DE3873252T2

DE3873252T2 - Pigment von hoher staerke zur verwendung in drucktinten.

Info

Publication number: DE3873252T2
Application number: DE8888309879T
Authority: DE
Inventors: K R Anantharaman; Wilmeth M Smoot; Susan T Soward
Original assignee: Sun Chemical Corp
Current assignee: Sun Chemical Corp
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-10-21
Also published as: EP0313360A1; US4793863A; JPH01146962A; DK168993B1; GR3006114T3; CA1332084C; EP0313360B1; FI884862A0; FI884862L; DE3873252D1; ATE78844T1; MX169557B; DK558888A; DK558888D0; ES2045142T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von organischen Pigmenten hoher Stärke. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von organischen Pigmenten hoher Stärke, die besonders geeignet sind für die Produktion hervorragender Drucktinten bzw. -farben.
Wie in dem US-Patent 4 102 704 (Fournier et al.) beschrieben, ist es an sich bekannt, modifizierte oder unmodifizierte Harze oder Kiefernharze einzumischen, um die Eigenschaften von Pigmentzusammensetzungen zu verbessern, die in Druckfarben verwendet werden sollen.
Geeignete Additive schließen ganz allgemein natürliche und synthetische Harze ein. Kiefernharz, oft auch Colophonium genannt, disproportioniertes Kiefernharz, hydriertes Kiefernharz und Kiefernharz-Derivate werden für die hier angesprochenen Zwecke verwendet. Derartige Kiefernharze sind sehr gut verträglich mit den für Druckfarben verwendeten Bindemitteln, haben niedrige Erweichungstemperaturen, sind löslich in einem wässrigen alkalischen Medium und im wesentlichen unlöslich in einem sauren Medium.
Organische Pigmente werden im allgemeinen während des üblichen Kupplungsvorgangs oder danach mit Harz oder Kiefernharz versetzt, um eine bessere Dispergierung der Pigmentteilchen zu erreichen, was für die Pigmente eine höhere Intensität, Transparenz und Tiefe des Farbtons bedeutet. Das Harz oder Kiefernharz wird normalerweise als freie Säure oder als Metallsalz von Calcium, Barium oder Zirkonium abgeschieden. Das US-Patent 4 102 704, Spalte 1, Zeilen 26 bis 35, das französische Patent 1 538 270 und das belgische Patent 660 978 sind Beispiele für das genannte Vorgehen sowie für die Verwendung organischer Amine zur Umsetzung mit dem Harz oder Kiefernharz. Außerdem wird die Verwendung kleiner Mengen Netzmittel, z. B. Triethanolaminoleinester beschrieben. Die Verwendung dieser Zusätze soll den Nachteil haben, die Farbintensität herabzusetzen.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden nach dem US-Patent 4 102 704 angeblich dadurch behoben, daß modifizierte oder unmodifizierte Harzsäuren eingemischt werden, die mit einem Aminoalkohol in einer das organische Pigment enthaltenden sauren wäßrigen Lösung verestert werden. Die Ester werden dann ausgefällt, indem die wäßrige Lösung alkalisch gemacht wird oder durch Zugabe einer Säure, die wasserunlösliche Salze bildet. Eines der Merkmale der patentierten Erfindung sieht die Herstellung der Ester der Harzsäuren in einem gesonderten Verfahrensschritt vor.
In etwas neuerer Zeit schlägt das kanadische Patent 1 170 802 vor, einen hohen Prozentanteil Harz oder Kiefernharz anzuwenden, abgeschieden als freie Säure auf dem organischen Pigment, um hohe Transparenz und hohe Färbekraft zu erzielen. Bei Anwendung des Herstellungsverfahrens nach dem kanadischen Patent z. B. mit einem C.I. Pigment Yellow-12 und in Verbindung mit einer Flushbehandlung hatte die entstehende Flushpaste jedoch niedrige Viskosität und erfordert infolgedessen größere Mengen gelierte Trägermittel, um Fließwerte für die Farbe zu erreichen, die dann ein besseres Druckverhalten ergeben.
US 4 327 017 beschreibt zahlreiche organische Pigmente, die ein Verbesserungsmittel enthalten, wobei es sich um ein Aluminiumresinat handeln kann, das wahlweise in Gegenwart von Pigment gebildet wird. Die vorgeschlagenen Mengen Aluminiumresinat in Azo- und polyzyklischen Pigmentzusammensetzungen sind verhältnismäßig niedrig und betragen nicht mehr als 40 Gew. %. FR 1 246 922 bezieht sich auf eine Verbesserung von Pigmentzusammensetzungen durch Zugabe von Metallresinaten, darunter Aluminiumrosinat, gebildet in Gegenwart des organischen Pigments. Keine dieser Druckschriften erkennt jedoch die Notwendigkeit des stöchiometrischen Verhältnisses von Aluminium zu Kiefernharz in der Pigmentzusammensetzung, insbesondere im Hinblick auf die rheologischen Eigenschaften der Zusammensetzung.
