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Verfahren zur Herstellung von Kunststoffgegenständen mit Perlglanz.
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Die Erfindung betri£"ft ein Verfahren zur Herstellung von formbaren
Massen zur Erzeugung von glänzenden Kunststoffgegenständen mit perlartigem Glanz,
bei dem Material mit perlartigem Glanz in zähe und hochschmelzende Kunststoff hoher
Dichte wie Polypropylen und Polyäthylen eingearbeitet wird.
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Es ißt bekannt, daß das Einverleiben oder Dispergieren verschiedener
Materialien in Form kleiner Kristalle oder Flocken in Kunststoffe, wie beispielsweise
Polyäthylen geringer Dichte, ein glänzendes, perlartiges Aussehen an Flaschen oder
anderen, daraus hergestellten Gegenständen hervorruft. Dieses Mittel iet bisher
häufig angewandt worden, um das normalerweise dunkle und oft rauhe Aussehen dieser
Produkte zu verbessern. Bisher wurde das Einarbeiten dieser Perlglanz erzeugenden
Pigmente in den Kunststoff
im allgemeinen in der gleichen Weise,
wie bei anderen festen Pigmenten oder Farben vorgenommen. Das heißt, zuerst wird
eine Kunststoff-Grundbeschickung hergestellt, die mit dem gewünschten Pigment sehr
stark beladen ist.
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Bei einem derartigen typischen Verfahren wird das den Perlglanz erzeugende
Pigment entweder als solcheß oder vorzugsweise als konzentrierte Paste oder Suspension
in einem flüssigen Träger in einer Konzentration von etwa 50 bis 75 ß in einer Beschickung
aus "natürlichen", unpigmentiertem Polyäthylen durch intensive mechanische Verarbeitung
oder Kneten in einem Banbury-Xischer oder einer ähnlichen Vorrichtung vermischt.
Hierauf wird die gebildete, stark beladene Grundmischung zu einem Pulver vermahlen
und das so erhaltene pigmentierte Kunstharzpulver durch einen Extruder mit genügend
zusätzlichem natürlichem Polyäthylen geschickt, um Kügelchen eines Kunstharz-Konzentrats
herzustellen. Dieses enthält dann etwa 5 bis 10 % der den Perlglanz erzeugenden
Feststoffe.
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Anschließend wird das Konzentrat dann abermals durch einen Extruder
zusammen mit weiterem gekörnten, natürlichem" Harz oder mit in geeigneter Weise
gefärbten oder anderweitig gebundenen Harz geschickt, um ein Kunstharzpulver zu
gewinnen, du die gewUnachte endgültige Farbe und andere Eigenschaften aufweist.
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Natürlich wird das entstandene Kunstharzpulver noch anderen Extrusions-
oder Schervorgängen in der Endstufe der Warmbehandlung unterworren, wobei es die
gewünschte Kunststoffflasche oder einen anderen Gegenstand ergab. Diese bekannten
Verfahren sehen mindestens drei aufeinander folgende Durchänge des Kunststoffes
und des den Perlglanz erzeugenden Materials durch eine Mischungszone großer Scherung
wie inen Banbury-Mischer, einen Extruder, eine Kautschukmühle einer einer Kombination
derartiger Vorrichtungen vor.
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Die beschriebene, herkömmliche Misch- und Verfahrensweise ist zum
Vermischen gewähnlicher Pigmente und sogar Perlglanz erzeugender Kristalle in verhältnismäßig
weichen und niedrigschmelzenden Thermoplasten, wie Polyäthylen geringer Dichte,
Polystyrol und dergleichen recht befriedigend. Es hat aich Jedoch herausgestellt,
daß diese bekannte Verfahrensweise enttäuschende Ergebnisse liefert, wenn Gegenstände
mit Perlglanz hergestellt werden sollen, und zwar unter Verwendung von moderneren
Thermoplasten, wie Zieglertschem Polyäthylen hoher Dichte oder Polypropylen, die
sowohl ein beträchtlich höheres Molekulargewicht und einen höheren Schmelzpunkt
als auch ein wesentlich geringeres Maß an Durchsichtigkeit als Polyäthylen niedriger
Dichte aufweisen.
