CN1203133C - 多糖类颜料分散体 - Google Patents

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Abstract

一种水系颜料分散体,其含有至少一种FD&C和/或D&C颜料,被分散在水和一种多糖类树脂中;作为选择方案,其还可与苯乙烯-丙烯酸树脂和乙二胺四醋酸结合使用。对于pH值敏感的FD&C和/或D&C颜料,该分散体可提供优良的粘度和沉降稳定性,以及良好的色度。

Description

多糖类颜料分散体
发明背景
发明的技术领域
本发明涉及一种粘度稳定的水系分散体,适用于水基类化妆品的着色、食品包装用涂料及油墨的着色。更具体地说,本发明涉及一种水系分散体,其含有至少一种食品、药物及化妆品类(“FD&C”)颜料和/或药物及化妆品类(“D&C”)颜料,与一种多糖类树脂一起分散在水中。
现有技术
只有经认证适宜于化妆品或与食品直接接触的颜料,才能用于水基类化妆品的着色、食品及食品包装、如糖果包装的着色。常用于化妆品的颜料包括:D&C红色6号(二钠盐)、D&C红色6号(钡色淀颜料)、D&C红色7号(钙色淀颜料)、FD&C黄色5号(铝色淀颜料)、FD&C黄色6号(铝色淀颜料)、FD&C黄色10号(铝色淀颜料)及FD&C兰色1号(铝色淀颜料)。上述颜料是相对应的FD&C和D&C染料的盐。
FD&C和D&C染料均具有官能团,例如羧基或磺酸基,该官能团赋予其优良的水溶性。然而,水溶性也能导致某些不希望发生的问题,如染料印流和染污。为避免此类问题,可通过将FD&C染料和D&C染料的官能团转化(即色沉淀化)为金属离子的盐,例如钠、钡、钙或铝盐的方式,而将其制成为非水溶性。
配方人员面临进退两难的境地,一方面希望,颜料一旦施用于化妆品或食品包装后具有非水溶性,而另一方面同样重要的是,颜料在化妆品或食品包装的印染或着色过程中,须均匀地分布。简言之,该配方人员必须能将非水溶性的FD&C和D&C色淀颜料,均匀地分散在水中,以便施用。
将此类FD&C颜料分散在水中是一种挑战。色淀颜料含有大量的金属离子,例如铝、钡或钙的离子,将导致水系粘度的大幅度上升。例如,铝离子在水中形成氢氧化铝,其中,水分子“附在”或水合在铝离子上。若有足够量的铝离子,由于该结合水及其邻近的水分子通过氢键的聚结,该水系最终将完全凝胶化。
对碱性敏感的苯乙烯丙烯酸类树脂,普遍地用于印刷油墨中,作为工业有机颜料(例如酞化青兰、双芳香酰苯胺黄或碳黑)的分散体。但是,此类丙烯酸化合物自身在水中作为FD&C或D&C颜料的稳定剂时,并不有效,且能加剧凝胶化问题,因为铝离子本身能附在丙烯酸脂的官能团上,而且,苯乙烯丙烯酸树脂在低PH值时,将变成非水溶性。
美国第5,059,248号专利,披露了一种水分散体组合物,其包括FD&C或D&C颜料及作为稳定剂的乙二胺四醋酸盐或次氮基三醋酸。该分散体还可进一步含有较低级烷醇和/或水溶性增塑剂。那些能形成薄膜的树脂,例如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、醋酸酞酸纤维素、虫胶和聚乙烯基吡咯烷酮,也可包括在该水系分散体内。
美国第4,652,313号专利,披露了一些水系色淀颜料悬浮体系,其中包括FD&C色淀颜料,和诸如阿拉伯胶、瓜尔胶、琼脂、黄原胶、PG藻朊酸、羟丙基纤维素之类的聚合物胶质;诸如玉米淀粉或聚乙烯基吡咯烷酮之类的聚合物胶质,也可包括在该水系悬浮体系内。
美国第5,753,021号专利,披露了一些彩色喷墨型油墨组合物,其含有某种改性的多糖类树脂、一种载体及一种颜料。
罗拉玛(Lorama)化学有限公司的小册子《通用颜料分散体》,披露了含有多糖类树脂、苯乙烯丙烯酸酯和乙二胺四醋酸的水系分散体,用于油漆组合物。
本发明的目的是提供含有FD&C和/或D&C颜料的水系颜料分散体,该颜料能给食品包装均匀地着色,而且一旦沉淀后不会产生印流或染污。
