DE102007061052A1

DE102007061052A1 - Kunststoff mit hoher Farbtiefe

Info

Publication number: DE102007061052A1
Application number: DE200710061052
Authority: DE
Inventors: Rainer Englert
Original assignee: ROWA GmbH
Current assignee: ROWA GmbH
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Kunststoff mit einem ersten Pigment und einem zweiten Pigment, wobei der Kunststoff einen durch die Pigmente hervorgerufenen homogenen Farbton aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pigment für Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparent ist und das zweite Pigment für Infrarotstrahlung im Wesentlichen reflektierend ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff mit einem ersten Pigment und einem zweiten Pigment, wobei der Kunststoff einen durch die Pigmente hervorgerufenen homogenen Farbton aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff.
Derartige (thermoplastische) Kunststoffe sind aus offenkundiger Vorbenutzung bekannt. Aufgrund technischer und ästhetischer Gesichtspunkte sind diese Kunststoffe für die Verwendung als sichtbares Bau- oder Strukturelement regelmäßig eingefärbt, wozu ein einziges oder mehrere Pigmente verwendet werden können, die unterschiedliche Wellenlängen sichtbaren Lichts reflektieren. Durch die Mischung von wenigstens zwei Pigmenten kann somit auch ein homogener Farbeindruck (ein einziger Farbton) vermittelt werden, der nicht durch Verwendung eines einzigen Pigments erzeugt werden kann.
Speziell bei für die Automobilindustrie gefertigten Kunststoffteilen treten hohe Anforderungen an die Beständigkeit von Kunststoffen und deren Farbechtheit auf. Die Kunststoffe müssen unabhängig von der Einfärbung wetterecht sein, wobei auch die verwendeten Farbmittel selbst witterungsstabil und zudem toxikologisch unbedenklich sein müssen. Das zur Einfärbung verwendete Farbkonzentrat sollte gut zu verarbeiten sein und die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs nur unwesentlich verändern. Gleichzeitig müssen aber auch die zur Einfärbung des Kunststoffs verwendeten Pigmente die Verarbeitungstemperaturen der Kunststoffe von regelmäßig 130°C bis 300°C überstehen können.
Weiterhin muss darauf geachtet werden, dass bei bestimmungsgemäßer Verwendung des eingefärbten Kunststoffkörpers die Aufheizung durch Wärmestrahlung, insbesondere bei sehr dunkler bis schwarzer Einfärbung des Kunststoffs ein gewisses Maß nicht überschreiten sollte. Die allgemeine Lebenserfahrung zeigt hier aber, dass im Automobilbereich verwendete schwarz eingefärbte Kunststoffteile diese Anforderungen nur unzureichend erfüllen. Dieses liegt größtenteils daran, dass diese Kunststoffe zur Erreichung der schwarzen Farbe mit Rußpartikeln eingefärbt werden, die Strahlung im Infrarotwellenlängenbereich absorbieren.
Schließlich besteht aber allgemein auch der Wunsch nach farbstarken eingefärbten Kunststoffteilen, insbesondere aus schwarzen Kunststoffen. Diese können jedoch bislang nur unter teilweiser Berücksichtigung der oben genannten Parameter – und unter Verwendung von Ruß – erreicht werden. Oftmals sind die schwarz eingefärbten Kunststoffe auch nur dunkelgrau oder dunkelbraun; eine tiefschwarze Einfärbung ist regelmäßig nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen eingefärbten Kunststoff zu schaffen, der witterungsbeständig, farbstark und farbecht ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Kunststoff mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Allgemein ist bekannt, dass Infrarotstrahlung reflektierende Pigmente (λ > 700 nm) von Natur aus sehr farbschwach sind und keine brillianten Farbtöne zulassen. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat nun gefunden, dass diese Infrarotstrahlung reflektierenden Pigmente zu einer stärkeren, farbvertiefenden Färbung von Kunststoff beitragen können, wenn diese mit einem Pigment kombiniert werden, das für die Grundfarbe des Kunststoffes verantwortlich und zugleich für Infrarotstrahlung transparent ist, wodurch sich ein Kunststoff ergibt, der farbstärker und witterungsbeständiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Kunststoffe ist.
Vorteilhaft ist an dieser Erfindung, dass der erfindungsgemäß ausgestaltete Kunststoff eine hohe Farbsättigung erreicht und für den Betrachter sehr farbstark ist, zugleich aber eine geringere Aufheizrate besitzt als der Farbton erwarten lassen würde.
Insbesondere können tiefschwarz eingefärbte Kunststoffe durch besonders bevorzugte gemeinsame Verwendung von für Infrarotstrahlung transparentem peri-Dinaphtylen (Perylen) und für Infrarotstrahlung reflektierendem Chromeisenbraun ((Fe,Cr)₂O₃) hergestellt werden (vgl. im Folgenden insbesondere Tabelle 2: M IV).

