Brevet FR2133897A1 — publié le 19721201

La présente invention, se rapporte à des pigments organiques stables à la chaleur, à leur préparation ainsi qu'à des matières colorées à l'aide desdits pigments. Dans la demande de brevet britannique n° 966.316 déposée par la Demande-5 resse, on décrit la préparation de résines synthétiques devant être utilisées pour préparer des pigments résineux dans lesquels la résine est constituée par des produits de co-condensation résineux de toluène-sulfonamide, de mélamine et de formaldéhyde. Les pigments préparés à partir de ces résines ont une bonne stabilité à 10 la lumière. Cependant, ils ne conviennent pas très bien pour colorer des matières thermoplastiques, par exemple le polyéthylène et polypropylène, du fait que l'on traite ces matières thermoplastiques, par exemple lors du moulage^ à des températures comprises entre 200°C et 260°C, et que les pigments ont tendance à se dégrader à des températures comprises entre 200 et 220°G. 15 Les colorants ou pigments fluorescents existants ne donnent pas satisfac tion pour être incorporés dans des matières thermoplastiques, ou bien ils sont d'un prix de revient prohibitif. L'invention a pour objet de préparer des pigments fluorescents convenant pour être incorporés dans des matières thermoplastiques. 20 La Demanderesse a trouvé que l'on peut obtenir des pigments stables à la chaleur en incorporant une matière colorante dans certaines résines alkydes, les-dits pigments étant thermiquement stables à des températures supérieures à 250°C. L'invention a pour objet un pigment oragnique stable à la chaleur compre-25 nant des particules friables d'un produit de réaction d'au moins un acide car-boxylique ou un dérivé fonctionnel de cet acide présentant au moins deux groupes fonctionnels et d'au moins un alcool présentant au moins deux groupes fonctionnels, un acide et/ou un alcool au moins présentant plus de deux groupes fonctionnels et un acide et/ou un alcool au moins cantenant dans leur structure 30 un noyau aromatique et/ou alicyclique, au moins un colorant et facultativement une matière pigmentaire étant dispersés dans ledit produit de réaction. Une résine friable est une résine qui, bien que thermodurcissable, peut être facilement broyée, les particules de cette résine n^ayant pas tendance à s'agglomérer une fois qu'elle est broyée, 35 L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un pigment organique de ce type, selon lequel on effectue une réaction de condensation entre l'acide carboxylique et des alcools monomères, à des températures classiques pour la formation des résines, de façon à former un produit âs réaction ëe stade B, on disperse dans le mélange réaetioimel au moins an colorant et, 40 cultativemênt, -jne matière r.L, on continue à chauffer jusqu'à ce «us bad orvg^al 72 13799 2 2133897 le produit soit pratiquement débarrassé d'acides et/ou 4'.lie vol s monoutl-ras en excès et soit friable, et l'on broie le produit coloré pour former une matière pigmentaire. L'invention a également pour objet une matière thermoplastique dans la-5 quelle est dispersée la matière organique pigmentaire se Ion 11 inv On peut préparer les résines alkydes préférées sous forme de résines blanches, transparentes et, lorsqu'on incorpore le colorant, la couleur du pigment final n'est pas masquée par une coloration éventuelle due à la résine. 10 Cette caractéristique est particulièrement importante si l'on incorpore une matière colorante brillante par exemple, des colorants fluorescents et des agents de brillance ou brillanteurs optiques, dans la résine. A cet égard, la Demanderesse a trouvé que les pigments selon l'invention, qui contiennent une matière colorante fluorescente, ont une meilleure stabilité de couleur que ceux dé-15 crits dans la demande précitée. On préfère ajouter un absorbant de lumière ultraviolette aux pigments^ fluorescents conformes à l'invention, conformément à une pratique classique qui vise à contrôler l'équilibre entre la quantité de lumière