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Insbesondere haben Versuche zur Herstellung von Gegenständen mit Perlglanz
aus den neueren Kunststoffen gezeigt, daß wesentlich größere Konzentrationen an
dem perlfarbigen Material bei den mehr opaken, hochschmelzenden Kunstharzen als
bei Polyäthylen geringerer Dichte erforderlich sind.
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Indes ist auch mit diesen größeren Konzentrationen der erhaltene Perlglanz
merklich geringer als man zu erwarten hat.
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Die Erfindung will den geschilderten Nachteilen abhelfen.
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Insbesondere ist sie-dabei darauf gerichtet, bei dem Vermischen der
Paste mit dem Kunststoff zu vermeiden, daß die in der Paste enthaltenen Kristalle
des glanzgebenden Materials durch zu starken mechanischen Druck zum Teil zerstört
werden. Erreicht wird dies dadurch, daß die Paste, die die Teilchen des Materials
mit perlartigem Glanz mit einem Flächendurchmesser von 3 bis 70 Mikron, einer Dicke
von 0,5 bis 5 Mikron, einem Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von vorzugsweise
mindestens 4 und in einer Menge von 30 bis 80 Gew. °, vorzugsweise 50 bis 65 Gew,-P
enthält, dem Kunststoff, der in Form von EUgelchen einer durchschnittlichen Größe
von 1,6 bis 6,4 mm vorliegt, zugesetzt
und dann das entstandene
Gemisch ohne Druck bei Temperaturen zwischen 5 bis 40°C langsam gerührt wird, bis
die Kunststoffteilchen mit der Paste überzogenn sind.
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Mach dem Verfahren der Erfindung werden die Pigmente mit perlartigem
Glanz äußerst wirksam in die zähen Kunststoffe einverleibt und die Scherkräfte,
denen das Material ausgesetzt ist, sehr gering gehalten. Ferner ist es von Vorteil,
daß es bei dem Verfahren der Erfindung nur eines einzigen Durchgangs bedarf, anstatt
von 3 oder mehreren mechanischen Bearbitungsgängen durch einen Extruder, wie es
bisher nötig war. Das den Perlglanz erzeugende Material wird auf diese Weise in
dem Kunstharz mit einem Minimum an mechanischen Brüchen oder Abreibungen und mit
einem Minliui an thermischer Zersetzung dispergiert. Diese mechanische und thermische
Zersetzung der den Perlglanz ererzeugenden Pigmentkristalle oder Lamellen war sehr
ausgesprochen und tur die relative Unwirksamkeit verantwortlich, wenn die Pigmentkristalle
in der üblichen Weise in ein zähes Kunstharz, beispielsweise Polyäthylen hoher Dichte,
eingearbeitet wurden. Denn es wurde bei relativ hohen Verfahrenstemperaturen, wie
sie zur Erzielung einer guten Dispersion des Pigments in einem solchen Kunststoff
erforderlich waren, intensiv geknetet.
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Als besonders geeigneter Stoff mit perlartigem Glanz hat sich basisches
kristallines Bleikarbonat erwiesen, vornehmlich dann, wenn ein weißer Glanz erzeugt
werden soll.
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Weiter seien beispielsweise die folgenden Stoffs genannt, saures Ble
iphosphat, saures Bleiarsenat, Zinkphosphat, Ble ipyropho sphat, Zinkammoniumphosphat,
, Magnes immammoniumphosphat, Glimmer und dergleichen.