Selbstverständlich können neben Chromeisenbraun auch andere Mischmetalloxid (mixed metal oxide; MMO) als Infrarotstrahlung reflektierendes Pigment eingesetzt werden, um weitere und andere Farbtöne herzustellen, z. B.: Tabelle 1

Colour Index/Colour Index Nr.	Hauptbestandteile	CAS Nr.	EINECS Nr.
Blue 28/77346	Co-Al	1345-16-0	310-193-6
Blue 36/77343	Co-Cr-Al	68187-11-1	269-072-0
Brown 24/77310	Cr-Sb-Ti	68186-90-3	269-052-1
Green 17/77288	Cr-Fe	68909-79-5	272-713-7
Black 30/77504	Cr-Fe-Ni-Mn	71631-15-7	275-738-1

Als Kunststoffe, bevorzugt thermoplastische Kunststoffe, eignen sich Polystyrol (PS), Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat (SAN), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Thermoplastisches Polyolefin (TPO) und Theromoplastisches Elastomer (TPE). Besonders bevorzugt werden jedoch Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polycarbonat (PC) verwendet.
Insbesondere ist es erfindungsgemäß auch möglich Thermoplastisches Polyurethan (TPU) wetterfest, farbecht und farbstark einzufärben, ohne dass es zu einem Ausbleichen der Farben und einem Farbabrieb kommt.
Der Anteil des ersten und/oder des zweiten Pigments am Kunststoff beträgt nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,1 bis 10 Gew.-%. Nach einer anderen bevorzugten Ausführung beträgt der Gesamtpigmentanteil 0,1 bis 16 Gew.-%. Im Gegensatz zu herkömmlichen farbigen Kunststoffen kann damit der Pigmentanteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Kunststoffs weit über dem herkömmlichen Pigmentanteil bis ungefähr 5 Gew.-% liegen. Damit können die Kunststoffe kräftiger eingefärbt werden, ohne dass sich negative Folgen für die Aufheizung, Stabilität und Beständigkeit der Kunststoffe ergeben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die einzige 1 erläutert.
Thermoplastische Kunststoffe wurden mit der erfindungsgemäßen Kombination von einem für Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparenten ersten Pigment und einem Infrarotstrahlung im Wesentlichen reflektierenden zweiten Pigment tiefschwarz eingefärbt. Der gemäß DIN 6174 ermittelte L*-Wert nach CieLab lag für erfindungsgemäß ausgebildete Kunststoffe unter 25.
Zunächst wurden Farbkonzentrate mit 10 bis 80% des ersten und des zweiten Pigments erstellt, die zur Einfärbung des Kunststoffs verwendet wurden. Darauf wurden die Pigmente mit jeweils 0,1 bis 16 Gew.-% in thermoplastischen Kunststoff eingearbeitet.
Mit den Farbkonzentraten wurden als Prüfkörper Spritzplättchen hergestellt und mit den nachfolgend beschriebenen Verfahren geprüft.
Das Aufheizverhalten der Prüfkörper wurde durch Bestrahlung der Prüfkörper mit einer 100 Watt IR-Lampe in einer Höhe von ca. 15 cm über dem Prüfkörper untersucht. Als Unterlage für den Prüfkörper diente eine 40 mm dicke Styropor-Platte. Der Prüfkörper wurde auf seiner Oberseite mittig mit einem selbstklebenden Messfühler versehen, wobei die Temperatur an der Oberfläche wie folgt gemessen wurde:

a) bis T ≈ konst. (der Messfühler wird vor Beginn der Bestrahlung entfernt);
b) nach 20 Min. Bestrahlung; und
c) die Umgebungstemperatur im IR Schatten unter der Styropor-Platte während der gesamten Messdauer.