ultraviolette nécessaire pour exciter les molécules de colorant et celle qui provoquerait une dê-20 gradation fâcheuse du colorant. L'absorbant de lumière ultraviolette peut être un dérivé bien connu de la benzophénone. Bien que la nature et la préparation des résines alkydes soient bien connues, il faut satisfaire à certaines conditions dans le cadre de l'invention. Les résines doivent pouvoir être broyées facilement et efficacement à des di-25 mensions pigmentaires. En général, les résines alkydes ont tendance à être des résines molles. Cependant, lorsqu'on doit les utiliser pour préparer des pigments, elles doivent être friables. On obtient cette propriété en utilisant des monomères présentant au moins deux fonctions, l'un au moins des monomères ayant plus de deux fonctions. Ainsi, une fois la réaction de condensation achevée, 30 la résine sera réticulée. De plus, les résines seront plus friables si l'un au moins des monomères contient dans safetructure un noyau alicyclique et/ou aromatique. Du moment que les deux conditions ci-dessus sont satisfaites, on peut citer comme acides carboxyliques ou dérivés fonctionnels de ces acides, convenant pour être appliqués à la préparation de pigments selon l'invention, l'acide 35 phtalique, l'acide isophtalique, 1'anhydride phtalique, l'anhydride phtalique 3,6-endométhylène, l'anhydride hexa-hydrophtalique et l'anhydride tétra-hydro-phtalique. Comme alcools monomères appropriés, il y a lieu de citer le tri-méthylol-propane, le penta-érythritol, le 1,4-cyclohexane-diméthanol, et le diméthyl-2,2 diol-1,3 propane. 40 La proportion d'acide monomère par rapport à l'air.col souomèr-.' osi- de original 72 13799 3 2133897 préférence sensiblement égale à 1:5:1, mais elle peut être comprise entre, par exemple 0,5 et 3:0:1 par rapport à une base stoechiométrique. On peut préparer les résines en appliquant n'importe quelle technique de formation des résines classiques. Cependant, il faut prendre des précautions 5 particulières lorsqu'on désire obtenir des résines blanches transparentes et, dans certains cas, il peut être nécessaire d'effectuer la condensation en atmosphère inerte, par exemple en atmosphère d'azote. Il ne faut pas laisser la condensation se poursuivre jusqu'au bout, c'est- à-dire jusqu'à la formation d'une résine de stade c, car les résines de stade C tirés 10 entièrement réticulées ont tendance à être/aérées, et il est alors difficile de les moudre à des dimensions pigmentaires de façon satisfaisante. Ainsi, il faut arrêter la condensation avant la fin du stade B. On peut le faire, si on le désire, en mettant à profit l'action d'agents de rupture de chaînes, par exemple d'un mono-acide carboxylique comme l'acide benzoïque. Un point final 15 approprié pour la réaction peut être fixé par le point de ramollissement de la résine. De façon pratique, il sera compris entre 60°C et 110°C. On peut aussi calculer le point final à partir de déterminations d'indices d'acide. On effectue la réaction de condensation à des températures normales pour former des résines, par exemple à environ 180°C, pendant une durée comprise en 20 général entre 2 heures et 4 heures. Dans certains cas, il peut être impossible d'obtenir un degré de conversion des monomères égal à 100%, à cause de l'empêchement stérique. Par conséquent, la présence de monomère en excès est fâcheuse dans la plupart des cas. Pour éliminer le monomère en excès, il s'est avéré avantageux d'effectuer la condensation en deux stades. Au cours du premier 25 stade, on chauffe les réactifs jusqu'à ce que le point de ramollissement ait une valeur comprise entre 60 et 70°C (la résine passe du stade A au stade B). Ensuite, on verse la résine dans des bacs plats peu profonds, et l'on continue à chauffer pour chasser les composants monomères en excès. On cesse de chauffer lorsque le point de ramollissement de la résine est compris entre 80 et 110°C. 30 Si l'on utilise des agents de rupture de chaînes, où si l'on choisit les monomères de façon à éviter l'empêchement stérique, on peut ne pas avoir recours au second stade. On peut ajouter le colorant et une natièré colorante supplémentaire éventuelle à n'importe quel moment pendant la formation de la résine. Il est préfé-35 rable d'effectuer toute addition de colorant aussi tard que possible pour éviter toute dégradation thermique fâcheuse éventuelle. Si l'on applique un procédé de formation des résines à deux stades, il convient d'ajouter le colorant à la fin du premier stade. En tous cas, la matièrefcolorante doit être bien dispersée dans la résine. 