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Pigmentpräparationen, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung - Dokument DE19950043A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19950043A1 12.07.2001
Titel Pigmentpräparationen, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
Anmelder Degussa-Hüls AG, 60311 Frankfurt, DE
Erfinder Mathias, Johann, Dr., 63796 Kahl, DE;
Kleinhenz, Horst, 63538 Großkrotzenburg, DE;
Karl, Alfons, Dr., 63584 Gründau, DE;
Tauber, Gerd, 63500 Seligenstadt, DE
DE-Anmeldedatum 16.10.1999
DE-Aktenzeichen 19950043
Offenlegungstag 12.07.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2001
IPC-Hauptklasse C09B 67/08
Zusammenfassung Pigmentpräparation, enthaltend ein Pigment und/oder Ruß und mindestens ein Tensid aus der Reihe vernetzte Polyoxyethylenacrylsäure, Fettalkoholpolyglykolether, Polyvinylpyrrolidone, Alkoholalkoxylate, Ligninsulfonate, Alkylphenolpolyglykolether, Naphthalinsulfonsäurederivate oder Mischungen hiervon, welche durch Gefriertrocknung aus wäßriger Dispersion hergestellt wird.
Sie können zur Einfärbung und/oder Antistatischausrüstung in wasserbasierenden Farben- und Lacksystemen, Dispersionsfarben, Druckfarben, Tintensystemen und Beschichtungssystemen verwendet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Pigmentpräparationen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Pulverpigmente werden zum Einfärben von Thermoplasten eingesetzt. Vorteil der Pulverpigmente ist, daß sie nicht von einem Trägermaterial abhängig sind. Dieser Vorteil wird jedoch oft auf Kosten der Dispergierbarkeit erzielt.

Zur Verbesserung der Dispergierbarkeit werden die Pigmente mit Harz (DE 25 40 355) oder mit Polymeren belegt (US 3133893).

Spezielle Trocknungsverfahren sind bekannt aus EP 0036520, wobei feinteilige Pigmente und eine Flüssigkeit, deren kritische Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Pigments liegt, unter Druck auf Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur der Flüssigkeit erwärmt und dann entspannt, wobei die Temperatur stets oberhalb der Taulinie der Flüssigkeit gehalten wird.

Außerdem sind Pigmentpräparationen aus EP 0282855 bekannt, die ein organisches Pigment und/oder Ruß und ein Tensid aus der Reihe Alkylbenzolsulfonate oder Sulfobernsteinsäureester enthalten, und die, gegebenenfalls nach Naßzerkleinerung, durch Sprüh- oder Gefriertrocknung aus wäßrigem Medium getrocknet werden. Im Falle der Sulfobernsteinsäureester sind die organischen Pigmente aus einer bestimmten Gruppe ausgewählt.

Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Redispergierbarkeit schlecht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pigmentpräparation herzustellen, die eine gute Redispergierbarkeit, Fließverhalten, Farbstärke und geringe Staubneigung aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Pigmentpräparation, die ein Pigment und/oder Ruß und mindestens ein Tensid aus der Reihe vernetzte Polyoxyethylenacrylsäure, Polyvinylpyrrolidone, Alkoholalkoxylate, Fettalkoholpolyglykolether, Ligninsulfonate, Alkylphenolpolyglykolether, Naphthalinsulfonsäurederivate oder Mischungen hiervon enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch Gefriertrocknung aus wäßriger Dispersion hergestellt werden.

Als Pigmente können Buntpigmente, beispielsweise Gelb-, Orange-, Rot-, Violett-, Blau-, Grün- oder Braunpigmente, verwendet werden. Vorzugsweise können als Pigmente anorganische Blaupigmente, beispielsweise Eisenblau, Ultramarinblau, Kobaltblau oder Mischphasenblaupigmente, oder organische Blaupigmente, beispielsweise Phthalocyaninblau oder Indanthrenblau, verwendet werden. Als Ruß können Furnace-, Gas-, Flamm-, Acetylenruße, Si- haltige Ruße, bekannt aus WO 98/45361 oder DE 196 13 796, Inversionsruße, bekannt aus DE 195 21 565, und metallhaltige Ruße, bekannt aus WO 98/42778 verwendet werden. Als Ruß können bevorzugt Pigmentruße mit einem mittleren Primärteilchendurchmesser von 8 bis 80 nm, vorzugsweise 10 bis 35 nm, und einer DBP-Zahl von 40 bis 200 ml/100 g, vorzugsweise 60 bis 150 ml/100 g, eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können Gasruße mit einem mittleren Primärteilchendurchmesser von 8 bis 30 nm, vorzugsweise 10 bis 25 nm, eingesetzt werden.