Es wäre daher vorteilhaft, nach einem Verfahren zur Herstellung von Pigmentzusammensetzungen arbeiten zu können, bei dem die genannten Schwierigkeiten der bekannten Verfahren oder die wirtschaftlichen Nachteile wie zusätzliche Verfahrensschritte, Herabsetzung der Farbintensität und ungeeignete Viskostätswerte beim Einmischen in eine Druckfarbe vermieden sind. Das nach einem solchen Verfahren erzielte Produkt sollte hohe Färbekraft, bessere Transparenz und gute rheologische Eigenschaften bei der Verwendung in Druckfarben besitzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung konnte festgestellt werden, daß eine eine hohe Färbekraft aufweisende Zusammensetzung von organischem Pigment hergestellt werden kann, indem ein hoher Kiefernharz-Gehalt in einer fertigen Kupplung verwendet und dann das Kiefernharz als Aluminiumsalz gefällt wird. In Ansätzen von Druckfarben werden hohe Färbekraft, bessere Transparenz und gute rheologische Eigenschaften erzielt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren angegeben zur Herstellung einer Pigmentzusammensetzung mit einem organischen Azo-, Lakazo- oder Phthalocyanin-Pigment und einem Dispersionsverbesserer aus der Gruppe der Kiefernharze, Aluminiumrosinate und Mischungen daraus, wobei das Pigment mit Kiefernharz in einer Menge von 90 bis 100 Gew.% des organischen Pigments und mit einem Aluminiumsalz in einer Menge, die zwischen 50 % und 100 % der theoretisch für die Kombination mit dem gesamten Kiefernharz erforderlichen stöchiometrischen Menge Aluminium bereitzustellen vermag, in Kontakt gebracht wird.
Nach dem bevorzugten Verfahren wird das Aluminiumsalz mit dem organischen Pigment in Kontakt gebracht, bevor das Kiefernharz mit dem organischen Pigment Kontakt bekommt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Rosinat-Pigmentzusammensetzung vorgesehen, das folgende Schritte umfaßt:
ein organisches Azo-, Lakazo- oder Phthalocyanin-Pigment wird in Kontakt gebracht mit einem Dispergierverbesserer, der ein Kiefernharz oder einem Gemisch von Kiefernharzen ist, welcher Dispergierverbesserer in einer Menge zwischen etwa 90 Gew.% und etwa 100 Gew.% des genannten organischen Pigments vorliegt;
das entstehende Gemisch wird in Kontakt gebracht mit einer solchen Menge Aluminiumsalz, die ausreicht, um Aluminiumrosinat durch Kombination des genannten Kiefernharzes mit dem genannten Aluminiumsalz zu bilden, wobei das genannte Aluminiumsalz in einer Konzentration zwischen 50 % und 100 % der stöchiometrischen Menge des Kiefernharzes vorliegt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Rosinat-Pigmentzusammensetzung angegeben, das folgende Schritte umfaßt:
a. ein organisches Pigment, wie oben angegeben, wird in Kontakt gebracht mit einem Aluminiumsalz, wobei ein Gemisch entsteht;
b. anschließend wird dieses Gemisch mit einem Dispergierverbesserer in Kontakt gebracht, der aus der Gruppe von Kiefernharz und Gemischen von Kiefernharz ausgewählt ist;
das stöchiometrische Verhältnis von Kiefernharz zu dem durch das genannte Aluminiumsalz zugeführten Aluminium liegt zwischen etwa 2:1 und 1:1.
Die vorliegende Erfindung umfaßt außerdem eine neue Pigmentzusammensetzung mit einem organischen Pigment, wie oben angegeben, und einem Dispergierverbesserer, der aus der Gruppe der Kiefernharze der Aluminiumrosinate und deren Gemische ausgewählt ist, in dem 50 % bis 100 % (bezogen auf die Molmenge) des genannten Kiefernharzes in Form eines Aluminiumrosinats vorliegen und in dem der Dispergierverbesserer in einer Menge zwischen etwa 90 Gew.% und 100 Gew.% des Pigments vorliegt.
