CN1511173A - 用回收塑料材料着色塑料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种着色塑料的方法。为此收集旧塑料。然后对该收集的塑料进行分选。将该收集的并经分选的塑料研磨，并算出在研磨的塑料中的颜料。预先确定要新制备的塑料的目标色，并按其量混合经研磨的旧塑料，以得到具有所需目标色的新塑料。

Description

用回收塑料材料着色塑料的方法

本发明的任务是描述一种应用回收塑料材料大批量地为塑料模制件着色的方法和设备。

塑料在其加工前大部分为中性色的基料。为使塑料模制件大批量地着色，因此要应用所谓的母料。该母料涉及混入该塑料材料中并使其着色的物质。这种母料的缺点是非常昂贵。

家用电子设备如电视机的外壳是依据设计通过单体模具制备的，采用塑料可最简易地实现。在此情况下采用注塑法，该法是成本低的生产方法。

从WO 98/01498已知一种制备母料的方法。

从EP 0352804 A2中已知一种有色聚合物，它与颜料结合成化合物。

从EP 0290092中已知一种给塑料颗粒着色的方法。

从DE 19807261中已知一种制备着色塑料粉末的方法。

从DE 43131167 A1已知一种制备用于塑料加工机加工的颜料浓缩物的方法。

从DE 4026188 A1已知一种制备非挥发性无机塑料添加剂的方法。其中将塑料的成形件或废料以已知的方法粉碎，并煅烧。然后将煅烧所得的残渣进行加工并重新利用。

没有一种已知的方法公开过利用旧设备的回收材料来制备新设备，特别是外壳。

关于这方面的特别问题是旧设备的回收利用。目前通常的做法是，将旧设备的塑料部件拆开，磨碎并混入新制品中，由此将该回收材料重新引入产品中。不仅外壳形状而且外壳的色调都发生了流行趋势。越来越多的杂色如黄、红、蓝等均混入到至今的灰色和黑色色调中。

经杂色着色的外壳的制备使得难以应用回收材料，因为其颜色会有很大的波动。对回收材料按纯色进行分类是不经济的，因为每一种可设想的色调仅以少量出现。

但也存在一种可能性，即将有色回收材料与未着色的新制品相混合，并准确决定该化合物的颜色。

为了节省成本，应提出一种方法，它能在制备中再利用有色回收塑料材料。

WO 00/67977公开了一种分选和分开塑料的方法。但是它未公开在由原回收塑料所制备的产品的颜色设计中如何考虑该原回收塑料。

从DE-A1-4126694中已知用塑料废物生产花园篱笆的方法。

从JP-A-08099317中已知用旧塑料瓶生产新塑料瓶的方法。

从DE-A1-4129754中已知用含塑料的混合物生产单纯品种塑料的分类方法。

本发明的任务是通过权利要求1的特征完成的。本发明的其它优点在从属权利要求和其它描述中说明。

颜色配方通常意指用于调准样品色调所需的颜料浓度。为进行颜色配方，首先要准确测定样品的反射曲线。该样品是由包含在基质中的颜料组成的。通过测定基质中含不同浓度颜料的试样建立标定系列。

基于这种标定系列就可计算用于调准所要色调而需要的颜料的量。

生产有色塑料通常应用预先着色的塑料或未着色的塑料和母料。该母料是用来使塑料着色的。问题在于，为达到所需色感需加多少量的母料。该量可通过色度计、颜色配方程序和该颜色的标定系列来计算。在生产控制中要确定，是否所加母料的量足以产生所需的色感。

颜色，这里也包括所谓非彩色的黑色调、白色调和灰色调，是由DIN5033所定义的：

“颜色是那种对眼呈现无结构视野部分的视觉，由此用不动的眼进行单目观察时，这部分可与同时看到的也是无结构的接界部分相区别”。这种定义的目的是确定颜色和另一类视觉如结构感或空间感的界线。

为能准确确定颜色，应用所谓的色度数。可通过数学计算步骤来得到色度数。为此，需测定试样的反射曲线。作为第一步确定进入眼睛的光。它是由光类型的辐射分布和在试样检测到的部分产生的。这时射入眼睛的光是可见光整个光谱的光量的总和，其公式为：