Die Dispersion kann eine Netzmittelkombination aus zwei Netzmitteln enthalten.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Kombination aus

  • a) einer vernetzten Polyoxyethylenacrylsäure und
  • b) einem Alkoxyethylat, vorzugsweise einem Fettalkoholoxethylat, insbesondere einem Fettalkoholoxyethylat mit 30 Ethylenglykoleinheiten,
eingesetzt werden, wobei das Verhältnis der Tenside a : b = 1 : 1 bis 1 : 10 sein kann.

Die Pigmentpräparation kann 50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-%, Pigment und/oder Ruß und 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-%, Tensid enthalten.

Für das Verfahren der Gefriertrocknung sind alle Pigmentdispersionen geeignet, die beim Eingefrieren stabil bleiben und nicht flokkulieren.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Pigmentpräparation, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die wäßrige Pigmentpräparation, durch Gefriertrocknung trocknet und gegebenenfalls anschließend zerkleinert.

Für die Herstellung der wäßrigen Pigmentpräparation kann man für die Dispergierung Perlmühlen, Ultraschall oder ein Ultra-Turrax verwenden.

Das Gefrieren und Trocknen kann in einer Eiskondensatorkammer erfolgen. Die Einfriergeschwindigkeit kann zwischen 0,01 bis 10°C/min. vorzugsweise zwischen 0,1 bis 3,0°C/min. liegen.

Die optimalen Gefriertrocknungsbedingungen sind stark produktabhängig. Die Produkttemperatur kann 10°C unter dem eutektischen Punkt der Probe liegen. Aus der Produkttemperatur kann sich dann der einzustellende Unterdruck ergeben.

Die erfindungsgemäßen Rußdispersionen können eingesetzt werden zur Einfärbung und/oder Antistatischausrüstung in wasserbasierenden Farben- und Lacksystemen, Dispersionsfarben, Druckfarben, Tintensystemen und Beschichtungssystemen.

Die erfindungsgemäßen Pigmentpräparationen weisen vorteilhafterweise eine höhere Farbstärke auf als die nicht gefriergetrockneten Pigmentpräparationen.

Beispiele Vergleichsbeispiele 1-4 (gemäß EP 0 282 855) 1. Vorbereitung der Netzmittellösung

Wasser vorlegen und Lutensit A-LBS beziehungsweise Lutensit A-BO lösen.

2. Einarbeiten des Rußes

Farbruß FW 18 beziehungsweise Printex 90 in vorbereitetete Netzmittellösung unter langsamen Rühren (entweder von Hand oder mit langsamen Rührwerk) nach und nach einarbeiten.

3. Dispergierung

Die in Punkt 2 vorbereitete Dispersion wird mit Ultraschall dispergiert. In der Zentrifuge können sehr grobe Teilchen von der so erhaltenen Dispersion abgetrennt werden.

Die Zusammensetzung der wäßrigen Rußdispersionen sind in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1



4. Gefriertrocknung

Bei Einfrieren der Dispersionen tritt eine Flokkulation ein. Dodecylbenzolsulfonsäure und Dioctylsulfosuccinat aus der Gruppe der Alkylbenzolsulfonate beziehungsweise Sulfobernsteinsäureester sind für die Gefriertrocknung ungeeignet.

Beispiel 1 1. Vorbereitung der Netzmittellösung

Wasser vorlegen und unter Erwärmen bis höchstens 60°C Lutensol AO 30 lösen. Nach Abkühlung unter Rühren die entsprechenden Mengen an Hypermer CG 6 und AMP 90 zugeben.

2. Einarbeiten des Rußes

Farbruß FW 18 in vorbereitete Netzmittellösung unter langsamem Rühren (entweder von Hand oder mit langsamem Rührwerk) nach und nach einarbeiten.

3. Dispergierung Ultraschall

Die in Punkt 2 vorbereitete Dispersion wird mit Ultraschall dispergiert. In der Zentrifuge können sehr grobe Teilchen von der so erhaltenen Dispersion abgetrennt werden.

Die Zusammensetzung der wäßrigen Rußdispersion ist in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Beispiel Nr. Dispergierung: Ultraschall 1 Inhaltsstoffe Gew.-% Farbruß FW 18 15 Lutensol AO 30 6 Hypermer CG 6 2 AMP 90 0,2 Wasser 76,8 Gesamt 100

4. Gefriertrocknung

Die Pigmentdispersion wird anschließend gefriergetrocknet (Anlagentyp Alpha 2-4 der Firma Christ).