Allgemein umfassen die erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzungen das Zufügen einer Lösung eines Aluminimsalzes zu einer alkalischen Aufschlämmung einer fertigen Pigmentkupplung und anschließendes Zufügen einer alkalischen Lösung des Kiefernharzes. Dann wird der pH in den sauren Bereich gebracht und Aluminiumrosinat sowie nicht umgesetztes Kiefernharz fallen aus und werden aus der Lösung abgetrennt und getrocknet. Die entstehenden Körnchen oder Partikel sind geeignet zur Verwendung beim Ansetzen von Druckfarbe, was ein weiteres Merkmal der Erfindung darstellt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die alkalische Lösung des Kiefernharzes zuerst in die alkalische Aufschlämmung zu geben. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß die Erst-Zugabe der Aluminiumsalzlösung zu besseren rheologischen Eigenschaften führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für die Druckfarben-Industrie, die als Pigmente Azo-Pigmente, Lakazo-Pigmente und Phthalocyanin-Pigmente verwendet; besonders bevorzugt ist die Verwendung von Azodiarylid-Gelb-Pigmenten. Die Pigmentaufschlämmungs-Zugabe kann entweder verdünnt sein, d. h. 1 bis 2 % Pigment, oder konzentriert, d. h. 2 bis 15 % Pigment, bezogen auf das Gewicht der Aufschlämmung.
Die verwendeten Kiefernharze können die oben angeführten oder Gemische davon sein. Die Menge des benutzten Kiefernharzes liegt zwischen 90 und 100 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des organischen Pigments. Etwa 100 Gew.% sind bevorzugt. Das Kiefernharz wird in einer alkalischen wäßrigen Lösung verwendet, z. B. in Natronlauge. Es versteht sich, daß auch andere Alkalien verwendet werden können.
Zu den bei der Ausführung der Erfindung verwendbaren Aluminiumsalzen gehören die wasserlöslichen Salze wie Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrat usw. Bevorzugte Aluminiumsalze sind Aluminiumsulfat und Aluminiumchlorid.
Die Menge des verwendeten Aluminiumsalzes ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Es hat sich gezeigt, daß die rheologischen Eigenschaften des organischen Pigmentprodukts so geändert werden können, daß es den Anforderungen beispielsweise für Druckfarben genügt, indem die Menge des für die Umsetzung mit dem Kiefernharz verfügbaren Aluminiumsalzes eingestellt wird. Wenn insbesondere ein hoher Überschuß gegenüber der theoretischen oder stöchiometrischen, für die Umsetzung mit dem Kiefernharz erforderlichen Aluminiummenge verwendet wird, erhält das Produkt sehr schlechte rheologische Eigenschaften und schwachen Glanz. Die Menge des verwendeten Aluminiumsalzes beträgt daher nicht mehr als etwa 100 % der stöchiometrisch erforderlichen Menge; die bevorzugten Mengen Aluminiumsalz betragen 50 bis 70 % der stöchiometrischen Menge.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Pigmentsuspension auf höhere Temperatur erhitzt, z. B. etwa 40 bis 90 Grad C, und der pH wird auf alkalische Werte eingestellt, z. B. 9 bis 11, vorzugsweise auf 10,5 bis 11,0, indem beispielsweise alkalische Natronlauge verwendet wird.
Anschließend wird in die Pigmentaufschlämmung eine wäßrige Lösung eines Aluminiumsalzes gegeben, und danach wird das Kiefernharz in Form einer alkalischen Lösung, z. B. einer 50 %igen Natronlauge, zugegeben. In den Zugabephasen wird die Pigmentsuspension im allgemeinen gerührt. Dann wird der pH der Aufschlämmung sauer eingestellt, wobei der pH vorzugsweise zwischen 6,0 und 6,5 liegt. Diese Änderung des pH kann durch Zugabe von Säuren wie Essigsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure herbeigeführt werden. Das Aluminiumrosinat wird ebenso wie jedes aus der Lösung ausfallende freie Kiefernharz und die entstehende Aufschlämmung filtriert, die Partikel oder Körnchen werden gewaschen, um einen neutralen pH zu erhalten, und dann bei einer zwischen etwa 45 und 60 Grad C, vorzugsweise zwischen 45 und 55 Grad C liegenden Temperatur getrocknet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die neuen Pigmentzusammensetzungen zur Herstellung von Druckfarben für gewerbliche Anwendungen verwendet. Druckfarben werden im allgemeinen hergestellt entweder (1) durch Verwendung einer Flushpasten-Basis, hergestellt aus Pigment-Preßkuchen in einem hochscherenden Sigma-Kneter oder (2) durch trockenes Anreiben eines trockenen Pigments mit geeigneten Druckfarbenträgermitteln in einer hochscherenden Maschine, etwa einem 3-Walzen-Mischer. Die entstehenden Produkte werden dann mit geeigneten Verdünnungsmitteln, Lösungsmitteln usw. verschnitten, damit sie den Anforderungen an Druckfarben genügen. Beim Flush-Verfahren mit einem Sigma-Kneter wird das Pigment vorzugsweise in die oleophilen Medien überführt, während das sich abscheidende Wasser abgegossen wird. Das Produkt wird nötigenfalls durch Waschen auf niedrige Leitfähigkeit gebracht und dann auf niedrigen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Die getrocknete Flushpaste wird mit geeigneten Firnissen, Lösemitteln usw. verschnitten, damit sie den an Druckfarben gestellten Anforderungen genügt.
