Композиция красителя для пластмасс

Классификация по МПК: C08K

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2355717
Дата публикации: 
Среда, Май 20, 2009
Начало действия патента: 
Пятница, Июль 16, 2004

Изобретение относится к окрашивающим веществам, создающим эффект чешуек на пластмассах. Описывается композиция для окрашивания пластмасс, которая характеризуется тем, что один или более красителей, формирующих эффект чешуек, смешивают с, по крайней мере, частично полярным материалом носителя. Описывается также способ получения композиции красителя и ее применение для окрашивания пластмасс, а также для получения концентрированного красителя. Предложенная композиция для окрашивания пластмасс обладает отсутствием пыления, легкотекучестью и позволяют повысить количество материала в процессе экструзии в двухвинтовых экструдерах и выход высококонцентрированных красок в одновинтовых экструдерах. 3 н. и 7 з.п. ф-лы.


Настоящее изобретение относится к композициям красителя для окрашивания пластмасс, которые характеризуются тем, что один или более красителей, формирующих эффект чешуек, являются смешанными, по крайней мере, с частично полярным материалом носителя, к способу получения композиций красителя и к их применению для окрашивания пластмасс, а также для получения концентрированных красок.

Слабая текучесть красителей, формирующих эффект чешуек, таких как, например, слюда, является известной уже длительное время. При многих применениях, в частности, при печати и при окрашивании секторов, это не приводит к серьезным проблемам. Однако при введении в пластмассы слабая текучесть этих красителей создает проблемы.

Кроме того, значительное образование пыли имеет место в процессе обработки перламутровых красителей, например, при производстве концентрированных красок, что увеличивает сложность оборудования для удаления пыли и для очистки машин.

Патент США №6451102 предлагает защиту перламутровых красителей с помощью восков, предпочтительно полиэтиленового воска. Перламутровые красители, защищенные с помощью этих восков, демонстрируют хорошую текучесть и могут использоваться для производства концентрированных красок. Однако было обнаружено, что перламутровые красители, защищенные с помощью полиэтиленового воска, являются приемлемыми только для введения в неполярные пластмассы, такие, например, как полиолефины. Это в равной степени относится к концентрированным краскам, описанным в данной заявке. Полярные пластмассы могут только слабо окрашиваться с помощью таких защищенных перламутровых красителей. При производстве концентрированных красок из перламутровых красителей, защищенных полярными материалами, и полярных пластмасс возникают проблемы совместимости. Это может приводить к дефектам в достигаемом видимом глянцевом эффекте конечного продукта, к смещению цветов и к неприемлемым изменениям в механических свойствах конечных продуктов. Даже если имеется совместимость с некоторыми пластмассами, проблемы могут возникать при использовании других пластмасс, так как ни один из восков не защищает интервала полярных пластмасс. Проблемы совместимости могут также приводить к трудностям во время производства концентрированных красок самих по себе. Если, например, вязкость расплава значительно снижается в процессе производства концентрированной краски при изменении от природного материала до концентрированной краски, то это может приводить к разрыву экструдата во время экструзии, что является чрезвычайно проблематичным для производителя.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение композиций красителей, которые являются легкотекучими, не приводят к образованию пыли, обладают значительной вариабельностью в отношении пластмасс, в которые они могут быть введены, и позволяют повысить количество материала, пропускаемого через установку в процессе экструзии в двухвинтовых экструдерах, или выработку высококонцентрированных красок в одновинтовых экструдерах.

Комплексная задача, упомянутая выше, решается путем создания композиции красителя в соответствии с изобретением.