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Wenn die den Perlglanz erzeugenden Pigmentkristalle in einem durchscheinenden
oder durchsichtigen Grundstoff einverleibt und in parallelen Schichten in verschiedenen
Tiefen
orientiert werden, wird gleichzeitig Licht in einer gegebenen Richtung von einer
Vielzahl von Oberflächen reflektiert, wodurch die Art von Glanz entsteht, die als
perlartig bezeichnet wird. Da die Intensität der Reflexion an einer Grenze zwischen
zwei durchsichtigen Substanzen von der Differenz ihrer Brechungsindizes abhängt,
ist es erwünscht, daß der Brechungsindex der den Perlglanz erzeugenden Kristalle
vom Brechungsindex des Kunstharzes, in das dies eingebettet werden, mindestens um
etwa 0,2 verschieden ist. Da die Polyolefin1wnstharze, auf die sich diese Erfindung
hauptsächlich bezieht, Brechungsindizes im Bereich von etwa 1,50 bis 1,60 aufweisen,
sollen die verwendeten perlmutterartigen Kristalle Indizes über 1,70 und vorzugsweise
zwischen 1,80 und 00 besitzen. Die Kristalle des basischen Bleikarbonats, die einen
Brechungsindex zwischen etwa 1,90 und 2,10 haben, sind wegen ihrer ausgezeichneten
mechanischen und kristallinen Eigenschaften und ihrer verhältnismäßig guten thermischen
Stabilität besonders wirksam.
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Bei DurchfUhrung des Verfahrens der Erfindung werden die den Perlglanz
erzeugenden Kristalle zuerst zu einer konzentrierten Paste durch Dispergieren in
einem geeigneten, klaren, lichtdurchlässigen, flüssigen Träger verarbeitet, der
zumindest in kleinen Anteilen mit dem Kunststoff verträglich ist, mit dem er vereinigt
wird. Der Träger ist eine ölige Flüssigkeit, die frei fließt und bei Raumtemperatur
im wesentlichen nicht flüchtig ist, d.h. eine mit einem Siedepunkt oberhalb 2000C
und vorzugsweise oberhalb von 3000C. Der ölige Träger, der die kleinen Kristalle
des den Perlglanz erzeugenden Materials überzieht, hindert diese - Agglomerieren,
verringrt das Brechen und erleichtert die einheitliche Verteilung der Kristalle
auf der Oberfläche des Harzpulvers in der anfänglichen Überzugsstufe und deren parallele
Orientierung bei der Dispersimon im Kunstharz Geeignete Beispiele für derartige
Träger
stoffe sind C4 bis C12-Alkylester von Säuren wie Phosphor
säure, Phthalsäure und Säuren der Oxalaurereihe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen pro
MolekUl, wie Aipinlure oder Se bac insäure. Dioctylphthalat, Dibutylphthalat und
deren zahlreiche Mischungen haben sich als besonders nützlich erwiesen. Hochraffinierte
weiße Mineralöle kannen gleichfalls verwendet werden. Geringe Mengen relativ flüchtiger
Flüssigkeiten wie Wasser oder Butylacetat können im Träger zur Modifizierungseiner
Viskosität oder flir andere Zwecke vorliegen.
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Das Verfahren der Erfindung ist, wie bereits erwähnt, besonders bedeutsam
bei zähen, hochschmelzenden Kunststoffen, insbesondere Polypropylen und Polyäthylenharzen
hoher Dichte, d.h. Polyäthylen mit einer Dichte von etwa 0,945 einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von etwa 40 000 bis 200 000 oder höher, d.h. 50 000 bis 100 000,
und einem kristallinen Schmelzpunkt von etwa 135°C oder höher.
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Das bei der Durchführung des Verfahrens verwendete Kunstharzpulver
kann unpigmentiert oder auch mit einem Farbstoff, zum Beispiel Vltramarinblau, Phthalocyaninblau,
Chromoxyd, Cadmiumrot, Cadmiumgelb, Benzidingelb, Phthalocyaningrün gefärbt werden.
Anstelle eines Kunstharzpulvers, dessen Teilchen alle die gleiche Farbe haben, kann
man auch zur Erzielung besonderer Farbeffekte verschieden gefärbte Kunststoffpulver
verwenden.
