DE10009751A1 - Verbesserung der Dispergierung von Pigmenten in Polypropylen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von mittels Metallocenkatalyse hergestellten Polyolefinwachsen zur Verbessserung der Dispergierung von Pigmenten in Polypropylen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die verbesserte Herstellung eines Färbemittels bestehend aus mindestens einem Farbgeber, welcher sehr fein in einem schmelzbaren Basismaterial (Matrix) verteilt wird, das bei Raumtemperatur fest ist, sowie die Verwendung von Polyolefin-Wachsen, die mit Hilfe von Metallocen-Katalysatoren hergestellt wurden, zur Verbesserung der Dispergierung des Färbemittels in der Matrix Polypropylen, insbesondere zur Herstellung von Polypropylenfasern.

Pigment-Präparationen, die zur Färbung von Polyolefinen eingesetzt werden können, sind bekannt:

DE-B-12 39 093 beschreibt ein Trägermaterial zur Herstellung solcher Pigmentpräparationen, das aus einem Gemisch aus einem amorphen Ethylen- Propylen-Block-Copolymer, das eine Viskosität von 5000 bis 300.000 cps bei 150°C aufweist, und einem niedermolekularen, kristallinen Polypropylen besteht.

In DE-A-26 52 628 wird der Einsatz eines niedermolekularen Polypropylenwachses mit einer Viskosität von 500 bis 5000 cP bei 170°C beschrieben.

DE-C-42 36 337 beschreibt den Einsatz von Polyacrylat-Estern als Dispergierhilfsmittel für Pigmente in Kunststoff-Matrices.

US-5 880 193 beschreibt die Verwendung eines amorphen Poly-alpha-olefins (0-90%), welches im Gemisch mit einem Polyolefin-Wachs (0-90%) und einem speziellen Polyacrylat (0-50%) eingesetzt wird.

Alle oben aufgeführten Substanzen bzw. Gemische zeigen den Nachteil, dass die Benetzung, vor allem schwer dispergierbarer organischer Pigmente, wie die der Chinacridon-Gruppe oder Phthalocyanine, nur unzureichend ist, und damit nur unzureichend fein in der Polypropylen-Matrix verteilt werden, was vor allem bei der folgenden Herstellung von Polypropylen-Fasern zu Strangbrüchen durch grobe Pigmentpartikel führt.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von mittels Metallocenkatalysatoren hergestellten Polyolefinwachsen zur Verbesserung der Dispergierung von Pigmenten, besonders organischen Pigmenten in Polypropylen.

Als Polyolefinwachse kommen Homopolymerisate des Ethylens oder des Propylens oder Copolymerisate aus beiden Olefinen oder Copolymerisate des Ethylens oder Propylens mit einem oder mehreren weiteren Olefinen in Frage. Als weitere Olefine werden lineare oder verzweigte Olefine mit 4-18 C-Atomen, vorzugsweise 4-6 C-Atomen, eingesetzt. Beispiele hierfür sind 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen oder 1-Octadecen, weiterhin Styrol. Die Copolymeren bestehen zu 70-99.9, bevorzugt zu 80-99 Gew.-% aus Ethylen oder Propylen. Bevorzugt sind Homopolymere des Ethylens oder Propylens sowie Copolymere aus Ethylen und Propylen.

Besonders gut geeignet sind Polyolefinwachse mit einem Tropfpunkt zwischen 90 und 165°C, bevorzugt zwischen 100 und 160°C, einer Schmelzviskosität bei 170°C zwischen 5 und 10000 mPa s, bevorzugt zwischen 10 und 5000 mPa s und einer Dichte bei 20°C zwischen 0,86 und 0,98 g/cm³, bevorzugt zwischen 0,87 und 0,96 g/cm³.

Die Wachse können sowohl als solche als auch in polar modifizierter Form eingesetzt werden. An sich bekannte Möglichkeiten zur Modifikation sind beispielsweise die Oxidation mit Luft oder die Pfropfpolymerisation mit polaren Monomeren, beispielsweise Maleinsäureanhydrid.

Weiterhin besonders geeignet im Sinne der erfindungsgemäßen Verwendung von Polyolefin-Wachsen zur Herstellung von Masterbatches von Pigmenten in Polyolefinen sind Polyolefin-Wachse mit einem Zusatz von bis zu 5% Polyethylenglykol, Molekulargewichtsbereich 10-50000 Dalton, bevorzugt 20-35000 Dalton.

