die erfindungsgemässen Pigmentzusammensetzungen ermöglichen
aufgrund der Feinheit der Pigmentteilchen die Herstellung von synthetischen Fäden von geringem Titer mit leicht reproduzierbaren
Färbungen und bemerkenswerten Echtheiten, insbesondere Wärme-,'Licht- und Waschechtheit.
Es wurde ferner gefunden, dass infolge dieser Zusammensetzungen der Einsatz von pigmentierten Polymeren erleichtert ist
und ein geringerer Verschleiss der Misch- und Formgebungsvorrichtungen
auftritt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Ohne gegenteilige Angaben sind die Mengen und
Prozentangaben auf das Gewicht bezogen*
009829/1894 ^o oRIGINAL
a) Herstellung des Umhüllungspolymeren
In einen Autoklaven mit einem Fassungsvermögen von 300 1,
der mit einer Vorrichtung zum 3ewegen ausgestattet ist, bringt man 133 kg Sebacinsäure und J'f9 kg Kthylenglykol ein.
Man erhöht die Temperatur, bis die Veresterung beginnt. Man setzt die Destillation des Wassers bis zur vollständigen
Veresterung der Carboxylgruppen fort. Die Temperatur liegt zu diesem Zeitpunkt in der Nähe von 2000C. Man bringt dann
2 g Butylpolytitanat ein.
Um die Polykondensation bis zur Erreichung des gewünschten Molekulargewichts zu führen, kann man die Temperatur der Masse
auf 2500C erhöhen und ein Vakuum, das einem Partialdruck
von 5 torr entspricht, 1 1/2 Stunden anlegen. Man kann auch die Temperatur der Masse auf 2500C erhöhen und das überschüssige
Glykol durch Spülen mit Stickstoff abführen.
Das so erhaltene Polymere wird in eine 31ockform gegossen. Es kristallisiert sehr rasch. Sein Schmelzpunkt beträgt 72
bis 73°C, und seine spezifische Viskosität, gemessen bei
25°C in 1 #iger Lösung in o-Chlorphenol, variiert zwischen
0,28 und 0,35, was einem Molekulargewicht von 2200 und 3000 entspricht; Die Schmelzviskosität bei 1200C beträgt 6 bis
10 P.
Man kann in der gleichen Weise irgendeinen anderen Polyester,
der der Definition entspricht, herstellen, insbesondere ein
Poly-(äthylenglykol-adipat).
009829/1894 BAD
b) Herstellung einer Pigmentzusammensetzung
Man bringt 50 kg geschmolzenes Poly-(äthylenglykol-sebacat) und
50 kg Cadmiumsulfid-Gelbpigment in den insgesamt 200 1 fassenden
und zuvor durch Zirkulation von Öl auf 12O0C erhitzten vertikalen
Trog eines Mischers, der 680 kg Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 6 bis 8 mm enthält und mit einem senkrechten Rührer
ausgestattet ist, der mittels eines Motors mit einer Leistung von 10 PS angetrieben wird. Der Rührer wird mit einer Drehzahl
von 50 U/min betrieben. Der zu Beginn stark fluide Brei
[die Viskosität des Poly-(äthylenglykol-sebacats) beträgt -
dann etwa 10 P] wird nach und nach dicker. Nach einigen Minuten wird die Drehzahl des Rührers auf 90 U/min gebracht und
1 1/2 Stunden bei diesem Wert gehalten. Wach diesem Arbeitsgang wird der 3rei, der eine Viskosität in der Grössenordnung
von 200 P besitzt, auf ein Sieb gegossen, das die Kugeln zurückhält, und dann auf ein'mit einem starken Luftstrom
abgekühltes endloses Band. Die so erhaltenen Platten werden zerkleinert und dann auf durchschnittliche Abmessungen
von 1 bis 5 mm granuliert. Eine Kontrolle zeigt, dass
der durchschnittliche Durchmesser der Pigmentteilchen in der Grössenordnung von 0,5 Mikron liegt.
c) Pigmentierung eines faserbildenden Polymeren
Das zuvor erhaltene Granulat wird in den Einfülltrichter einer Dosierwaage eingebracht, von wo es in einer Menge von
2 Gew.-%, bezogen auf das faserbildende Polymere, zu dem Eingang einer Doppelschneckenpresse geführt wird, die (hauptßächlich) mit Poly-(äthylenglykol-terephthalat) mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 15 000 gespeist wird. Am Ausgang der Presse wird der geschmolzene pigmentierte Polyester mit einer Geschwindigkeit von 1250 m/min bei einer
Temperatur von 286°C durch eine Spinndüse gesponnen, die
009829/189 A bad original
'33 Löcher mit einem Durchmesser von 3VOO mm aufweist.
,' Nach Verstrecken des Fadens auf einem Streckstift von 85°C und einer Platte von 165°C erhält man ein Garn mit einem
Titer von 100 dtex (90 den), 33 Einzelfäden, einer Pieisslänge
von ^9,5 Rkm und einer Reissdehnung von 21 %, das eine
homogene gelbe Farbe ausgezeichneter Licht-, Wärme-, Wasch- und Trockenreinigungsechtheit aufweist. Ein mikroskopisch
geprüfter Querschnitt des "Fadens zeigt, dass die Pigmentteilchen
gleichförmig in "der Masse des Fadens verteilt sind und dass ihr durchschnittlicher Durchmesser demjenigen
der Teilchen entspricht, die in dem gefärbten Granulat der festen Pigmentzusammensetzung vorliegen.