发明概述
一方面,本发明涉及一种水系颜料分散体,其包含:
1)一种选自FD&C和D&C颜料的颜料,
2)一种多糖类树脂,以及
3)水。
另一方面,本发明涉及制备水系分散体的方法,其包括:
1)将FD&C或D&C颜料、多糖类树脂及水一起均化,以形成一预混合物,以及
2)将该预混合物研磨,直至该颜料的平均粒度分布为小于一微米。
本发明的水系分散体的特点之一是,将至少一种FD&C或D&C颜料与一种多糖类化合物结合。
本发明的水系分散体的优越性之一是,它很稳定,且不会呈现粘度随时间推移而增加的现象。
优选的实施方式的详述
本发明中所采用的颜料可以是任何FD&C或D&C颜料。优选的FD&C颜料包括FD&C红色40号、FD&C黄色5号、FD&C黄色6号和FD&C兰色1号。优选的D&C颜料包括D&C红色6号、D&C红色7号、D&C红色21号、D&C红色22号、D&C红色27号、D&C红色28号、D&C红色30号、D&C红33色号、D&C红34色号、D&C红色36号、D&C橙色5号以及D&C黄色10号。所有这些颜料商业上均有供应。
所述多糖类树脂不应具有能受色淀颜料的金属离子影响的官能团。此外,该多糖类树脂应易于形成薄膜,且呈现优良的耐水性。优选的多糖类树脂包括玉米淀粉、纤维素和羟丙基纤维素。一种更优选的多糖类树脂是JA-250-3,可从加拿大安大略省米尔顿的罗拉玛(Lorama)化学有限公司获得供应;它含有43%多糖类树脂、3%丙二醇及54%水。该树脂的PH值为6.8,薄膜形成最低温度为1.0℃,玻璃化转变温度为94.0℃。该产品中含有的多糖类树脂据信是玉米淀粉,其数均分子量为500,000至2,500,000。
作为选择方案,还可将一种苯乙烯-丙烯酸类树脂加入本发明的水系分散体。该苯乙烯-丙烯酸树脂可以是任何一种苯乙烯化丙烯酸树脂,它有助于颜料在水中的分散。适宜的苯乙烯-丙烯酸类树脂包括苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯/甲基丙烯酸共聚物,以及苯乙烯/甲基丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物。一种特别优选的苯乙烯-丙烯酸树脂是Joncryl 67,可从威斯康星州拉辛市的S.C.约翰逊公司(S.C.Johnson)获得供应。
本发明的水系分散体可用商业上现有供应的设备及已知技术来制备。一种特别优选的制备该水系分散体的方法包括:
1)将一种选自FD&C和D&C颜料的颜料、一种多糖类树脂及水一起均化,以形成一预混合物,
2)将该预混合物研磨,直至该颜料的平均粒度分布为小于一微米。
基于分散体的总重量,所述水系分散体可含有10-35重量%的颜料,优选为15-30重量%。基于分散体的总重量,多糖类树脂的含量可以是5-45重量%,优选为10-40重量%。作为选择方案,该分散体还可含有,基于分散体的总重量,1-40重量%的苯乙烯丙烯酸类树脂,优选为1-25重量%。
作为选择方案,该分散体还可含有其它化合物,只要其不危及该分散体所应有的特性。例如,该水系分散体还可含有水溶性有机助溶剂。适宜的助溶剂包括烷醇如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇,多羟基醇如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、四乙二醇、聚乙二醇以及丙三醇,以及烷醇胺如单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。
另一种可作为选择而被包括在该水系分散体内的化合物是,用于减少氢氧化铝形成的配体。适宜的配体包括乙二胺四醋酸及其盐类。
以下例子是为了阐明本发明的最佳实施方式,并非意图以任何方式来限制本发明的范围。