40 On peut utiliser n'importe quel colorant pour former le pigment, du moment 72 13799 4 2133897 que les groupes chromophores n'entrent pas en réaction avec las groupes fonctionnels des résines. Comme colorants fluorescents pa r t i eu 1 i è rcmcMi t appropriés, on peut citer: "Rhodamine 15", "Rhodamine 6 CD", colorants jaunes fluorescents "Basic r) Yellow". Le colorant jaune fluorescent peut etre combiné avec un pigment non fluorescent tel que le "vert de Phtalocyanine" pour produire un pigment vert fluorescent. On peut utiliser les pigments selon l'invention pour colorer des matières 10 thermoplastiques comme du polystyrène à tous usages, du polystyrène résistant au choc, du polyéthylène de faible densité et de densité élevée, des caoutchoucs acrylonitrile-butadiène-styrène, des polymères styrène-acrylonitri 1e et du chlorure de polyvinyle. On peut mélanger à sec le pigment avec la matière plastique extrudée et, 15 à la fin, mouler par injection la matière plastique colorée pour former un article façonné. Du fait que les pigments selon l'invention sont des pigments organiques, il n'est pas nécessaire de les broyer à des dimensions aussi faibles que les pigments minéraux par exemple, du fait qu'ils ont tendance à être solubilisés 20 dans une mesure plus ou moins grande par le milieu thermoplastique. La dimension des particules de pigments peut être comprise entre 1 et 300 microns, selon la nature de la résine. Pour les résines qui produisent un fort cisaillement lorsqu'on les broie, une dimension granulométrique comprise entre 50 et 200 microns est satisfaisante; pour des résines qui ne produisent pas le ci-25 saillement élevé nécessaire, une dimension granulométrique comprise entre 1 et 50 microns peut être essentielle. Il est préférable que la dimension des particules des pigments soit comprise entre 1 et 50 microns. L'invention est illustrée par les exemples suivants: EXEMPLE 1 30 On introduit les constituants suivants dans un réacteur: Anhydride phtalique : 2 moles (poids 13,5 kg) Penta-érythritol : 1 mole (poids 5,90 kg) On fait réagir ces ingrédients à 160'JC pendant 2 heures, et l'on obtient ainsi une résine blanche transparentecfe viscosité moyenne. A ce moment, les 35 titrages et les calculs indiquent un indice d'acide de 140 et un poids moléculaire de 400. On ajoute alors un inhibiteur d'ultraviolet et un colorant fluorescent comme il est indiqué ci-dessous: Hydroxy-2 méthoxy-4 benzophénone : 145 grammes "Rhodamine B" : 398 grammes 40 On élève alors la température à 180"C pour diminuer la viscosité, augmen- BAD ORIGINAL 72 13799 5 2133897 ter la dispersabilité et augmenter également là vitesse de réaction. Au bout d'une demi-heure à cette température, on décharge la résine dans des bacs plats. A ce moment, l'indice d'acide est de 120 et le poids moléculaire est de 450, Le point de ramollissement de la résine ainsi produite est 70°C. On place alors 5 les bacs plats dans un four et l'on laisse réagir la résine à 160°C pendant une heure et demie. Le point de ramollissement de cette résine est de 95°C. Il est nécessaire d'achever la réaction dans un four pour: a) augmenter le degré de réticulation; b) éviter des difficultés lorsqu'on retire le produit fini du réacteur; 10 c) volatiliser un faible pourcentage d'anhydride phtalique ou de penta- érythritol n'ayant pas réagi. On broie la résine colorée pour obtenir un pigment fluorescent. EXEMPLE 2 On introduit les constituants suivants dans un