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In der Regel ist bei dem Verfahren der Erfindung das Kunstharzpulver
in 0,5 bis 5 Minuten, vornehmlich in 1 bis 3 Minuten mit der Paste überzogen. Ein
guter Überzug des Kunstharzpulvers mit der Paste kann beispielsweise durch langsames
Verrühren entsprechender Mengen des Kunstharzpulvers und des pastösen Zusatzes in
einem offenen Eimer mit einem hölzernen oder aus Kunststoff bestehenden RUhrlöffel
erzielt
werden» wenn man mit der Hand rührt oder den Löffel durch eine geolgnete, lch langsam
drehende Vorrichtung drehen läßt. Weiter kann eine geeignete Mischung durch teilweises
Füllen einer Mischtrommel mit dem Kunststoffpulver und dem pastösen Zusatz und anschließendem
Umwälzen der Mischung in der Trommel erhalten werden. Ferner eignet sich gut ein
Bandmischer. Bekanntlich ist ein derartiger Mischer ein Behälter mit einer motorgetriebenen,
senkrechten Welle, die durch die Mitte des Behälters läuft.
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Um deren gesamte länge ist ein Streifen oder ein Band spiralförmig
gewickelt und in gleicher Entfernung von der Wellenmitte befestigt. wenn die Materialien,
einschließlich der Zusätze durch die öffnung in den Behälter eingefüllt werden,
wird eine gründliche Mischung erzielt. Die fertige Mischung wird durch eine Öffnung
entnommen.
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Zum Mischen wird du pastöse Gemisch gewogen und in geeigneter Menge
auf du Kunstharzpulver getropft, mit dem es vermischt werden soll. Beispielsweise
kann eine abgewogene Menge der Perlglanzpaste in eine Trommel getropft werden, die
zum Teil mit einer bekannten Menge des Kunstharzpulvers gefüllt ist, worauf die
Trommel geschlossen und etwa 2 Minuten gedreht wird. Bin übermäßiges Mischen verringert
unnötigerweise die Kristallgröße des den Perlglanz erzeugenden Materials. Bei Verarbeitung
einer solchen Masse ergeben sich dann Kunststoffgegenstände mit einem weniger ausgesprochenen
Glanz als demjenigen, der erzielt werden kann, wenn die Mischzeit möglichst klein
gehalten wird. Zur Vermeldung einer schädlichen Verkleinerung der Partikel des Perlglanzmaterials
bei einer Homogenisierung der errindungsgemäßen Masse läßt man vorteilhaft die Trommel
oder eine andere Mischvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 U/min sich
drehen. Natürlich wird die gUnstigste Mischgeschwindigkeit etwas von der verwendeten
Vorrichtung abhängen, befriedigende Mischergebnisse können Jedoch leicht durch vorher
vorgenormene Versuchsläufe bestimmt werden.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Masse, deren Kunststoffteilchen
einen dünnen Film des Perlglanzzusatzes aufweisen, kann einer der üblichen Vorrichtung
zur Warmverformung, z.B. einer Spritzgussmasohine, unmittelbar zugefhhrt werden.
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Es ist zweckmäßig, um den gewunachten Perlglanzeffekt der Kunststoffgegenstände
aüs der erfindungsgemäßen Masse zu erhalten, die den Perlglanz erzeugenden Kristalle
in einer Konzentration von etwa 0,1 bis etwa 5 %, vorzugsweise von etwa 0,3 bis
etwa 2 «, auf den Kunststoff bezogen, zu verwenden. So können beispielsweise beim
Arbeiten mit einer Paste, die 60 ß Perlglanzkristalle und 40 % flüssigen Träger
enthält, ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden, in dem ein Teil dieser Paste
mit etwa 30 bis 200 Teilen des Kunststoffpulvers oder mit einer trockenen Mischung
aus Kunststoffpulver und Farbkonzentrat-Kunststoffpulver vermischt werden.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend
im einzelnen beschrieben.