实施例1
下列组分在一均化器内混合15分钟,以生成一预混合物:
26%D&C红色7号[C19-O11,钙色淀颜料,染料含量38%,太阳化学公司],
20.0%A250-3TM多糖类树脂溶液(罗拉玛化学有限公司),
13.0%JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液(SC约翰逊公司),
18.0%丙二醇,以及
23.0%蒸馏水。
所产生的预混合物在EigerTM微型研磨器内以循环的方式,在75°F-90°F温度下研磨18分钟。所产生的分散体的起始粘度为50厘泊,而且在室温下可保持该数值达至少两个月。
实施例2(比较例)
遵循实施例1中的通用步骤,从不含多糖类化合物的下列组分,制备了一种水系分散体:
35.0%D&C红色7号(C19-O11,钙色淀颜料,染料含量38%,太阳化学公司),
8.75%JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液(SC约翰逊公司),以及
56.25%水。
加入了氨,以增加树脂溶解度,并确保PH大于8.0。
所产生的分散体发生了完全的凝胶化。虽然在该研磨基料中加入了水,以降低(总体及颜料的)固体含量,但仍然发生了该分散体的完全凝胶化。甚至于加入大量的水,导致颜料上色率下降20%至30%,也未能增加该分散体的稳定性。
实施例3
遵循实施例1中的通用步骤,从下列组分,制备了一种水系分散体:
29.0%D&C红色6号(C19-O12,钡色淀颜料,染料含量42%,太阳化学公司),
27.0%JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液,
10.0%JA250-3TM多糖类树脂溶液,
9.0%丙二醇,以及
25.0%水。
该分散体的起始粘度为300厘泊,而且,在室温下老化两个月之后,仅增加至400厘泊。
实施例4
遵循实施例1中的通用步骤,从下列组分,制备了一种水系分散体:
26.0%FD&C黄色5号(C69-4537,铝色淀颜料,染料含量43%,太阳化学公司),
30.0%JA250-3TM多糖类树脂溶液,
10.0%丙二醇,以及
34.0%水。
该分散体的起始粘度为2,770厘泊。在室温下老化三星期、且在49℃烘箱内老化三天之后,该粘度未发生变化。
实施例5(比较例)
遵循实施例1中的通用步骤,从FD&C黄色5号和JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液,制备了一种水系分散体,但未加入多糖类化合物。尽管尝试了多种结合方式,所产生的分散体的PH值和粘度均很不稳定。
实施例6
遵循实施例1中的通用步骤,从下列组分,制备了一种水系分散体:
16.0%D&C黄色10号(C71-5171,铝色淀颜料,染料含量17%,太阳化学公司),
37.0%JA250-3TM多糖类树脂溶液,
10.0%丙二醇,以及
37.0%水。
该分散体之起始粘度为1,220厘泊,在室温下老化三天之后增加为8,000厘泊。但是,此粘度是触变性的。
实施例7
遵循实施例6中的通用步骤,从下列组分,制备了一种水系分散体:
16.0%D&C黄色10号(C71-5171,铝色淀颜料,染料含量17%,太阳化学公司),
37.0%JA250-3TM多糖类树脂溶液,
10.0%丙二醇,
1.0%乙二胺四醋酸,以及
36.0%水。
该分散体之起始粘度为1,230厘泊,在室温下老化十天之后,下降为544厘泊。因不希望受理论的约束,本申请人目前相信是EDTA螯合了铝,从而减少了氢氧化铝的形成。
实施例8
遵循实施例1中的通用步骤,从下列组分,制备了一种水系分散体:
16.0%FD&C兰色1号,
36.0%JA250-3TM多糖类树脂溶液,
8.0%丙二醇,以及
40.0%水。