$M=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)$

其中：S(λ)＝光类型的辐射分布

R(λ)＝试样的反射曲线

为能从测量值求得色度数，必须在每一波长下调准该颜色的三原色。计算色度数的公式如下：

$X=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)$

$Y=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)$

$Z=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)$

其中，方程S(λ)， x(λ)， y(λ)和 z(λ)对每种光类型和观察者(2°，10°)是标准化的。S(λ)* x(λ)，S(λ)* y(λ)，S(λ)* z(λ)在每一步距均加以收集。R(λ)在要进行的测量中是变数。

其中色度数Y具有特别重要的意义。在光谱值曲线中，Y与眼睛的视亮度感觉相适应，色度数说明试样的亮度。理想的是将该值标准化，以使标准白色试样的Y-值为100。

为了能明确地分类颜色，除了由观察者以2°或10°的视野得出的色度数外，还要给出用以进行观察的光类型。该光度数的数据由下列产生：

1.XD65/2

或

2.X₂D65

其中X是光度数，D65是光类型

2意指2°-观察者。

为了描述在三维空间的技术情况，以图形来描述颜色。为了能以图形来描述，将三维空间以视亮度等级来切分，并用切割平面作为标准比色图表。该比色图表的坐标是色度数的分数(标准色调分数)。该标准色调分数由下式计算：

$x=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}$

为准确描述颜色，其中三个标准色调分数中仅两个是必需的，因为标准色调分数的和是一，即

                      X+Y+Z＝1

这时通常利用坐标X和Y，大部分情况下放弃第三个坐标，该坐标垂直于坐标系并表明亮度。

为计算两种颜色的色距，必须确定颜色空间中该颜色的每一个位置。由此可计算坐标系中两色点的距离。

在计算色距时，由标准试样出发来进行计算。该计算结果和为此的实验表明，在有些色位可计算出一确定大小的距离，但观察者都不能确定在颜色上的差别。由此可以确定，并非在颜色空间的每一位置处的可见差别均相当于一个单位的色距。因此该色距或色感是以椭圆体描述和采用的。为避开这个问题，发展了所谓的CIELAS一颜色空间。

颜色空间的色坐标可通过下列方程来换算：

L^*＝116Y^*-16

a^*＝500(X^*-Y^*)

b^*＝200(Y^*-Z^*)

其中：

$X^{*}=3\sqrt{X/X_n},X/X_n>\mathrm{0,008856}$

X^*＝7,787*(X/X_n)+0,138，x/x_n≤0,008856

$Y^{*}=3\sqrt{Y/Y_n},Y/Y_n>\mathrm{0,008856}$

Y^*＝7,787*(Y/Y_n)+0,138，Y/Y_n≤0,008856

$Z^{*}=3\sqrt{Z/Z_n},Z/Z_n>\mathrm{0,008856}$

Z^*＝7,787*(Z/Z_n)+0,138，Z/Z_n≤0,008856

Xn，Yn，Zn相当于标准色值。[10]

在CIELAB-颜色空间，通过两个特别在工业中得到应用的公式来计算色距。

该公式如下：

1.矢量计算时的公式：

${\mathrm{\ΔE}}^{*}=\sqrt{{\left({\mathrm{\ΔL}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\Δa}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\Δb}}^{*}\right)}^2}$

或

2.采用柱面坐标时适用的公式：

${\mathrm{\ΔE}}^{*}=\sqrt{{\left({\mathrm{\ΔL}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ΔC}}^{*}\right)}^2+{\left({\mathrm{\ΔH}}^{*}\right)}^2}$

其中L^*是亮度，C^*是彩色度或饱和度，H^*是彩色色调角或色调。

如已确定的，两个具有相同色度数的颜色试样在一种光类型下可留下同一色感，在另一种光类型下可产生色感。这种效应称为位变异构，它主要与光类型即与其光谱分布和试样的反射特性有关。

在颜色配方时需特别注意反射、颜料浓度和色强度之间的关系。

必须弄清楚与颜料浓度有关的反射和散射的关系，因为对颜色配方也要采用颜色测定。此外，在描述时仅涉及不透明的体系，因为这类体系特别在工业中已得到应用。

反射率可如下计算：

$R=1+K/S-\sqrt{{(1+K/S)}^2-1}$

其中K为吸收率，S为散射率，R为反射率。

此外，必须算出色强度。该色强度表明试样与标准样品之间的比例，该标准样品的色强度确定为100％。

$F=\frac{K_{\mathrm{PF}}}{K_{\mathrm{SF}}}$

其中K_PF是试样的吸收率，K_SF是标准样品的吸收率。

由该比例可计算生产具有此种色强度的试样所需的颜料浓度。该相互关系是互反的。

但是，只用色强度不能进行配方。为了颜色试样的调准，必须确定在不同浓度时的颜料的特性，因为从测量所得的只是标准色调和反射曲线。由下列方程可看出在某波长下的反射、吸收和散射之间的关系：