Таким образом, изобретение относится к композиции красителя для окрашивания пластмасс, в которой красители, формирующие эффект чешуек, являются смешанными, по крайней мере, с частично полярным материалом носителя. Настоящее изобретение, таким образом, относится к способу получения композиции красителя в соответствии с изобретением, в которой красители, формирующие эффект чешуек, смешиваются, по крайней мере, с частично полярным материалом носителя при нагревании. Данное изобретение также относится к применению композиции красителя в соответствии с изобретением для окрашивания пластмасс и для получения концентрированных красок. Композиция красителя в соответствии с изобретением на основе красителя, формирующего эффект чешуек, и, по крайней мере, частично полярного материала носителя обеспечивает особые преимущества для введения в пластмассы, в частности в полярные пластмассы. Однако только частично полярный характер материала носителя также дает возможность адаптации для введения в неполярные пластмассы. Такая вариабельность не может быть достигнута с помощью композиций красителя, известных из уровня техники, и представляет собой существенное преимущество настоящего изобретения. Пользователю, таким образом, предоставляется возможность окрашивания множества различных пластмасс с помощью только одной приемлемым образом выбранной композиции красителя в соответствии с изобретением. Кроме того, композиция красителя в соответствии с изобретением не является пылеобразующей, а также является хорошо текучей, что снижает сложность оборудования во время ее обработки. Кроме того, при применении композиций красителя в соответствии с изобретением в двухвинтовом экструдере количество материала, пропускаемого через установку, может быть повышено в зависимости от условий, по крайней мере, в 2-5 раз по сравнению с красителем самим по себе. Более того, применение композиции красителя в соответствии с изобретением в одновинтовом эструдере позволяет получить концентрированные краски, которые имеют содержание красителя вплоть до 40 вес.% от веса концентрированной краски.

Существенный компонент композиции красителя в соответствии с изобретением представляет собой, по крайней мере, частично полярный материал носителя. По крайней мере, частично полярный материал носителя может быть частично полярным сополимером и/или смесью двух или более восков, где, по крайней мере, один из восков является полярным. Частично полярный материал носителя представляет собой преимущественно частично полярный сополимер и/или смесь двух полярных восков.

Термин сополимеры взят для обозначения полимеров, образованных из более чем одного типа мономеров. Приемлемыми для композиции красителя в соответствии с изобретением являются биполимеры, триполимеры или кватерполимеры, а также альтернированные, произвольные, градиентные полимеры, блок-сополимеры или привитые полимеры. Приемлемые сополимеры для целей настоящего изобретения представляют собой такие, которые являются, по крайней мере, частично полярными, то есть, по крайней мере, один мономер сополимера является полярным. Приемлемые частичные полярные сополимеры представляют собой, например, сополимеры и терполимеры с винилацетатом, акрилатом или сомономерами акриловой кислоты, сополимеры поливинилового спирта, сополимеры поливинилового этера, сополимеры поливинилпирролидона, сополимеры полиэтиленоксида, акрилонитриловые сополимеры, метилметакрилатные сополимеры, сополимеры полиацеталя, а также полиамидные сополимеры и/или полиуретановые сополимеры. Примеры сополимеров, которые могут использоваться, представляют собой сополимеры этилена-винилацетата, сополимеры этилена-акриловой кислоты и сополимеры этилена-винилового спирта.

Приемлемые воски для смеси двух или более восков представляют собой все воски, известные специалисту в этой области, которые могут быть природными, химически модифицированными или синтетическими восками. По крайней мере, один из восков, присутствующих в смеси двух или более восков, является полярным. Смесь предпочтительно является смесью двух полярных восков, таких как, например, монтанные воски и их производные и амидные воски, которые могут также включать неполярный компонент, например, составляющие, содержащие алкильные цепи, но которые в целом являются полярными.

В особо предпочтительном воплощении используемый материал носителя представляет собой частично полярный сополимер. Предпочтительные сополимеры представляют собой, в частности, сополимеры этилена-винилацетата и сополимеры этилена-акриловой кислоты. Смеси монтанных восков и их производных с амидными восками представляют собой также особенно предпочтительные в качестве материала носителя, при этом соотношение монтанных восков и амидных восков может составлять от 2:1 до 1:2, в частности, 1:1.

В композиции красителя в соответствии с изобретением красители, формирующие эффект чешуек, и частично полярный материал носителя находятся в форме смеси друг с другом. Краситель, формирующий эффект чешуек, предпочтительно представляет собой таковой частично или полностью покрытый или защищенный материалом носителя. Полная защита и "приклеивание" красителя, формирующего эффект чешуек, к материалу носителя являются особенно предпочтительными.

Интервал плавления, по крайней мере, частично полярного материала носителя будет находиться в интервале от 70 до 200°С, предпочтительно от 80 до 160°С и, в частности, весьма предпочтительно в интервале от 90 до 140°С.