Die vorliegende Erfindung kann in einer verdünnten oder konzentrierten Pigmentaufschlämmung ausgeführt werden, vorteilhafterweise jedoch unter Anwendung einer konzentrierten Kupplung, und die entstehende Pigmentaufschlämmung wird in einem Sigma-Kneter geflusht, wobei Harzlösungen verwendet werden, die an sich als Lacke oder Flush-Lacke, Alkyde und sonstige Lösemittel bekannt sind. Der fertige Flush wird dann mit Lösemitteln, Firnissen, Lacken und sonstigen Verschnitthilfsmitteln bis zu der Konsistenz verschnitten, die für eine Druckfarbe oder Flushbasis erforderlich ist. Ein solches Verfahren hat Vorteile gegenüber der Verwendung des einfachen Preßkuchens im Flush, weil die erhaltenen Pigmentteilchen äußerst fein dispergiert sind und hohe Färbekraft, erheblich verbesserte Transparenz und bessere Verteilung in dem Trägermittel haben. Die auf diese Weise erfindungsgemäß hergestellte Druckfarbe hat bis zu 35 % höhere Färbekraft, bezogen auf Yellow-12-Gehalt, im Vergleich zu einem in üblicher Weise hergestellten Produkt mit wenig oder ganz ohne Kiefernharz, das unter vergleichbaren Bedingungen hergestellt worden ist.
Alternativ hierzu kann das nach der Lehre der Erfindung hergestellte Pigment in einer Filterpresse isoliert und salzfrei gewaschen werden, worauf der Preßkuchen in einem Sigma-Kneter geflusht wird, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Das Pigment kann auch salzfrei gewaschen und in einem Wärmeschrank bei 50 bis 60 Grad C getrocknet werden, worauf das resultierende trockene Pigment in Druckfarbträger eingemischt wird unter Anwendung einer hochscherenden Anordnung, z. B. eines 3-Walzen-Mischers oder eines hochscherenden Kneters.
Die Erfindung wird anhand der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Pigmentsuspension mit 250 Teile C.I. Pigment Yellow-12 (Colour Index Nr. 21090) in einem Fertigkupplungsvolumen von 2900 Teilen (8,5 % Pigment-Konzentration) wurde hergestellt durch Kuppeln bei 12 bis 14 Grad C und bei einem End-pH von 2,8 bis 3,4. Die fertige Kupplung wurde dann auf 40 bis 45 Grad C erwärmt. Der pH der Pigmentaufschlämmung wurde mit Natronlauge auf 10 bis 10,8, vorzugsweise 10,5 bis 10,8 eingestellt. Eine Lösung eines löslichen Aluminiumsalzes, das 5,5 Teile Aluminium enthält, d. h. ungefähr 75 % des theoretisch für die Menge des angewandten Kiefernharzes benötigten Aluminiums, wurde unter Rühren zugegeben. Dann wurden 243 Teile eines modifizierten Kiefernharzes (Schmelzpunkt 75 bis 100 Grad C) als 20 bis 25 %ige Lösung in 70,7 Teilen 50 %iger Natronlauge unter Rühren zugegeben und der pH mit verdünnter Essigsäure auf 6,0 bis 6,5 neu eingestellt. Nach dem Filtrieren, Waschen bis zu neutralem pH und Trocknen in einem Wärmeschrank bei 50 bis 60 Grad C zeigte die oben genannte Aufschlämmung im Vergleich zu einem nicht-geharzten Produkt unter Anwendung von #1 Iso-Alkyd-Lack (Nr. 1 Super Florite Alkyd von Iovite Inc. ) in dem üblichen Hoover-Muller-Test gleiche oder 3 bis 5 % höhere Färbekraft mit mehr Transparenz und Farbtontiefe. 1 Gramm des neuen Produkts mit 50,2 % Yellow-12-Pigment hatte gleiche oder höhere Färbekraft gegenüber 1 Gramm eines gewöhnlichen Yellow-12, hergestellt ohne Kiefernharz und Aluminiumsalz.