$R=1+K/S-\sqrt{{(1+K/S)}^2-1}$

因为，为混合各种颜料，下列关系适用于吸收和散射：

K＝K_M+K₁*c₁+K₂*c₂

S＝S_M+S₁*c₁+S₂*c₂

或通用为：

K＝K_M+∑K_i*c_i

S＝S_M+∑S_i*c_i

根据此关系，可确定在某波长下颜料的混合。其目的是达到试样的反射率。

因为反射曲线总是仅对某一波长适用，所以要按各种波长算出该反射曲线。由此必须使在各个波长下的色距在给定的误差之内。这在配方时必须予以考虑。

下面将根据图解流程图来说明配方的确定。

该流程图在所附图中表示。

该流程图按如下操作：

输入标准系列、算出试样和颜料的反射曲线。接着选择用于配方的颜料。算出所选颜料的K-值和S-值。然后算出起始浓度。若产生负浓度，则必须返回重新选择用于配方的颜料。若未产生负浓度或该值处于误差范围之内，则由配方算出反射曲线。接着换算成配方和试样的色度数。然后比较色度数，看是否在误差范围之内。如合适就算出所有可能的组合。如不可能，就需重新回到颜料的选择。如果色度值超出误差范围或色比较不合适，则要借助色偏差重新计算浓度。它将返回到由配方计算反射曲线的步骤。如果算出了所有可能的组合，则分选这些配方，接着输出配方。

另一方案和方法是通过利用已着色回收材料的有针对性的配色来代替至今要采用的母料，用于以有色的研磨料来使新制品着色。这时必需将回收材料返算到颜料混合物及其在未着色塑料中的浓度。

这种返算是必需的，因为至今表明，只有根据颜料及其浓度才可进行配方。

同样也要绕开这种问题，即回收材料是由外部公司提供的。为此不能保证该颜料与如建立前述标准系列所用的颜料是一致的。产生同一种颜色的母料也会因制造商不同而有差异，因此具有不同的吸收系数和散射系数。这就导致对一个制造商的每种颜料均要进行很仔细的计算。

如要避免这一点，就必须跟踪制造商到回收公司的每种材料和每种引入有该材料的制品。那么就必须做准确的记录，记录哪些材料含哪些颜料及含量多少。该信息必须提供给客户。这当然是一种昂贵的耗费。通过返算避免了这一问题。它不再需将各个颜料互相分开，但是必须提供一种确定的塑料类型。

但粉碎部分的混合必须均匀，以便混合色稳定不变。否则会出现色差。必须建立每一种颜色一母料的所谓标定系列。通过这种标定系列可确定2个系数，即如吸收系数和散射系数，这对于配方计算是必需的，同时确定颜料批料的颜色的覆盖性。挤压现有的研磨料。挤压形成的粒料不可用于直接的颜色测定，因为用于测定需要平的表面。因此要在为此特定制造的工具中制备所谓的试板。

该试板以及为此所需的工具在本申请人的DE 19739599C2中已提出专利权保护。

该工具具有一个矩形空穴，由其两个最大的直角表面构造出一个三重结构。该表面的1/6是经高光泽抛光，2/3是光滑的表面，1/6是有坑的表面。

此外，为了说明本发明，根据具体的实施例来阐明本发明的原理。应由工程塑料或热塑性塑料制备一种具有确定颜色的塑料部件。该塑料例如考虑是ABS。为此使用旧塑料，该旧塑料按颜色及塑料种类分选。该塑料部件以纯色分选，并以较纯的颜色存在。