Красители, формирующие эффект чешуек, в соответствии с настоящим изобретением могут быть перламутровыми красителями, красителями, создающими эффект металла, многослойными красителями, которые содержат прозрачный, полупрозрачный и/или матовый слои, голографическими красителями, красителями BiOCl (оксихлорид висмута) и/или красителями LCP (жидкокристаллические красители).

Перламутровые красители, красители, создающие эффект металла, или многослойные красители, которые содержат прозрачный, полупрозрачный и/или матовый слои, могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением. Они размещаются, в частности, на носителях, которые предпочтительно находятся в форме чешуек. Например, TiO3 в виде чешуек, синтетическая или природная слюда, стеклянные чешуйки, металлические чешуйки, SiO2, образующий чешуйки, Al2О3 или оксид железа в виде чешуек являются приемлемыми. Металлические чешуйки могут состоять, среди прочего, из алюминия, бронзы, стали или серебра, предпочтительно из алюминия и/или титана. Металлические чешуйки в данной заявке могут быть пассивированы путем соответствующей обработки. В предпочтительном воплощении носитель может быть покрыт одним или более прозрачными, полупрозрачными и/или матовыми слоями, включающими окиси металлов, гидраты окисей металлов, недоокиси металлов, металлы, фториды металлов, нитриды металлов, оксинитриды металлов или смеси этих материалов. Окиси металлов, гидраты окисей металлов, недоокиси металлов, металлы, фториды металлов, нитриды металлов, оксинитриды металлов или смеси этих материалов могут иметь низкие индексы лучепреломления (индекс лучепреломления < 1,8) или высокие индексы лучепреломления (индекс лучепреломления = 1,8). Приемлемые окиси металлов и гидраты окисей металлов представляют собой окиси всех металлов и гидраты окисей металлов, известных специалисту в данной области, такие как, например, окись алюминия, гидрат окиси алюминия, окись цинка, окись циркония, окись хрома, окись титана, в частности, диокись титана, гидрат окиси титана, и их смеси, такие как, например, ильменит или псевдобрукит. Недоокиси металлов, которые могут использоваться, представляют собой, например, недоокись титана. Приемлемые металлы представляют собой, например, хром, алюминий, никель, серебро, золото, титан, медь или сплавы, а приемлемым фторидом металла является, например, фторид магния. Нитриды металлов или оксинитриды металлов, которые могут использоваться, представляют собой, например, нитриды или оксинитриды металлов титана, циркония и/или тантала. Предпочтение отдается применению слоев окиси металла, металла, фторида металла и/или гидрата окиси металла и, в частности, чрезвычайно предпочтительно окиси металла и/или слоев гидрата окиси металла в качестве носителя. Кроме того, многослойные структуры, включающие металлы с высоким и низким индексами лучепреломления, являются альтернативными. Особое предпочтение отдается набору слоев, включающему слой с высоким и низким индексами лучепреломления, для одного или более таких наборов слоев является возможным использовать их на субстрате. Последовательность слоев с высоким и низким индексами лучепреломления может быть подобрана в соответствии с носителем для того, чтобы включать носитель и многослойную структуру. В дополнительном воплощении слои окиси металла, гидрата окиси металла, недоокиси металла, металла, фторида металла, нитрида металла, оксинитрида металла или их смеси могут быть смешаны или легированы красителями или другими элементами. Приемлемые красители или другие элементы представляют собой, например, органические красители, такие как цветные окиси металлов, например магнетит, окись хрома или цветные пигменты, такие как, например, берлинский голубой, ультрамарин, ванадат висмута, голубой Тренарда, или альтернативно, органические цветные пигменты, такие как, например, индиго, азопигменты, фталоцианины, или альтернативно, карминовый красный, а также элементы, такие как, например, иттрий, сурьма. Эти слои, включающие красители, демонстрируют широкое разнообразие цветов в отношении своей интенсивности цвета и могут во многих случаях демонстрировать зависимые от угла зрения изменения цвета (игра цветов) благодаря интерференции. В предпочтительном воплощении наружный слой может дополнительно быть на упомянутом выше наборе слоев или может быть частью набора слоев в носителях с высоким индексом лучепреломления и может состоять, например, из TiO2, недоокисей титана, Fe2О3, SnO2, ZnO, ZrO2, Се2О3, СоО, Со3O4, V2O5, Cr2О3 и/или их смесей, таких как, например, ильменит или псевдобрукит. TiO2 является особенно предпочтительным.

