DE2601602A1

DE2601602A1 - Verfahren zur herstellung feinteiliger wachse

Info

Publication number: DE2601602A1
Application number: DE19762601602
Authority: DE
Inventors: Hellmuth Ing Grad Kasch; Hans Dipl Chem Dr Klug
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1977-07-21
Also published as: JPS5289167A

Description

Verfahren zur Herstellung feinteiliger Wachse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feinteiliger Wachse durch elektrostatisches Versprühen, sowie die Verwendung dieser Wachse als Lackmattierungsmittel.
Für viele Anwendungszwecke, beispielsweise für die Lackmattierung, werden besonders feinteilige Wachse benötigt, die darüber hinaus ein möglichst enges Kornspektrum aufvreisen sollen, So dürfen beispielsweise Lackmattierungsmittel keine Teilchen enthalten, die größer als 20/um sind, da sonst die Oberflächenqualität der Lackierung beeinträchtigt würde, Andererseits tragen Teilchen mit einem Durchmesser kleiner als 11um nichts mehr zur Mattierung bei, Die meisten Wachse können durch mechanisches Zerkleinern, zoB.
durch Vermahlen, nicht in die gewünschte feinteilige Form überführt werden, bzwo sie neigen in zermahlener Form zu irreversibo len Verklumpungen beim Lagern, Üblicherweise werden daher feinteilige Wachse durch Ausfällen einer Wachs lösung in ein Nicht-Lösungsmittel hergestellt. Dabei muß jedoch mit brennbaren aromatischen Lösungsmitteln hantiert werden, außerdem ist meist noch ein aufwendiger Trocknungsprozeß erforderlich0 Beim Versprühen von Wachs lösungen in der Luft entsteht ein Pulver mit sehr breitem Kornspektrum, das vor der Anwendung durch Sichten von zu groben und und zu feinen Anteilen befreit werden muRO Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligen Wachsen zu entwickeln, bei dem ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 2 und 12/um anfällt, welches eine enge Kornverteilung aufweist, Diese Aufgabe wird gelöst, wenn man Wachse mit einem Molekulargewicht zwischen 500 und 10 000 als Schmelze mit einer Viskosität zwischen 100 und 400 m Pa s und einem elektrischen Widerstand zwischen 104 und 1010 Ohm durch Anlegen einer Spannung zwischen 50 und 200 KV zerstäubt.
Besonders zweckmäßig wird dieses Verfahren bei Polyolefinwachsen angewandt; die ggf. bis zu 50 Gew.% Esterwachse, Säurewachse oder Amidwachse zugemischt enthalten können. Derartige Wachse sind dann besonders für die Verwendung als Lackmattierungsmittel geeignet.
Dem Verfahren liegt das Prinzip der elektrostatischen Versprühung zugrunde, wie es u.a, vom Versprühen von Lacken her bekannt ist0 Eine Ausführungsform des Verfahrens ist z0B. qn der DT-OS 1 577 920 beschrieben0 Es beruht darauf, daß durch Anlegen hoher elektrischer Spannung in einem Flüssigkeitspartikel elektrostatische Ladungen erzeugt werden, welche zur Ausbildung von Abstoßungskräften im Partikel führen, Sobald diese Abstoßungskräfte stärker werden als die Oberflächenspannung, welche den Zusammenhalt des Partikels bewirkt, zerplatzt das Partikel zu feinen Teilchen. Da die Oberflächenspannung vom Teilchendurchmesser abhängt, kann durch Variation der angelegten Spannung die Größe der entstehenden Teilchen beeinflußt werden0 Die Wachse sollen ein Molekulargewicht zwischen 500 und 10 000, vorzugsweise zwischen 2000 und 6000 aufweisen. In Frage kommen vor allem Polyolefinwachse, wie z.B. Polyäthylenwachse, Polypropylenwachse, sowie chemisch modifizierte, zoBo oxidierte Polyolefinwachse. Sie werden entweder durch Abbau höhermolekularer Polyolefine oder durch Polymerisation der Monomeren in Gegenwart von Reglern hergestellt. Geeignet sind auch Paraffinwachse, und zwar sowohl natürliche Wachse, wie Montanwachse, als auch synthetische die nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren hergestellt werden0 Weiterhin können Esterwachse (aus langkettigen Fettsäuren und langkettigen Alkoholen), Säurewachse, Alkoholwachse und Amidwachse, z.B. Äthylenbisstearylamid, verwendet werden0 Besonders gut geeignet sind Wachsmischungen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht man aus von einer Wachsschmelze. Die Schmelze kann nur dann ohne Schwierigkeiten elektrostatisch versprüht werden, wenn sie eine Viskosität zwischen 100 und 400, vorzugsweise zwischen 150 und 200 m Pa s hat0 Die Viskosität ist abhängig von der Art und dem Molekulargewicht des Wachses, von Zusatzstoffen, und in geringerem Maße auch von der Temperatur. Im allgemeinen arbeitet man bei Temperaturen zwischen 0 50 und 200, vorzugsweise zwischen 100 und 150 C, wobei man zweckmäßigerweise unterhalb der Zersetzungstemperatur des Wachses bleibt.
