CN101421348A - 液体色母料 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种液体色母料，该液体色母料包含丙烯酸类液体聚合物载体、着色剂和任选的其它功能添加剂。着色剂可以是一种或多种颜料、一种或多种染料、或它们的组合。该液体聚合物与各种塑性树脂相容，尤其是光学透明的塑性树脂，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯－丙烯腈。

Description

液体色母料
优先权要求
该申请要求于2006年4月14日提交的美国临时专利申请序列第60/744,885号(代理人编号12006014)的优先权，其通过参考结合于此。
发明领域
本发明涉及丙烯酸类单体的液体聚合物作为着色剂的载体用于制备着色的塑料制品的色母料的应用。
发明背景
在各种工业中塑料已经替代了其它材料。在包装工业中，塑料已经替代玻璃，从而最大程度地减少了破损，减轻了重量，并且降低了制造和运输中消耗的能量。在其它工业中，塑料已经替代了金属，从而最大程度地减少了腐蚀，减轻了重量，并且提供了整体带色的产品。
吸引消费者购买的适合个人或全家使用的容器包括商标和商品外观。在有价值的商品外观的要素中，包括容器的颜色。而且，这种颜色可能需要与半透明性、透明性或该瓶子的其它特殊效果结合在一起。
现有的液体色母料技术使用基于表面活性剂、油和/或增塑剂的载体体系。这些产品通常与许多聚合物不相容，结果导致物理性质的丧失，引起螺钉滑移之类的加工问题。许多现有的载体影响光学透明的聚合物的透明度，这些聚合物例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)。因此，没有将液体色母料与这些塑性树脂共同使用。
而且，现有的色母料载体具有有限的热稳定性，不能用于使在约600℉(315℃)处理的PC之类的聚合物上色。
目前，使用颗粒基色母料和预着色的树脂。但是，这种应用仍然面临一些问题。用于染色应用的颗粒基色母料在高度稀释或“减浓(letdown)”比例的情况下使用，以获得良好的颜色分布。预着色的树脂的制造和库存成本很高。这类树脂也经历两个热过程(首先是配混过程，然后是模塑过程)，这对一些聚合物可能是有害的。
发明概述
本领域所需要的是用于色母料的液体载体，要求该载体能均匀且精确地将着色剂计量加入用于在单级或多级方法中制备塑料制品的化合物中。
本发明通过使用丙烯酸类单体的液体聚合物作为色母料的载体从而解决了本领域中的问题。
本发明的一方面是用于塑料制品的色母料，其包括：(a)包含丙烯酸类单体的液体聚合物的载体；(b)着色剂；和任选的(c)表面活性剂，任选的(d)至少一种功能添加剂。
本发明的一个特征是，使用基于丙烯酸类的液体聚合物作为载体配混本发明的色母料，可以使色母料经由添加至配混设备的流体而减浓进入该设备中。
本发明的另一个特征是，着色剂可根据聚合物工程师和产品设计者的需要包括颜料、染料或这两者以实现所需的颜色效果。
通过本发明实施方式的描述可以清楚地了解其它特征。
发明实施方式
丙烯酸类单体的液体聚合物
液体载体可以是一种或多种丙烯酸类单体的液体聚合物(均聚物或共聚物)，其重均分子量约为500-200,000，优选约为1000-30,000，最优选约为1700。
液体聚合物的玻璃化转变温度约为-20℃至-100℃，优选约为-40℃至-80℃，最优选约为-70℃。
可商购的丙烯酸类单体的液体聚合物的非限制性例子包括
Figure A200780013317D00051
牌塑料流动添加剂，来自美国威斯康星州拉辛的巴斯夫(BASF(fka Johnson Polymers)of Racine，WI，USA)。这些品牌的产品在市场上作为聚合物流动添加剂提供，以提高塑料加工性，尤其是在注塑过程中。这些流动添加剂中，特别优选的是
Figure A200780013317D00052
 ADP-1200和1230塑料流动添加剂，而前者是最优选的，因为ADP-1200是高效的丙烯酸类流体，能使流动具有灵活性，并且可与各种塑料一起使用，这些塑料例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚苯醚(PPE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，当然还包括丙烯酸类聚合物。
着色剂
如上所述，着色剂可以是一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。着色剂的选择取决于塑料制品的设计者所需的最终颜色。
颜色科学是本领域技术人员所熟知的。不需要过多的实验，就可以使用颜色匹配技术来确定在球形色空间中的具体位置。例如，本领域技术人员可以使用PCT专利申请US2004/012233的说明来数字式地作出使用具体聚合物载体和着色剂作为原料成分的色空间图。或者，可以制备小样品，即用于视觉检查的色板(plaques)。