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Beispiel Eine Perlglanz erzeugende Paste (nachstehend als "Paste A"
bezeichnet) wird in folgender Weise hergestellt: 6 Teile kristallines basisches
Bleikarbonat und 4 Teile eines flüssigen Trägers aus gleichen Teilen Dibutylphthalat
und Dioctylphthalat wurden in einem Glasbecher mit einer Umdrehungszahl von etwa
100 Umdrehungen sanft unter Verwendung eines hölzernen Spateis oder eines kleinen,
flachen Holzlöffels als R2hren verrührt. Das verwendete Blelkarbonat hatte im wesentlichen
die Form von hexagonalen Plättchen, die einen durchschnittlichen Flächendurchemsser
von etwa 7 bis 8 Mikron aufwiesen.
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Ein Kunststoffpulver (nachstehend als"Pulver B" bezeichnet) wurde
durch Trockenmischen von 240 Teilen Polyäthylenpulvers hoher Dichte und 10 Teilen
eines Farbkonzentrat-Kunststoffpulvers aus Polyäthylen hoher Dichte mit etwa 48
ß blauer Farbe ("Monastral Blau BT449D") hergestellt, bis eine im wesentlichen einheitliche
Mischung erhalten war. Die durchschnittliche Teilchengröße der zwei Pulver betrug
3,2 mm. Ein Teil der Paste A wurde dann in einen Eimer gegeben, der 45 Teile des
Pulvers B enthielt, wobei die Paste auf das Pulver in der Nähe der Mitte des Eimers
getropft wurde. Die gewünschte Menge an Paste wurde mittels einer kalibrierten Dosiervorrichtung
zugegeben. In einer derartigen Vorrichtung bewegt sich die abzumessende Flüssigkeit
oder Paste beim Aufwärtsbewegen eines handbetätigten Griffes in einen Pumpenzylinder
und' wird von der DUse beim Abwärtsdrücken nach unten entleert, wobei das gewünschte
Volumen mittels einer einstellbaren Anschlagvorrichtung, die die Hublänge des Kolbens
regelt, genau vorbestimmt werden kann. Die Paste im Lager- oder Fülltrichter soll
von Zeit zu Zeit sanft gerührt werden, wenn die Verteilungsvorrichtung längere Zeit
benutzt wird, damit die Pigmentkristalle einheitlich im flüssigen Träger verteilt
bleiben. Wenn dies nicht geschieht, sedimentieren die Teilchen des Perlglanz erzeugenden
Materials.
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Nach dem Zutropfen der Paste in den Eimer, der das Kunstharzpulver
enthielt, wurde der Inhalt sanft mit einem von Hand bewegten flachen Holziöffel
zwei Minuten gerührt, um die Paste im wesentlichen glatt auf den Kunstharzteilchen
zu verteilen.
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Die aus der so erhaltenen Masse auf einer Spritzgussmaschine hergestellten
Kunststoffflaschen hatten ein äußerst glänzendes Aussehen. Die durchschnittliche
Kristall größe des Perlglanz gebenden Materials in den Flaschen betrug 2 bis 4 Mikron.
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Verg1eichsbeisiel In einem Vergleichs-Durchlauf wurden die Paste A
und das Pulver B in den gleichen Verhältnissen wie vorher vermischt, wobei Jedoch
die Ubliche Reihenfolge der einzelnen Stufen bei der Extrusion angewandt wurden,
indem zuerst eine Grundbeschickung mit 3 ß des Perlglanzpigmentes, dann ein Konzentrat
mit 1 1/2 ß des Perlglanzpigmentes und schließlich das in gewUnochter Weise gefärbte
Material fur den Spritzguss hergestellt wurde. Die durchschnittliche Kristallgröße
in den aus dieser Masse hergestellten Flaschen betrug nur 1 bis 2 Mikron; die Flaschen
wiesen daher einen deutlich geringeren weichen Ton und ein weniger glänzendes Aussehen
auf.