Примеры и воплощения упомянутых выше материалов и структур красителей также приведены, например, в исследовательских сообщениях RD 471001 и RD 472005, раскрытие содержания которых введено в данную заявку в качестве ссылки.

Толщина слоя окиси металла, гидрата окиси металла, недоокиси металла, металла, фторида металла, нитрида металла, оксинитрида металла или их смеси обычно составляет от 3 до 300 нм, а в случае слоев окиси металла, гидрата окиси металла, недоокиси металла, фторида металла, нитрида металла или оксинитрида металла или их смесей предпочтительно составляет от 20 до 200 нм. Толщина слоев металла предпочтительно составляет от 4 до 50 нм.

Размер носителей и, таким образом, впечатление, создаваемое красителями, не является критическим само по себе. Носители, формирующие чешуйки, и/или носители, формирующие чешуйки, покрытые одним или более прозрачными или полупрозрачными слоями окиси металла, металла или фторида металла, в общем случае имеет толщину от 0,05 до 5 мкм, в частности, от 0,1 до 4,5 нм. Измерение в длину или ширину обычно составляет от 1 до 250 мкм, предпочтительно от 2 до 200 мкм и, в частности, от 2 до 100 мкм.

Количество красителей, формирующих эффект чешуек, в композиции красителя в соответствии с изобретением обычно составляет от 60 до 85 вес.%, предпочтительно от 65 до 75 вес.% от всей композиции красителя. Оптимальные количества могут быть легко определены специалистом в данной области и существенно зависят от размера частиц и формируемого впечатления, фактора, формирующего эффект чешуек, и способа, с помощью которого краситель создан. Самое высокое возможное количество целевых красок или самое низкое возможное количество материала носителя является желательным для того, чтобы ввести настолько малое количество чужеродного материала, насколько это возможно, в пластмассу, которую подвергают окрашиванию. Однако необходимо использовать достаточное количество материала носителя для обеспечения желаемых свойств композиции красителя в соответствии с изобретением, таких как, например, отсутствие пыли, улучшенная текучесть или высокая производительность выработки концентрированной краски. С этой целью частицы должны быть не только защищены с помощью материала носителя, но также должны склеиваться друг с другом с образованием легкотекучего крупнозернистого "порошка".

Еще в одном воплощении композиция красителя может дополнительно включать добавки и/или вспомогательные вещества, которые обычно используются в пластмассах. Добавки и/или вспомогательные вещества этого типа могут быть лубрикантами, агентами высвобождения, стабилизаторами, антистатиками, ингибиторами возгорания, красителями, пластификаторами, промоторами адгезии, вспенивающими веществами, антиоксидантами, поглотителями УФ, органическими растворителями, совместимыми с полимером, и/или сурфактантами, такими как, например, диизооктилфталат, производные фенола, минеральные масла. Обзор добавок и вспомогательных веществ, который может быть использован, приведен в Saechtling, Kunststoff Taschenbuch [Plastics Pocketbook], 27-oe изд., Carl Hanser Verlag или R.Wolf в "Plastics Additives" в Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Internet Edition, 7-ое изд., 2003.

Композиция красителя в соответствии с изобретением может быть получена простым способом. Настоящее изобретение, таким образом, также относится к способу получения композиции красителя в соответствии с изобретением, при котором один или более красителей, формирующих эффект чешуек, смешивают с, по крайней мере, частично полярным материалом носителя при нагревании Используемые красители, формирующие эффект чешуек, и частично полярный материал носителя уже были упомянуты в описании композиции красителя.