着色剂可从许多本领域技术人员熟知的来源购得。可商购的颜料是本领域技术人员众所周知的，包括有机和无机着色剂化学物质。可商购的染料是本领域技术人员众所周知的，包括所有有机化学物质。颜料和染料的商购来源包括跨国公司，例如巴斯夫(BASF)、拜尔(Bayer)、汽巴-吉瑞(Ciba-Geigy)、颜色化学国际公司(Color-Chem International)、太阳化学(Sun Chemical)、珠海高空化学(Zhuhai Skyhigh Chemicals)和一些英特网网站列出的其它公司，这些网站例如http://www.colorpro.com/info/vendors/colorant.html和http://dir.yahoo.com/Business and Economy/Business to Business/Chemicals and Allied Products/Pigments and Dyes/。
表1列出了51种可商购的颜料着色剂，类型为原色和复色，47种彩色，3种黑色和1种白色。
Figure A200780013317D00071
Figure A200780013317D00081
*由商品生产者发布，或由申请人测试，或两者。
表2显示了14种可商购的染料。
Figure A200780013317D00091
*由商品生产者发布，或由申请人测试，或两者。
较佳地，着色剂包括用于透明或半透明塑料制品的着色剂，但是用于不透明塑料制品的着色剂也不排除在外。
由设计人员的创造力或预先安排的颜色标准(例如来自可商购的着色剂目录的
Figure A200780013317D00092
颜色标准)实现具有所需颜色的色板的颜色匹配对于配色技术人员是非常简单的，即使需要进行一些重复操作以满足消费者的要求。
载体中着色剂的浓度非常重要，原因是着色剂成分的相对成本以及要求颜色均匀且精确地混合并分散到载体中，然后在色母料“减浓”的过程中，在混合设备中，均匀且精确地稀释到塑性树脂和其它配混成分中，然后形成预成形的瓶坯或其它制品。减浓比取决于色母料中着色剂的浓度，以及要求最终的模塑产品是不透明、半透明还是透明的。
减浓后最终的模塑产品中色母料的浓度约为0.05重量％至0.2重量％，优选约为0.1-0.5重量％。
用于制备液体色母料的混合设备可以是本领域中已经用于制备液体颜料的任何合适设备。例如，这种设备包括高速“考利斯(Cowles)”型分散器、介质研磨器、三辊研磨器和转子-定子型分散器。
混合设备可以在约100rpm至10,000rpm、优选约500-8000rpm的混合速率下运行。混合设备可以在约25℃-100℃、优选约40℃-80℃的温度下运行。
任选的表面活性剂
有时需要表面活性剂来辅助染料和颜料的分散。可商购的表面活性剂包括来自空气产品和化学公司(Air Products and Chemicals)的Surfynol牌消泡环氧乙烷(oxirane)表面活性剂。
任选的功能添加剂
依据本领域技术人员的喜好，可以加入添加剂以提高本发明的色母料或聚酯化合物或两者的加工性质或性能。例如，用于聚酯瓶的功能添加剂可包括抗氧化剂、抗静电剂、乙醛清除剂、发泡剂、杀生物剂、鳞片状纳米粘土等。通常，少量这类添加剂能够改善色母料与聚酯树脂中的其它成分一起加工过程中的性能或改善制造的聚酯模塑制品的性能。本领域技术人员不需要过多的实验就可以确定合适的浓度。
通常，制备有色塑料制品不仅仅涉及颜色，还涉及特殊的效果特征，例如花岗岩状的(Granite)、半透明的、珠光的(Pearls)、金属状的、荧光的、晕彩效果的、大理石状的(Marbles)等。
这类添加剂的非限制性例子可从美国俄亥俄州的埃文湖的普立万公司(PolyOne Corporation of Avon Lake，Ohio，USA)(www.polyone.com)购得，以下列品牌出售：OnColor FX着色剂，普立万着色剂等。
将暴露于自然光的塑料制品暴露于紫外线会有损制品颜色。因此，色母料中通常包含紫外光稳定剂，但不是必须包含该试剂。色母料中包含这种任选的添加剂增加了色母料作为母料在聚合物配混中的价值，因为紫外稳定剂也有助于保护聚合物树脂避免暴露于紫外线造成的不利影响。由于这种稳定剂具有良好的分散性，因此将其作为添加剂引入母料中的操作比较容易。
可商购的稳定剂是本领域技术人员众所周知的，包括热稳定剂和来自瑞士伯尔尼的汽巴-吉瑞公司的Tinuvin牌稳定剂(Ciba-Geigy of Berne，Switzerland)。对于稳定剂的选择，优选的是Tinuvin牌稳定剂，特别优选的是Tinuvin 234稳定剂。
表3显示了本发明的色母料中各成分的可接受的、所需的和优选的重量百分数。
本发明的实用性
本发明的色母料可以约0.01-2.0％、优选约0.15-0.50％的比例减浓加入到塑性树脂和用于制备模塑或挤出制品的其它成分中。