Das Gefrieren und Trocknen erfolgt in der Eiskondensatorkammer. Die Rußdispersion wird in eine Schale gegeben, wobei die Schichtdicke bei maximal 10 mm liegt. Über die gekühlte Stellfläche wird die Rußdispersion in der Schale abgekühlt und eingefroren. Die Einfriergeschwindigkeit liegt zwischen 0,1-3,0°C/min. Nachdem das Produkt eine Temperatur von -40°C erreicht hat, beginnt der eigentliche Trocknungsprozess.

Es wird an der Eiskondensatorkammer ein Unterdruck von 2,0 bis 2,5 mbar angelegt und die Stellflächentemperatur auf 6°C angehoben. Die Produkttemperatur pendelt sich aufgrund des angelegten Unterdruckes von ca. 2 mbar bei -15°C ein. Der sublimierende Wasserdampf wird am Eiskondensator, dessen Temperatur auf -80°C gehalten wird, abgeschieden.

Zur Untersuchung der Eigenschaften des gefriergetrockneten Produktes, wird dieses in Wasser gegeben und mit einem Spatel umgerührt (23 g gefriergetrocknetes Produkt in 77 g Wasser). Die Mengenverhältnisse werden so gewählt, daß im Prinzip die Ausgangsdispersion wiederhergestellt wird.

In Tabelle 3 sind die gemessenen Eigenschaften dargestellt. Tabelle 3



Die mittlere Partikelgröße in nm wird mit der Photonen- Korrelations-Spektroskopie bestimmt.

Die Farbstärke wird mit einem geeigneten Spektralphotometer oder Dreibereichs-Farbmeßgerät bestimmt.

Das redispergierte, gefriergetrocknete Produkt zeigt eine deutlich höhere mittlere Partikelgröße und Farbstärke gegenüber der Ausgangsdispersion. Die Stabilität dieser Dispersion ist sehr gut.

Der Farbruß FW 18 ist ein Gasruß mit einer mittleren Primärteilchengröße von 15 nm.

Lutensol AO 30 ist ein nichtionisches Netzmittel.

Hersteller: BASF

Stoffgruppe: nicht ionisch

Alkyloxethylat

Fettalkoholoxethylat

Fettalkoholoxethylat mit 30

Ethylenglykoleinheiten.

Hypermer CG 6 ist ein nichtionisches Netzmittel, bestehend aus vernetzter Polyoxyethylenacrylsäure (Hersteller: ICI)

AMP 90 ist ein Amin (Hersteller: Angus Chemie).


Anspruch[de]
  1. 1. Pigmentpräparation, enthaltend ein Pigment und/oder Ruß und mindestens ein Tensid aus der Reihe vernetzte Polyoxyethylenacrylsäure, Fettalkoholpolyglykolether, Polyvinylpyrrolidone, Alkoholalkoxylate, Alkylphenolpolyglykolether, Ligninsulfonate, Naphthalinsulfonsäurederivate oder Mischungen hiervon, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch Gefriertrocknung aus wäßriger Dispersion hergestellt werden.
  2. 2. Pigmentpräparation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion einen Pigmentruß einer mittleren Primärteilchengröße von 8 bis 80 nm und einer DBP-Zahl von 40 bis 200 ml/100 g enthält.
  3. 3. Pigmentpräparation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion einen Gasruß einer mittleren Primärteilchengröße von 8 bis 30 nm enthält.
  4. 4. Pigmentpräparation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion eine Netzmittelkombination aus zwei Netzmitteln enthält.
  5. 5. Pigmentpräparation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzmittel eine Kombination aus
    1. a) einer vernetzten Polyoxethylenacrylsäure und
    2. b) einem Alkyloxethylat
    sind.
  6. 6. Pigmentpräparation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzmittel eine Kombination aus
    1. a) einer vernetzten Polyoxethylenacrylsäure und
    2. b) einem Fettalkoholoxethylat
    sind.
  7. 7. Pigmentpräparation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzmittel eine Kombination aus
    1. a) einer vernetzten Polyoxethylenacrylsäure und
    2. b) einem Fettalkoholoxethylat mit 30 Ethylenglykoleinheiten
    sind.
  8. 8. Pigmentpräparation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzmittel in dem Verhältnis a : b = 1 : 1 bis 1 : 10 verwendet werden.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung der Pigmentpräparation, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Pigmentpräparation, durch Gefriertocknung trocknet und gegebenenfalls anschließend zerkleinert.
  10. 10. Verwendung der Pigmentpräparation gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, zur Einfärbung und/oder Antistatischausrüstung in wasserbasierenden Farben- und Lacksystemen, Dispersionsfarben, Druckfarben, Tintensystemen und Beschichtungssystemen.






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