Das in Beispiel 1 beschriebene Piymentpräparat wird unter
den gleichen Bedingungen verwendet,mit der Ausnahme, dass
die Doppelschneckenpresse mit Polyhexaniethylenaaipinsäureamid
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 16 gespeist wird und die Spinntemperatur 2910C beträgt.
Man erhält ein Garn mit einem Titer von 100 dtex (90 den), 33 Einzelfäden,.mit einer Reisslänge von 46,8 Rkm und einer
Reissdehnung von 33 %» das eine schöne homogene gelbe Färbung
und ausgezeichnete Wärme-, Licht-, Wasch-, Bleich- und Trokkenreinigungsechtheit
aufweist. Die Pigmentteilchen haben einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 Mikron.
Man arbeitet wie in Beispiel 1,mit der Ausnahme, dass die
Doppelschneckenpresse hauptsächlich mit Polypropylen gespeist wird und die Spinntemperatur 2880C beträgt.
009829/ 189A BAD original
Man erhält ein Garn mit einen Titer von 100 dtex (90 den),
33 Einzelfäden, mit einer Reisslänge von 47,7 Rkrn und einer
Reissdehnung von 27 %', das eine sehr gleichförmige schöne
gelbe Färbung und ausgezeichnete Echtheitseigenschaften aufweist. Ausserdem haben die Pigmentteilchen einen durchschnittlichen
Durchmesser von 0,5 Mikron.
In die gleiche Mühle, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, Λ
bringt man 20 kg des zuvor verwendeten Poly-(äthylenglykolsebacats) ein, das man auf 120 bis 125°C bringt. Dann setzt
man 5 kg Kupferphthalocyanin zu. Nach 1 1/2-stündigem Mahlen
giesst man das homogene Gemisch, das sich rasch bei Zimmertemperatur verfestigt. Eine mikroskopische Prüfung zeigt,
dass die Pigmentteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser unter 1 Mikron haben.
Die so erhaltene Pigmentzusammensetzung wird in eine Schmelzvorrichtung
eingebracht, in der sie durch Erhitzen auf 1300C
verflüssigt wird. Die Flüssigkeit wird mittels einer Dosierpumpe in eine Doppelschneckenpresse, wie sie unter c) von Beispiel
1 beschrieben ist, eingeführt. Man spinnt Polyester, * Polyamid und Polypropylen unter den Bedingungen der Beispiele
1 bis 3· Man erhält jedesmal ein Garn mit sehr homogener blauer Färbung und ausgezeichneten Echtheitseigenschaften.
Man löst 4 kg des zuvor beschriebenen Poly-(äthylenglykolsebacats) in 16 kg Dimethylformamid durch Erwärmen, auf 6O0C,
Die Lösung und anschliessend 4 kg Russ werden in die in Bei·
009829/1884
spiel 1 beschriebene Mühle eingebracht. Nach 1-stündigem
Mahlen giesst man die Dispersion in Kasser unter Rühren, filtriert den erhaltenen Niederschlag ab, wäscht ihn mit Metanol,
um die Entfernung des V/assers zu erleichtern, und trocknet ihn bei 500C. Man erhält ein gebrauchsfertiges Russkonzentrat.
Dieses Konzentrat wird wie die gelbe Pigmentzusammensetzung
in den Beispielen 1 bis 3 verwendet. Man erhält jedesmal ein Garn sehr homogener schwarzer Färbung und ausgezeichneter
Echtheitseigenschaften.
009829/1894
BAD OBlGtNAL
Claims (6)
1. die Pigmentteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser unterhalb 1 Mikron haben und'
2. das Umhüllungspolymere ein linearer aliphatischer
Polyester ist, der
a) von zumindest einer linearen aliphatischen Dicarbonsäure mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen
und zumindest einem aliphatischen oder cyclanischen Glykol mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen abgeleitet ist,
b) einen Schmelzpunkt von höchstens 1500C
und vorzugsweise zwischen 50 und 1000C ä
''-■:■ aufweist und
c) eine Schmelzviskosität von höchstens 20 P bei 1500C besitzt.
2, Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Umhüllungspolymere ein Poly-(äthylenglykol-sebacat)
mit einem Molekulargewicht zwischen 2000 und J5000 ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
•dass das UmhUllungspolymere ein Poly-(äthylenglykol-adipat)
ist.
009829/1894
BAD ORIGfNAL
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,,
^ass das Umhüllungspolymere ein Poly-Ccyclohexandicl-adipat)
5. Formbare thermoplastische Polymere, die mit einer Zusammensetzung
nach einem der Ansprüche 1 bis 4 pigmentiert sind.
6. Geformte Erzeugnisse, erhalten aus Polymeren nach Anspruch
009828/1194 BAD
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