如上文所述，塑性树脂可以是例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚苯醚(PPE)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，当然还包括丙烯酸类聚合物。
因为有各种丙烯酸类聚合物载体能够与非常多不同的树脂相容，因此可以便利的液体形式均匀且精确地将颜色分散到塑料制品中。
塑料制品可以是不透明、半透明或透明的，即使它具有本发明的色母料所产生的颜色。可以实现精确的颜色匹配和低至0.08重量％浓度的颜色的均匀计量。
以下实施例展示了其它实施方式。
实施例
表4显示了使用实验室规模的三辊研磨器通过研磨制备的本发明的七组不同实施方式。模塑实验用各种塑性树脂进行，其中透明度非常重要。模塑在注塑机中进行。PC在约315℃(600℉)的温度下进行模塑。PMMA和SAN在约218℃(425℉)的温度下进行模塑。在所有实施例中，颜色分布都是极佳的，没有观察到螺钉滑移。而且，液体的分散似乎对基底透明树脂的透明度没有影响。
表4还列出了粘度。这些粘度显示丙烯酸类聚合物非常良好地润湿颜料和染料，可以产生稳定的流体分散体。该粘度范围对于良好的储存期限和泵送容易性来说是最佳的。
表4还列出了与纯PMMA相比，用PMMA树脂模塑的所有实施例的雾度百分数。这些值表明，由于使用了本发明的液体色母料，雾度值没有明显的变化。
Figure A200780013317D00131
*还测试了纯PMMA，其雾度百分数为2.8％。
本发明不限于上述实施方式。

Claims (15)

1.一种用于塑料制品的液体色母料，其包含：
(a)载体，其包含丙烯酸类单体的液体聚合物；
(b)着色剂；和
任选的(c)表面活性剂，和
任选的(d)功能添加剂。
2.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述着色剂包括一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。
3.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物是重均分子量约500-200,000的均聚物或共聚物。
4.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物是重均分子量约1000-30,000的均聚物或共聚物。
5.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物的玻璃化转变温度约为-20℃至-100℃。
6.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物的玻璃化转变温度约为-40℃至-80℃。
7.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物在色母料中的浓度约为15-98重量％，所述着色剂在色母料中的浓度约为2-75重量％，如果存在任选的表面活性剂，则表面活性剂的含量最多为20重量％，如果存在任选的功能添加剂，则功能添加剂的含量最多为20重量％。
8.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述液体聚合物在色母料中的浓度约为60-95重量％，所述着色剂在色母料中的浓度约为10-40重量％，如果存在任选的表面活性剂，则表面活性剂的含量约为0.5-1.5重量％，如果存在任选的功能添加剂，则功能添加剂的含量最多为5重量％。
9.如权利要求1所述的色母料，其特征在于，所述色母料与选自下组的塑性树脂组合：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚苯醚(PPE)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、丙烯酸类聚合物和它们的组合，所述色母料与塑性树脂的组合形成有色塑料制品。
10.如权利要求9所述的色母料，其特征在于，所述色母料在塑性树脂中的浓度约为0.01重量％至2.0重量％。
11.如权利要求10所述的色母料，其特征在于，所述塑料制品是不透明、半透明或透明的。
12.一种塑料制品，其包含减浓加入到塑性树脂中的如权利要求1-8中任一项所述的色母料，所述塑性树脂选自下组：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚苯醚(PPE)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、丙烯酸类聚合物和它们的组合。
13.如权利要求12所述的制品，其特征在于，所述色母料在塑性树脂中的浓度约为0.01重量％至2.0重量％。
14.如权利要求13所述的制品，其特征在于，所述塑料制品是不透明、半透明或透明的。
15.如权利要求14所述的制品，其特征在于，所述塑性树脂是光学透明的。
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