Die Schmelze muß hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften auf das elektrostatische Sprühverfahren eingestellt sein, Es hat sich gezeigt, daß nur solche Wachsschmelzen ohne Schwierigkeiten zersträubt werden können, die einen elektrischen Widerstand zwischen 103 und 1010, vorzugsweise zwischen 104 und 109 haben0 Ein zu niedriger Widerstand führt dazu, daß die Lackpartikel die Ladung zwar sehr schnell aufnehmen, sie dafür jedoch eben so rasch wieder abgeben, so daß die Spannung nicht zur Ausbildung sehr feiner Tröpfchen ausgenutzt werden kann0 Ist der Widerstand zu hoch, so besteht die Möglichkeit, daß nicht genügend Ladung aufgenommen wird und dadurch die Bildung sehr feiner Sprühtröpfchen unterbleibt. Der Widerstand ist wiederum abhängig von der Art des Wachses, den Zusatzstoffen und der Temperatur0 Es hat sich gezeigt, daß die vorzugsweise verwendeten unpolaren Polyolefinwachse verhältnismäßig hohe Widerstände haben, die aber durch Zumischen von Wachsen mit polaren Gruppen, z0B. Esterwachsen, Säurewachsen oder Amidwachsen in Mengen von 0 bis 50, vorzugsweise von 10 bis 30 Gene%, erniedrigt werden können.
Als weitere Zusatzstoffe kommen Tenside in Frage, durch welche die Oberflächenspannung beeinflußt werden kann. Geeignet sind Ubliche Emulgatoren, vorzugsweise in Mengen von 10 bis 30 Ges.%.
Das Versprühen wird durch Anlegen einer Hochspannung bewirkt.
Dies geschieht vorzugsweise so, daß die Schmelze in Kontakt mit einem Pol einer Spannungsquelle gebracht wird. Dann wird die Schmelze in einer geeigneten Apparatur versprüht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man sie über eine Kante ablaufen läßt oder aus einer Düse auspreßt.
An der Ablauf- oder Auspreßstelle bildet sich ein starkes Potentialfeld aus, durch welches die Partikel mit einer hohen Spannung beladen werden. Die Zerstäubung erfolgt ausschließlich unter dem Einfluß der Ladung. Die versprühten Tröpfchen werden dann an einem Gegenpol, zweckmäßigerweise an einem Blech, aufgefangen0 Auf dem Flugweg erstarren die geschmolzenen Partikel zu nicht mehr verklebendem Pulver.
Wie bereits ausgeführt, kann die Teilchengröße direkt durch die angelegte Spannung beeinflußt werden. Es hat sich gezeigt, daß für die angestrebte mittlere Teilchengröße zwischen 2 und 12/um, vorzugsweise zwischen 4 und 10/um, eine Spannung nötig ist, die zwischen 50 und 200, vorzugsweise zwischen 80 und 150 KV liegt.
Die erfindungsgemäß hergestellten feinteiligen Wachse sind besonders für die Verwendung als Lackmattierungsmittel geeignet, da sie genügende Feinheit und ein enges Kornspektrum haben. Sie eignen sich für alle dblichen.Lacke, beispielsweise für solche auf Basis von Aminoplastharzen, Alkydharzen, Acrylatharzen, Polyurethanen, Nitrocellulose oder Vinylpolymerisaten, welche in den üblichen Lacklösungsmitteln gelöst oder dispergiert sein können und die üblichen Zusatzstoffe enthalten können0 Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Wachse, daß sie als Pulver direkt in den Lack eingerührt werden können; sie können jedoch auch zusammen mit Lösungsmittel, Weichmachern oder Harzlösungen mit dem Lack vermischt werden. Sie werden je nach dem gewünschten Mattierungsgrad dem Lack in Mengen von 1 bis 20, vorzugsweise von 4 bis 10 Gew.%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Lackes, zugesetzt.