Таким образом, согласно способу в соответствии с изобретением краситель может, например, изначально вводиться и смешиваться с материалом носителя или раствором материала носителя. Если материал носителя прибавляется в форме раствора, то краситель, формирующий эффект чешуек, может также диспергироваться в этом растворе, а растворитель выпариваться. Выбор растворителя осуществляют очевидным для специалиста в данной области способом, принимая во внимание растворимость используемых красителей и, в частности, используемый материал красителя. Осаждение материала носителя из водной дисперсии путем изменения значения рН также является возможным. Кроме того, является возможным получить композицию красителя путем расплавления материала носителя. Плавление материала носителя является особенно предпочтительным в данном изобретении, поскольку это позволяет избежать применения растворителей.

Получение композиции красителя в соответствии с изобретением путем расплавления осуществляют при температурах, которые выше точки плавления материала носителя. Таким образом, достигают особенно хорошего смешивания красителя и материала носителя.

В дальнейшем воплощении способа в соответствии с изобретением дополнительные добавки и/или вспомогательные вещества, которые являются традиционными для обработки пластмасс, могут прибавляться к смеси красителя, формирующего эффект чешуек, и материала носителя. Примеры добавок и/или вспомогательных веществ этого типа уже были упомянуты выше в описании композиции красителя.

После удаления растворителя или после охлаждения материала носителя, используемого во время плавления, композиция красителя находится в свободнопоточной форме, в виде крупнозернистого порошка, который может также быть подвергнут дальнейшей обработке.

Настоящее изобретение также относится к применению композиции красителя в соответствии с изобретением для непосредственного окрашивания пластмасс и для получения концентрированных красок.

Непосредственное введение композиции красителя в соответствии с изобретением в пластмассы осуществляют путем смешивания гранул пластмассы и/или порошка с композицией красителя. Пластмасса, окрашенная с помощью композиции красителя в соответствии с изобретением, в дальнейшем формуется при воздействии тепла. Кроме того, дополнительные добавки и красители могут необязательно прибавляться к гранулам пластмассы и/или порошка в процессе введения в композицию красителя. Примеры добавок этого типа уже были упомянуты выше в описании композиции красителя. Приемлемые красители представляют собой все неорганические или органические красители, известные специалисту в данной области.

Гранулы пластмассы и/или смесь порошок/краситель обычно получают с помощью способа, при котором гранулы пластмассы и/или порошок вводят в приемлемый смеситель, например в бак высокоскоростного смесителя, и смачивают с помощью каких-либо добавок, после чего прибавляют композицию красителя и перемешивают.

Приемлемыми для использования композиции красителя в соответствии с изобретением являются целые серии пластмасс, в частности термопластики.

Пластмассы предпочтительно являются полярными пластмассами, но также возможным является использование заданных неполярных (олефиновых) пластмасс, подбирая при этом приемлемые материалы носителя. Примеры приемлемых пластмасс приведены, например, в Saechtling, Kunststoff Taschenbuch [Plastics Pocketbook], 27-oe изд., Carl Hanser Verlag.

Композиция красителя в соответствии с изобретением может также преимущественно использоваться для получения концентрированных красок. В этом случае дисперсность красителя также может соответствовать максимуму требований. Концентрированные краски могут быть получены либо непрерывным способом, либо партиями, предпочтительно непрерывным способом, например, при использовании двухвинтовых экструдеров. Применение порошков или крупнозернистых частиц соответствующих пластмасс является предпочтительным при производстве концентрированных красок. При использовании композиций красителя в соответствии с изобретением в двухвинтовом экструдере может быть увеличена производительность, в зависимости от условий, по крайней мере, в 2-5 раз по сравнению с красителем самим по себе. Кроме того, концентрированные краски, которые имеют содержание красителя вплоть до 40 вес.% от веса концентрированной краски, могут быть получены при использовании композиции в соответствии с изобретением в одновинтовом экструдере.

Композиция красителя в соответствии с изобретением может быть предпочтительно использована для производства концентрированных красок. При осуществлении приемлемого выбора материала носителя в качестве основы для концентрированной краски приемлемыми являются как полярные, так и не полярные пластмассы. Существуют, например, привитые сополимеры, которые могут быть использованы в качестве материала носителя в композициях красителя в соответствии с изобретением, как в полярных, так и в неполярных (олефиновых) пластмассах. Например, сополимеры этилена-акриловой кислоты являются приемлемыми как для применения в полярных, так и для применения в неполярных пластмассах.