réacteur: 15 Anhydride phtalique: 1,28 mole = (4,08 kg) Penta-érythritol : 1,0 mole = (3,18 kg) On chauffe ensemble les réactifs pendant 4 heures à 180°C, et l'on obtient ainsi une résine blanche tranparente de viscosité moyenne. On mélange et on ajoute un inhibiteur d'ultraviolet et des colorants fluorescents dans la 20 résine, dans les quantités suivantes: Hydroxy-2 méthoxy-4 benzophénone: 55 grammes "Rhodamine 6 GD" 105 grammes "Rhodamine B" 25 grammes On maintient la température de réaction à 180°C, et on poursuit la réac-25 tion pendant encore une heure, jusqu'à ce que le point de ramollissement du produit de réaction soit compris entre 75°C et 85°C. On broie la résine colorée pour obtenir un pigment fluorescent. 72 13799 6 2133897 revendications 1.- Pigment organique stable à la chaleur, caractérisé en ce qu'il est constitué par des particules friables d'un produit de réaction d'au moins un acide carboxylique ou un dérivé fonctionnel de celui-ci, présentant au moins 5 deux groupes fonctionnels, et d'au moins un alcool comportant au moins deux groupes fonctionnels, au moins un acide et/ou alcool comportant plus de deux groupes fonctionnels et au moins un acide et/ou alcool contenant un noyau aromatique ou alicyclique dans sa structure, au moins un colorant et facultativement une matière pigmentaire étant dispersés dans le produit de réaction. 10 2.- Pigment selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa dimension granulométrique est comprise entre 1 et 300 microns. 3.- Pigment selon la revendication 2, caractérisé en ce que sa dimension granulométrique est comprise entre 1 et 50 microns. 4.- Pigment selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 15 le colorant est un colorant fluorescent. 5.- Pigment selon la revendication 4, caractérisé en ce que le colorant fluorescent est la "Rhodamine B", la "Rhodamine 6 GD" ou un colorant jaune appelé "Basic Yellow". 6.- Procédé de préparation d'un pigment organique stable à la chaleur, 20 tel que décrit dans l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue une réaction de condensation entre les réactifs d'écide carboxylique et d'alcool à des températures normales pour former des résines de stade B, on disperse dans le mélange réactionnel au moins un colorant et facultativement une matière pigmentaire, on continue à chauffer jusqu'à ce que le produit soit 25 pratiquement débarrassé jde l'acide et/ou de l'alcool en excès, et soit friable, et l'on broie le produit coloré pour former une matière pigmentaire. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction de condensation en deux stades, en chauffant au cours du premier stade les réactifs jusqu'à ce que le point de ramollissement soit compris 30 entre 60 et 70° C, puis en versant le produit dans des bacs plats peu profonds, et en continuant à chauffer jusqu'à ce que le point de ramollissement du produit soit compris entre 60 et 110°£T. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on ajoute le colorant entre les deux stades de chauffage. 35 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le colorant est un colorant fluorescent. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la proportion d'acide et d'alcool utilisés est comprise entre 0,5 et 3:0:1 par rapport à une base stoechiométrique. 40 11.- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la propor 72 13799 7 2133897 tion stoechioniétrique des réactifs acides aux réactifs alcools est sensiblement égale à 1:5:1, par rapport à une base stoechioniétrique. 12.- Pigments organiques stables à la chaleur, caractérisés en ce qu'ils ont été préparés par un procédé conforme à l'une des revendications 6 a 11. 13.- Procédé de coloration de matières thermoplastiques, caractérisé en ce que l'on incorpore dans ces dernières un pigment organique stable à la chaleur, selon l'une des revendications 1 et 12. 14.- Matière thermoplastique, caractérisée en ce que le pigment organique stable à la chaleur selon la revendication 1 y est dispersé ou bien la colore. v