Außer als Lackmattierungsmittel können die Wachse auch noch als Gleitmittel in Lacken und Druckfarben, oder als Abdeckmaterial, welches das Verdunsten von Wasser verhindern soll, verwendet werden. Die Wachspartikel haben in guter Näherung kugelförmige Gestalt; diese Eigenschaft läßt sie auch als Materialien für retroreflektierende Beschichtungen geeignet erscheinen.
Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.
Beispiel 1 Ausgangsmaterial: Hochdruck-Polyäthylen-Wachs mit einem Molekulargewicht von etwa 3 000, einer Teilchengröße von etwa 200/u, einer Schmelzviskosität von etwa 200 m Pa s und einem elektrischen Widerstand von etwa 109 Ohm.
Versuchsanordnung: Ein horizontal angeordnetes, muldenförmig ausgebildetes, einseitig mit einer scharfen Kante versehenes Eisenblech (Versprüher) ist an einen Hochspannungsgenerator angeschlossen. Im Abstand von etwa 20 cm ist ein vertikal ausgestelltes, bewegliches Aluminiumblech angeordnet, welches als Gegenpol geerdet ist (Abscheider).
Verfahren: Das Wachs wird auf dem Versprüher bei 120 0C geschmolzen und mit einer Hochspannung von 140 KV beladen. Es tritt Zerstäubung der Schmelze ein, die sich auf dem Abscheider in Form von Partikeln der mittleren Teilchengröße von etwa 101u niederschlägt. Während des Sprühvorgangs ist das Abscheider-Blech fortwährend unter Einhaltung des gleichen Abstandes vom VersprUher zu bewegen, da das abgeschiedene Material als Isolator wirkt.
Anwendung: Das so erhaltene, feinteilige Mattierungsmittel wird in einen unpolaren Kunstharzlack der nachstehenden Formulierung eingerührt: 100 Teile eines lufttrocknenden Alkydharzes, 60 %ig in Testbenzin 2 Teile Kobalt/Blei/Mangan-Sikkativ 0,5 Teile eines handelsüblichen Hautverhinderungsmittels, 50 Teile Testbenzin, 4 bis 8 Teile des Wachses, 0,4 Teile Kieselsäure-Mattierungsmittel zur Thixotropierung.
Beispiel 2 Ausgangsmaterial: Wie Beispiel 1 Versuchsanordnung: In Abänderung der in Beispiel 1 beschriebenen Anordnung befindet sich zwischen dem Versprüher und dem gegenüber angeordneten Abscheider ein Isolator.
Verfahren: Wie bei 2; das versprühte Wachspulver ist hier aber infolge des eingebauten Isolators gezwungen, eine balistische, nahezu kreisförmige Flugbahn zu beschreiben0 Dies hat zur Folge, daß feinere Partikel, deren Flugbahn stärker gekrümmt ist, sich an einer anderen Stelle abscheiden als die gröberen Partikel, deren Flugbahn weniger gekrümmt ist. Dadurch kann eine spektrale Aufteilung der Korngrößen erreicht werden0 Anwendung: Der Feinanteil des so erhaltenen Mattierungsmittels mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 6,u wird in einen Lack folgender Formulierung eingerührt: 12 Teile Nitrocellulose (butanolfeucht), 20 Teile eines plastifizierten Harnstoff/Formaldehyd-Harzes, 60 %ig in Butanol, 30 Teile Athylglykol, 24 Teile Toluol, 50 Teile Butylacetat, 2 Teile Phosphorsäure, 2 Teile Wachs.
Beispiel 3 Ausgangsmaterial: Eine Wachsmischung aus 70 % Hochdruckpolyäthylenwachs wie in Beispiel 1 20 % teilverseiftes Esterwachs auf Basis eines Montanwachses, 10 % Äthylenbisstearylamid.
Die mittlere Teilchengröße liegt bei etwa 150/u, die Schmelzviskosität bei etwa 200 m Pa s und der elektrische Widerstand 4 bei etwa 104 Ohm.
Versuchsanordnung: Wie in Beispiel 2 Verfahren: Wie in Beispiel 2. Es wird ein feinteiliges Mattierungsmittel mit einer mittleren Teilchengröße von 6 bis 8/u erhalten.

Claims

Patentansprche 1. Verfahren zur Herstellung feinteiliger Wachse mit einem Molekulargewicht zwischen 500 und 10 000 und einer mittleren Teilchengröße zwischen 2 und 12,um, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wachsschmelze mit einer Schmelzviskosität zwischen 100 und 400 m Pa s und einem elektrischen Widerstand zwischen 103 und 1010 Ohm durch Anlegen einer Spannung zwischen 50 und 200 KV zerstäubt wird.
2. Verfahren zur Herstellung feinteiliger Wachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachse Polyolefinwachse sind, die ggf. bis zu 50 Gew. Esterwachse, Säurewachse oder Amidwachse zugemischt enthalten.
3. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Wachse als Lackmattierungsmittel.