Следующие примеры предназначены для более подробного объяснения изобретения без его ограничения.

ПРИМЕРЫ.

Пример 1.

Гомогенную смесь 15 вес.% монтанного воска на основе сложного эфира (Hostalub® WE 40, Clariant AG) 15 вес.% амидного воска (Hostalub® FA 1, Clariant AG) смешивали с 70 вес.% Iriodin® Brilliant Pearl при температуре приблизительно 150°С в смесителе до равномерного распределения и достижения связывания красителя и материала носителя. Данные относительно вес.% приведены по отношению к композиции в целом.

Полученная композиция красителя уже не образовывала пыли, имела хорошую текучесть и могла быть превращена в одновинтовом экструдере в концентрированный краситель, включающий до 40 вес.% красителя по отношению к общему количеству. Количество материала, пропускаемого через установку, для такой композиции в двухвинтовом смесителе может быть увеличено для того же содержания красителя, по крайней мере, в 2-5 раз (по сравнению с красителем самим по себе). Композиция без проблем может быть введена в различные полярные пластмассы (РА-полиамид, PC- поликарбонат, РММА- полиметилметакрилат, PS- полистирол, ABS-акрилонитрилбутадиенстирол и др.).

Пример 2.

Гомогенную смесь 30 вес.% сополимера этилена с низким молекулярным весом-винилацетата (А-С 400 A, Honeywell Allied Signal) смешивали с 70 вес.% Iriodin® Brilliant Pearl при температуре приблизительно 150°С в смесителе до равномерного распределения и достижения связывания красителя и материала носителя. Данные относительно вес.% приведены по отношению к композиции в целом.

Полученная композиция красителя уже не образовывала пыли, имела хорошую текучесть и могла быть превращена в одновинтовом экструдере в концентрированный краситель, включающий до 40 вес.% красителя по отношению к общему количеству. Количество материала, пропускаемого через установку, для такой композиции в двухвинтовом смесителе может быть увеличено для того же содержания красителя, по крайней мере, в 2-5 раз (по сравнению с красителем самим по себе). Композиция без проблем может быть введена в различные полярные пластмассы (PA, PC, PMMA, PS, ABS и др.).

Пример 3.

Гомогенную смесь 20 вес.% сополимера этилена с низким молекулярным весом-винилацетата (А-С 400 A, Honeywell Allied Signal) смешивали с 80 вес.% Iriodin® 504 Red при температуре приблизительно 150°С в смесителе до равномерного распределения и достижения связывания красителя и материала носителя. Данные относительно вес.% приведены по отношению к композиции в целом.

Полученная композиция красителя уже не образовывала пыли, имела хорошую текучесть и могла быть превращена в одновинтовом экструдере в концентрированный краситель, включающий до 40 вес.% красителя по отношению к общему количеству. Количество материала, пропускаемого через установку, для такой композиции в двухвинтовом смесителе может быть увеличено для того же содержания красителя, по крайней мере, в 2-5 раз (по сравнению с красителем самим по себе). Композиция без проблем может быть введена в различные полярные пластмассы (PA, PC, PMMA, PS, ABS и др.).

Пример 4.

Гомогенную смесь 30 вес.% сополимера этилена с низким молекулярным весом-акриловой кислоты (А-С 540 A, Honeywell Allied Signal) смешивали с 70 вес.% Iriodin® 123 при температуре приблизительно 160°С в смесителе до равномерного распределения и достижения связывания красителя и материала носителя. Данные относительно вес.% приведены по отношению к композиции в целом.

Полученная композиция красителя уже не образовывала пыли, имела хорошую текучесть и могла быть превращена в одновинтовом экструдере в концентрированный краситель, включающий до 40 вес.% красителя по отношению к общему количеству. Количество материала, пропускаемого через установку, для такой композиции в двухвинтовом смесителе может быть увеличено для того же содержания красителя, по крайней мере, в 2-5 раз (по сравнению с красителем самим по себе). Композиция без проблем может быть введена в различные полярные пластмассы (PA, PC, PMMA, PS, ABS и др.), а также в неполярные (олефиновые) пластмассы.