该分散体之起始粘度很差。但是,加入0.5%EDTA后,生成了一种分散体,其起始粘度为3,790厘泊,在室温下老化四天之后降低为2,410厘泊。一种含有1.0%EDTA的相对应的分散体,其起始粘度为3,350厘泊,在室温下老化四天之后下降为1,900厘泊。
本发明及其优选的实施方案,均已详细述及。然而,对于那些熟悉此技术的人们来说很明显的是,在考虑本项技术披露时,本发明可以进行为数众多的修改、替代、组分重组,和/或改进,而不违反本发明之精神及范围。

Claims (20)

1.一种水系颜料分散体,包含:
1)一种选自FD&C颜料和D&C颜料的颜料,
2)一种多糖类树脂分散剂,并且基于分散体的总重量,所述多糖类树脂的含量范围为大于5重量%到45重量%,以及
3)水。
2.权利要求1的分散体,其中所述颜料是一种FD&C颜料。
3.权利要求2的分散体,其中所述FD&C颜料为选自由FD&C红色40号、FD&C黄色5号、FD&C黄色6号及FD&C兰色1号所组成的组中的颜料。
4.权利要求1的分散体,其中所述颜料是一种D&C颜料。
5.权利要求4的分散体,其中所述D&C颜料为选自由D&C红色6号、D&C红色7号、D&C红色21号、D&C红色22号、D&C红色27号、D&C红色28号、D&C红色30号、D&C红色33号、D&C红色34号、D&C红色36号、D&C橙色5号以及D&C黄色10号所组成的组中的颜料。
6.权利要求1的分散体,其中所述多糖类树脂选自玉米淀粉、纤维素和羟丙基纤维素。
7.权利要求1的分散体,其中基于分散体的总重量,所述颜料的含量范围为10-35重量%。
8.权利要求7的分散体,其中基于分散体的总重量,所述颜料的含量范围为15-30重量%。
9.权利要求1的分散体,其中基于分散体的总重量,所述多糖类树脂的含量范围为10-40重量%。
10.权利要求1的分散体,其进一步含有苯乙烯-丙烯酸树脂。
11.权利要求10的分散体,其中所述苯乙烯-丙烯酸树脂为选自由苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯/甲基丙烯酸共聚物,以及苯乙烯/甲基丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物所组成的组中的苯乙烯-丙烯酸树脂。
12.权利要求10的分散体,其中基于分散体的总重量,所述苯乙烯-丙烯酸树脂的含量范围为1-40重量%。
13.权利要求12的分散体,其中基于分散体的总重量,所述苯乙烯-丙烯酸树脂的含量范围为1-25重量%。
14.权利要求1的分散体,其进一步含有选自一组烷醇、多羟基醇以及烷醇胺的一种水溶性有机助溶剂。
15.权利要求14的分散体,其中所述有机助溶剂是选自由甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇所组成的组中的一种烷醇。
16.权利要求14的分散体,其中所述有机助溶剂是选自由乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、四乙二醇、聚乙二醇以及丙三醇所组成的组中的一种多羟基醇。
17.权利要求14的分散体,其中所述有机助溶剂是选自由单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺所组成的组中的一种烷醇胺。
18.权利要求1的分散体,其进一步含有一种配体。
19.权利要求18的分散体,其中所述配体是乙二胺四醋酸或其盐类。
20.一种制备水系颜料分散体的方法,其包括:
1)将一种选自一组FD&C和D&C颜料的颜料、一种多糖类树脂分散剂及水一起均化,以形成一预混合物,以及
2)将上述预混合物研磨,直至该颜料的平均粒度分布为小于一微米。
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