Die Ergebnisse des Aufheizverhaltens der Prüfkörper M I bis M IV und deren Farbwerte sind in Tabelle 2 aufgeführt: Tabelle 2

Muster Nr. L*-Wert a*-Wert b*-Wert Temperatur nach 20 min Bestrahlung [°C]

M I 24,37 –0,16 –0,84 90

M II 25,76 2,17 0,22 80

M III 24,66 0,7 –0,33 88

M IV 24,56 1,21 –0,08 80
Als Kontrollansatz zum Vergleich der für die verschiedenen Ansätze erhaltenen Kunststoffeigenschaften wurde in M I ein Infrarotstrahlung absorbierendes Pigment, nämlich der schwarze Farbruß FW 1 (Degussa) verwendet. Als weiteren Kontrollansatz wurde in M II ein Infrarotstrahlung reflektierendes Pigment, nämlich Chromeisenbraun ((Fe,Cr)₂O₃; Sicopal^® Schwarz K 0095, BASF) verwendet.
In den Muster M III und M IV wurden Kunststoffprüfkörper gemäß der Erfindung untersucht, wobei das Verhältnis von für Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparenten Pigment, nämlich Perylen (Lumogen^® Schwarz FK 4281), zu Infrarotstrahlung im Wesentlichen reflektierenden Pigment, nämlich Chromeisenbraun, für M III 50:50 und für M IV 30:70 betrug.
Zusätzlich wurde auch die IR-Reflektion der Prüfkörper mit einem Varian Cary 5000 gemessen. Das Ergebnis dieser Messungen zeigt die 1.
Anhand der Beispiele erkennt man deutlich die Verbesserung, welche durch die hier beschriebene Erfindung erreicht werden. In Tabelle 2 erkennt man, dass die Aufheizrate bei den erfindungsgemäßen schwarzen Prüfkörpern M III und M IV besser ist als beim Vergleichsprüfkörper M I. Die Prüfkörper M III und M IV besitzen sowohl im Hinblick auf die Aufheizrate als auch auf den L*-Wert wesentlich bessere Eigenschaften. In 1 erkennt man deutlich, dass die erfindungsgemäßen Plättchen Wellen im Infrarotwellenlängenbereich (λ > 700 nm) stark reflektieren.
Durch die erfindungsgemäße Kombination eines ersten Pigments, das für Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparent ist, und einem zweiten Pigment, das für Infrarotstrahlung im Wesentlichen reflektierend ist, ist somit die Einfärbung von gedeckten Thermoplasten mit hoher Farbtiefe und starker Infrarot-Reflektion ermöglicht. Die damit einhergehenden Vorteile sind für den Fachmann offenbar.
Beispielsweise ist durch die Verwendung des erfindungsgemäßen, besonders bevorzugt tiefschwarzen Kunststoffs in der Automobilindustrie, etwa bei der Innenausstattung einer Fahrgastzelle, gewährleistet, dass sich das Wageninnere bei starker Sonneneinstrahlung nicht so stark aufheizt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch diese Temperaturreduzierung in der Fahrgastzelle ist die Kühlung des Innenraums, beispielsweise durch eine Klimaanlage, entsprechend nicht in dem Maß wie bisher bekannt notwendig, wodurch sich auch unmittelbar ein bei gleicher Außentemperatur geringerer Kraftstoffverbrauch gegenüber herkömmlich ausgestatteten Automobilen ergibt.
Desweiteren bietet es sich auch an, Gartenmöbel aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff zu bilden, da sich die Möbel aufgrund der sich aus der Erfindung ergebenden Kunststoffeigenschaften weniger stark aufheizen werden als die aus dem Stand der Technik bekannten Möbel. Dadurch besitzen die erfindungsgemäß ausgebildeten Gartenmöbel über einen weiten Temperaturbereich eine hohe Steifigkeit, wodurch auch eine höhere Belastung der Gartenmöbel ermöglicht ist.
Schließlich sei noch beispielhaft darauf hingewiesen, dass auch Zeltplanen aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff gebildet sein können, die aufgrund ihrer IR-Reflektion ein Aufheizen des vom Zelt gebildeten oder überdachten Innenraums vermeiden und derart die Ausbildung eines milderen Klimas im oder unter dem Zelt ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 6174 [0016]

Claims

Kunststoff mit einem ersten Pigment und einem zweiten Pigment, wobei der Kunststoff einen durch die Pigmente hervorgerufenen homogenen Farbton aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pigment für Infrarotstrahlung im Wesentlichen transparent ist und das zweite Pigment für Infrarotstrahlung im Wesentlichen reflektierend ist.
Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Thermoplastischem Polyurethan (TPU), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polycarbonat (PC).
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Pigmentanteil von 0,1 bis 16 Gew.-%.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Pigmentanteil des ersten Pigments von 0,1 bis 10 Gew.-%.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Pigmentanteil des zweiten Pigments von 0,1 bis 10 Gew.-%.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von erstem Pigment zu zweitem Pigment ungefähr 30:70 beträgt.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pigment peri-Dinaphtylen (Perylen) ist.
Kunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pigment ein Mischmetalloxid (mixed metal oxide; MMO) ist.
Kunststoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischmetalloxid Chromeisenbraun ((Fe,Cr)₂O₃) ist.