BASF Colors & Effects baut ein Distributionzentrum für Pigmente. (Bildquelle: Colors & Effects)

Die Dispersierbarkeit von Pigmenten hat entscheidenden Einfluss auf die Farbqualität. (Bildquelle: Colors & Effects)

Obwohl mit dem Einsatz von Farbstoffen, die sich im Polymer auflösen, hohe Farbstärken und chromatische Farbtöne erzielt werden können, stellen Migration und geringe Echtheit dennoch ein Problem dar. Mit der festen Struktur von Pigmenten können hingegen wetterechte und beständige Farbergebnisse erzielt werden. Bei Pigmenten handelt es sich um Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 µm und 10 µm, die es in der Kunststoffmatrix gleichmäßig zu dispergieren gilt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Einarbeiten des Pigments im Polymer nicht mit einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes einhergeht.

Während mit organischen Pigmenten aufgrund ihrer hohen Farbstärke in der Regel ein sehr gutes Farbergebnis erzielt werden kann, sind die Vertreter dieser Pigmentchemie meist nicht ausreichend hitzebeständig. Bei der Verarbeitung unter hohen Temperaturen besteht die Gefahr, dass die Pigmente abbauen oder in Lösung gehen, wodurch der Farbton sich verändert oder schlimmstenfalls sogar ungewünschte Abbauprodukte entstehen können. Hingegen sind anorganische Pigmente aufgrund ihrer inerten Struktur sehr unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen und weisen hervorragende Echtheiten auf. Im Vergleich zu organischen Pigmenten und Farbstoffen sind sie jedoch deutlich farbschwächer und unchromatischer. Vor diesem Hintergrund werden in der Pigmentforschung für technische Kunststoffe zwei Lösungsansätze verfolgt. Zum einen können organische Pigmente hinsichtlich ihrer Prozess- und Hitzestabilität verbessert werden. Zum anderen arbeitet die Pigmentforschung an der Erweiterung des Farbraums durch anorganische Produkte.

Anorganische Pigmente mit guten koloristischen Eigenschaften

Sicopal® Red K 3050 FK verfügt über eine herausragende Stabilität in Hochtemperaturpolymeren (Spritzguss; 5 min. bei E ≤ 3).

Sicopal® Red K 3050 FK verfügt über eine herausragende Stabilität in Hochtemperaturpolymeren (Spritzguss; 5 min. bei E ≤ 3).

Im Bereich anorganischer Pigmente ist mit SicopalRed K 3050 FK kürzlich ein Durchbruch im orangeroten Farbraum gelungen. Das neue Pigment Rot 290 weist eine hervorragende Hitze- und Wetterbeständigkeit sowie eine ausgezeichnete chemische Stabilität in allen Konzentrationen auf. Es kann problemlos in einer Vielzahl von technischen Kunststoffen und Hochtemperaturpolymeren verarbeitet werden und zeigt hierbei gute Hitzestabilitäten, beispielsweise bis zu 380 °C im anspruchsvollen Polysulfon (PSU).

: Farbmessungen in Polypropylen zeigen für Sicopal® Red K 3050 FK deutlich höheres Chroma im Vergleich zu den Eisenoxiden sowie eine Erweiterung des roten Farbraums.

: Farbmessungen in Polypropylen zeigen für Sicopal® Red K 3050 FK deutlich höheres Chroma im Vergleich zu den Eisenoxiden sowie eine Erweiterung des roten Farbraums.

Durch die Verbesserung der Prozesseigenschaften und die herausragenden Wetterechtheiten erweitert das neue Pigment den Farbraum für anspruchsvolle Anwendungen deutlich. Aufgrund seiner eisenfreien Chemie ist es außerdem bestens für den Einsatz in langlebigen PVC-Anwendungen geeignet. Das eisenoxidfreie Pigment ermöglicht zudem ein deutlich höheres Chroma, als mit herkömmlichen anorganischen Produkten erzielt werden kann.

Das anorganische Pigment Sicopal Orange K 2430 eignet sich für das Färben von Ladekabeln für elektrisch betriebene Fahrzeuge. Die starke Signalfarbe kennzeichnet gefährliche Hochspannungsbereiche und erfüllt gleichzeitig die hohen Anforderungen an Hitzelagerstabilität, Migration sowie Licht- und Wetterechtheiten.

Prozessstabilität mit organischen Pigmenten

Koloristische Eigenschaften von Sicopal® Orange K 2430 und Sicopal® Red K 3050 im Vergleich zu in der Industrie beliebten Farbvorgaben für Elektromobilität.

Koloristische Eigenschaften von Sicopal® Orange K 2430 und Sicopal® Red K 3050 im Vergleich zu in der Industrie beliebten Farbvorgaben für Elektromobilität.

Während es bei den beiden Vertretern der Sicopal Produktlinie gelungen ist, die koloristischen Eigenschaften in der anorganischen Pigmentchemie zu verbessern, wird zusätzlich der Ansatz verfolgt, die Prozessstabilität in farbstarken organischen Produkten weiter zu erhöhen.

: Hitzebeständigkeit von Cinquasia® Rubine K 4370 FK im Vergleich zu einem Pigment Rot 202 Marktstandard (Spritzguss; 5 min. bei E ≤ 3).

: Hitzebeständigkeit von Cinquasia® Rubine K 4370 FK im Vergleich zu einem Pigment Rot 202 Marktstandard (Spritzguss; 5 min. bei E ≤ 3).