Die nach obigem Verfahren gewonnene Pigmentaufschlämmung wurde in einem Kohlenwasserstoff-Harzlack in Magie-Öl (Magiesol 47 von Magie Bros. Oil Company in Franklin Park, Illinois) geflusht unter Verwendung eines hochscherenden Sigma-Kneters, mit Wasser auf niedrige Leitfähigkeit gewaschen und dann unter Vakuum auf niedrigen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Dann wurde das Produkt mit dem Lack bzw. Firnis und den Lösungsmitteln zu einer Flush-Basis verschnitten. Dieses Produkt zeigte bei der Testung gegenüber einer nicht modifizierten Yellow-12-Aufschlämmung, die in üblicher Weise hergestellt, anschließend geflusht und in eine Flush-Basis umgewandelt worden war, einen Farbstärkevorsprung von 30 bis 35 %, bezogen auf Yellow-12-Gehalt, bei guter Transparenz und guten rheologischen Eigenschaften.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch enthielt die verwendete Aluminiumsalzlösung 3,62 Teile Aluminium, d. h. etwa 50 % der für die Menge des verwendeten Kiefernharzes theoretisch erforderlichen Menge. Das entstandene Produkt zeigte bei der Prüfung einen vergleichbaren Stärkevorsprung und bessere rheologische Eigenschaften.

Beispiel 3

Unter Anwendung des Verfahrens nach Beispiel 1 wurde eine Anzahl Versuche mit wechselnden Mengen Aluminiumsalz angestellt, um zu zeigen, daß mehr als 100 % der stöchiometrischen Menge vermieden werden müssen, damit nicht Produkte entstehen, deren Viskosität unerwünscht hoch ist. Versuch Kiefernharz bezogen auf Gewicht von Yellow-12 Al-Salz, bezogen auf die stöchiometrische Menge Kiefernharz Flush Viskosität* * Poises, gemessen mit dem Laray-Viskosimeter
Die vorstehenden Zahlenwerte zeigen, daß das erfindungsgemäße Vorgehen zu unerwarteten und besseren Ergebnissen führt, ohne daß zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich sind oder Schwierigkeiten wegen Viskosität und Farbstärke auftreten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Pigmentzusammensetzung mit einem organischen Azo-, Lakazo- oder Phthalocyanin-Pigment und einem Dispergierverstärker aus der Gruppe der Kiefernharze, Aluminiumrosinate und Mischungen daraus, dadurch gekennzeichnet, daß das Pigment in Kontakt gebracht wird mit Kiefernharz in einer Menge von 90 bis 100 Gew.% des organischen Pigments und mit einem Aluminiumsalz in einer Menge, die zwischen 50 % und 100 % der theoretisch für die Kombination mit dem gesamten Kiefernharz erforderlichen stöchiometrischen Menge Aluminium bereitzustellen vermag.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Aluminiumsalz in einer Menge vorliegt, die zwischen 50 % und 70 % der theoretisch für die Kombination mit dem gesamten Kiefernharz erforderlichen stöchiometrischen Menge Aluminium bereitzustellen vermag.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumsalz mit dem organischen Pigment in Kontakt gebracht wird, bevor das Kiefernharz mit dem organischen Pigment in Kontakt gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumsalz einer alkalischen wäßrigen Aufschlämmung von organischem Pigment vor der Zugabe des Kiefernharzes zugegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumsalz ein wasserlösliches, anorganisches Salz, vorzugsweise Aluminiumsulfat oder Aluminiumchlorid, ist.

6. Pigmentzusammensetzung, umfassend ein organisches Azo-, Lakazo- oder Phthalocyanin-Pigment und einen Dispergierverbesserer aus der Gruppe der Kiefernharze, Aluminiumrosinate und Gemische daraus, dadurch gekennzeichnet, daß das Kiefernharz in einer Menge zwischen 90 und 100 Gew.% des organischen Pigments und 50 bis 100 % (Mol-%) des genannten Kiefernharzes in Form eines Aluminiumrosinats vorliegt.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, in welcher 50 bis 70 % (Mol-%) des genannten Dispergierverbesserers ein Aluminiumrosinat sind.

8. Verwendung des nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 gewonnenen Produkts oder einer Zusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7 zur Herstellung einer Druckfarbe bzw. -tinte.