Im hohen Maße weiterhin geeignet zur erfindungsgemäßen Herstellung von Masterbatches sind Polyolefin-Wachse, gekennzeichnet dadurch, dass sie als Ultra- Feinstpulver (Partikelgrößenverteilung d₉₀ < 40 µm) eingesetzt werden.

Metallocenkatalysatoren zur Herstellung der Polyolefinwachse sind chirale oder nichtchirale Übergangsmetallverbindungen der Formel M¹L_x. Die Übergangsmetallverbindung M¹L_x enthält mindestens ein Metallzentralatom M¹, an das mindestens ein Π-Ligand, z. B. ein Cyclopentadienylligand gebunden ist. Darüber hinaus können Substituenten, wie z. B. Halogen-, Alkyl-, Alkoxy- oder Arylgruppen an das Metallzentralatom M¹ gebunden sein. M¹ ist bevorzugt ein Element der III., IV., V. oder VI. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, wie Ti, Zr oder Hf. Unter Cyclopentadienylligand sind unsubstituierte Cyclopentadienylreste und substituierte Cyclopentadienylreste wie Methylcyclopentadienyl-, Indenyl-, 2-Methylindenyl-, 2-Methyl-4-phenylindenyl-, Tetrahydroindenyl- oder Octahydrofluorenylreste zu verstehen. Die Π-Liganden können verbrückt oder unverbrückt sein, wobei einfache und mehrfache Verbrückungen - auch über Ringsysteme - möglich sind. Die Bezeichnung Metallocen umfasst auch Verbindungen mit mehr als einem Metallocenfragment, sogenannte mehrkernige Metallocene. Diese können beliebige Substitutionsmuster und Verbrückungsvarianten aufweisen. Die einzelnen Metallocenfragmente solcher mehrkernigen Metallocene können sowohl gleichartig als auch voneinander verschieden sein. Beispiele für solche mehrkernigen Metallocene sind z. B. beschrieben in EP-A-632 063.

Beispiele für allgemeine Strukturformeln von Metallocenen sowie für deren Aktivierung mit einem Cokatalysator sind u. a. in EP-A-571 882 gegeben.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiele

Die Schmelzviskositäten der nachfolgend verwendeten Wachse wurden mit einem Rotationsviskosimeter entsprechend DGF-M-III 8 (57), die Tropfpunkte entsprechend DGF-M-III 3 (75) (Normen der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft), die Dichten entsprechend DIN 53479 ermittelt.

Zur Definition der Qualität der Dispergierung eines Pigments in der Polyolefinmatrix wird in der Folge der Filterwert verwandt, der wie folgt definiert ist:

D_F = (p_max - p₀)/m_pigment.

Der Filterwert nach dieser Definition gibt also das Ausmaß des Druckanstieges durch Filtration einer bestimmten dispergierten Pigmentmenge wieder, mithin also das Maß der "Blockierung" des Filters durch undispergiertes oder schlecht dispergiertes Pigment, bezogen auf die eingesetzte Pigmentmenge.

Bei der Herstellung der beispielsgemäßen Pigmentmasterbatches wird ein Henschel-Mischer FM 10 eingesetzt, der typischerweise 4 bis 10 Minuten (bei Raumtemperatur) mit 600 bis 1500 Umdrehungen/min für eine statistische Verteilung der Einsatzkomponenten sorgt. Die eigentliche Dispergierung (typischerweise einer in einer iPP-Matrix) findet in einem gleichläufigen Zweischneckenextruder mit einer Verfahrensteillänge von 30 bis 48 D statt, der mit einem Temperaturprofil von 30 bis 230°C (Einzug → Düse) arbeitet. Die Umdrehungszahl liegt zwischen 100 bis 550 Umdrehungen/Minute, es wird mit einem Durchsatz von 4 bis 30 kg/h gearbeitet.

In der folgenden Tabelle werden die Beispiele nach erfindungsgemäßem Vorgehen, bzw. ein entsprechendes Vergleichsbeispiel nach dem Stand der Technik, dargestellt:

Claims (1)

1. Verwendung von mittels Metallocenkatalyse hergestellten Polyolefinwachsen zur Verbesserung der Dispergierung von Pigmenten in Polypropylen.