Gelungen ist dies beim Chinacridon-Pigment Cinquasia Rubine K 4370 FK. Aufgrund seiner verbesserten Hitzebeständigkeit erweitert das Hochleistungspigment die Verarbeitungsmöglichkeiten gegenüber herkömmlichem Pigment Rot 202 entscheidend und ermöglicht so den Zugang zu chromatischen Rottönen in Anwendung mit erhöhten Temperaturanforderungen in der Verarbeitung. Im Vergleich der Temperaturstabilität zwischen Cinquasia Rubine K 4370 FK und einem herkömmlichen Pigment Rot 202 zeigt sich, dass die Temperaturbeständigkeit im Durchschnitt um 20 °C und mehr verbessert wurde. Das Pigment erlaubt somit auch den Einsatz in faserverstärktem Polymer, wie zum Beispiel glasfaserverstärktem Polyamid (PA GF).

Tiefes Schwarz in Polymeranwendungen

Die Fotoserie zeigt, wie das linke Rußpigment bei der Abfüllung stockt und staubt. Im Gegensatz zur ungehindert und sauber fließenden Pigmentpräparation Microlen Piano Black auf der rechten Seite benötigt das Rußigment manuelle Unterstützung, da es sonst in der Öffnung verklumpt.

Die Fotoserie zeigt, wie das linke Rußpigment bei der Abfüllung stockt und staubt. Im Gegensatz zur ungehindert und sauber fließenden Pigmentpräparation Microlen Piano Black auf der rechten Seite benötigt das Rußigment manuelle Unterstützung, da es sonst in der Öffnung verklumpt.

Edles Piano Black ist bisher vornehmlich aus Lackanwendungen bekannt, beispielsweise im beliebten Klassiker glänzender und tiefschwarzer Automobile. Mit der Pigmentpräparation Microlen Piano Black 0077 MCN ist nun ein Durchbruch gelungen, der die hochwertige Erscheinung von luxuriösem Schwarz auch in der Kunststoffgestaltung ermöglicht. Somit ist eine Vielzahl neuer Designmöglichkeiten für hochwertige Kunststoffanwendungen entstanden, die beispielsweise im Automobilinterieur, im Motorraum, oder auch für hochwertige Elektronik- und Haushaltsgeräte eingesetzt wird.

Der Dispersionsprozess mit feinem Rußpulver gestaltet sich aufgrund der großen Gesamtoberfläche der vielen Kleinstpartikel als besonders herausfordernd. Hinzu kommt, dass Ruß stark zur Staubbildung neigt und hohe Anforderungen an die Arbeitshygiene stellt.
Das neue schwarze Pigment ermöglicht einfaches Dispergieren herausfordernder Pigmentpulver wie Ruß. Dabei ist die Art des Rußes für das Erreichen tiefer Schwarztöne ebenso wichtig wie eine exzellente Dispergierung. Denn eine unzulängliche Verteilung von Pigment im Material führt nicht nur zu einem weniger guten Farbeindruck, es birgt auch die Gefahr verschlechterter mechanischer Eigenschaften im Endprodukt. So kann eine ungleichmäßige Verteilung im Polymer beim Einfärben mit Ruß dazu führen, die Schlagzähigkeit des Endprodukts bedeutend zu reduzieren. In vielen Anwendungsgebieten technischer Kunststoffe, wie beispielsweise in der Automobilindustrie, ist die Schlagzähigkeit der eingesetzten Materialen jedoch sehr wichtig. Die Abbildung zeigt den deutlichen Unterschied der Schlagzähigkeit zwischen dem Masterbatch, das mit Microlen Piano Black gefärbt wurde und dem Standard-Masterbatch. Wie im Diagramm zu sehen ist, kann die Kerbschlagzähigkeit eines Polymers beim Einsatz eines Standardmasterbatches deutlich reduziert werden (26,9 beziehungsweise 31,4 kJ/m2) während sie beim Microlen Piano Black weitestgehend erhalten bleibt (175,2 beziehungsweise  220,24 kJ/m2. Gleichzeitig zeigt ein Vergleich der Helligkeit (L-Werte), dass mit dem neuen Pigment dunklere Schwarztöne erreicht werden können, die bisher in Polymeren nur schwer oder gar nicht zugänglich waren.

 

Im Schlagzähigkeitstest weist das Masterbatch, das mit Microlen Piano Black gefärbt wurde, eine deutlich höhrere Stabilität auf, während der L-Wert-Vergleich den dunkleren Schwarzton von Microlen Piano Black zeigt. (Bildquelle: BASF Color & Effects)

Im Schlagzähigkeitstest weist das Masterbatch, das mit Microlen Piano Black gefärbt wurde, eine deutlich höhrere Stabilität auf, während der L-Wert-Vergleich den dunkleren Schwarzton von Microlen Piano Black zeigt. (Bildquelle: BASF Color & Effects)

Im Schlagzähigkeitstest weist das Masterbatch, das mit Microlen Piano Black gefärbt wurde, eine deutlich höhrere Stabilität auf, während der L-Wert-Vergleich den dunkleren Schwarzton von Microlen Piano Black zeigt.

Mit der Entwicklung hochleistungsfähiger Pigmente in den Bereichen Organik und Anorganik sowie mit speziellen Pigmentpräparationen arbeitet die Forschung an den Herausforderungen, die bei der Einfärbung technischer Kunststoffe bestehen. So gelingt es mit innovativen Pigmenten inzwischen, ein hervorragendes Farbergebnis mit den besonderen Anforderungen an mechanische Eigenschaften, Wetterechtheiten und Temperaturbeständigkeit für den Einsatz in Hochtemperaturpolymeren zu verbinden.

 

Über den Autor

Dr. Christof Kujat

ist Head Global Technical Industry Management Plastics bei BASF Colors & Effects.