在本发明的特别有利的方案中，该塑料不按颜色分选，而以形成混合色的混合形式收集。该塑料部件未经分选即行匀化，尔后如同按颜色分选的塑料一样重新使用，如下面所述。

该塑料部件是旧塑料部件，它由各种设备或构件组成，并仅由确定的塑料组成。这些部件按颜料分选，并置于容器中。将容器中的内容物进行研磨，并在研磨状态下贮存。只要这种塑料能预分选，该塑料研磨料就是纯色的塑料。对现有的每一种塑料研磨料分别测定每一分选的塑料和研磨的塑料的颜料。在塑料研磨后，塑料的研磨料以每种颜料的纯色存在。通过测定颜料，将对该塑料研磨料指定一个颜料调色板。

该特定塑料的目标色是已知的。同时也已知为达到该目标色所需的颜料。

基于特定塑料的目标色及所需的颜料算出用于制造该特定塑料所需的颜料组合的首个配方建议。此外还要算出其它的配方建议。

从各个现有配方建议中，根据所属的亮度曲线，特别是根据位变异构，即在计算上的等色性的色差来选出配方建议。

根据所选的配方建议算出制备该塑料所需的颜料。将各个算出的颜料分配给当时已有研磨塑料研磨料。接着，基于已有研磨塑料研磨料根据所配颜料算出要制备的新塑料的量及组成。然后算出各个要用的已有的颗粒量的百分含量。

基于该算出的百分加料量，按照算出的配方将各个已有研磨塑料组分在塑料混合装置中混合。由此产生其后可应用的带有所需颜色的塑料。在塑料混合装置中，将按重量配料的各个旧塑料增塑、均化和制粒。由此形成的塑料可经进一步加工。

为将各相应的颜料分配到各个已有塑料研磨料，从每一种塑料粒制备均匀的物料，并通过注塑机注塑成试验型件。这些试验型件优选包括在DE 19739599C2中的要求保护的试板。

基于该试板，可分配塑料的各个颜料，即可返算到在塑料研磨料中存在的颜料。

如果在形成配方建议时发现，用已有塑料粒不能达到所需的目标色，这可能是由于缺少相应的颜色或是研磨料的量不够，这时就要加入颜料来到目标色。但这仅仅是一个量的问题，因为总是有工业的现实性。

Claims (17)

1.一种利用回收塑料材料着色塑料的方法，其中收集旧塑料，按颜色分选所收集的塑料，研磨所收集和分选的塑料并贮存或中间贮存，算出在研磨的和贮存或中间贮存的塑料中存在的颜料，预先确定要新制备的塑料的目标色，并按其量混合研磨的旧塑料，以得到具有目标色的新塑料。

2.权利要求1的方法，其特征在于，按颜色分选旧塑料，并将算出的颜料数分配给研磨的塑料。

3.权利要求1或2之一的方法，其特征在于，欲获得的塑料的颜色按LAB-值确定。

4.前述权利要求之一的方法，其特征在于，算出用于制备该目标塑料的颜料组合配方建议。

5.前述权处要求之一的方法，其特征在于，根据所属的亮度曲线选出配方建议和/或基于已有研磨旧塑料根据所配颜料算出要制备的新塑料的量和组成和/或算出各个要用的已有颗粒量的百分用量。

6.权利要求5的方法，其特征在于，借助于塑料混合装置来制备按配方建议算出的各组分的量。

7.权利要求5或6的方法，其特征在于，该塑料研磨料混合物通过重力计量装置配料。

8.权利要求5-7之一的方法，其特征在于，使塑料研磨料增塑、匀化和制粒。

9.前述权利要求之一的方法，其特征在于，由塑料研磨料混合物制备试验型体。

10.权利要求9的方法，其特征在于，该试验型体是试板。

11.前述权利要求之一的方法，其特征在于，建立标定系列，并通过标定系列算出塑料研磨料的系数和/或算出吸收系数和散射系数。

12.前述权利要求之一的方法，其特征在于，通过确定色度数来确定塑料研磨料的颜色，并通过下式算出色度数：

$M=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)$

其中S(λ)是光类型的辐射分布

R(λ)是试样的反射曲线。

13.前述权利要求之一的方法，其特征在于，根据制备试板的塑料研磨料的试样算出塑料研磨料的反射曲线。

14.前述权利要求之一的方法，其特征在于，在三原色的每个波长下调准颜色，并算出每个原色的色度数，其中该色度数按下计算：

$X=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)$

$Y=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)$

$Z=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)*R\left(\mathrm{\λ}\right)*\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)$

其中：S(λ)， x(λ)， y(λ)和 z(λ)对每种光类型和观察者(2°，10°)是标准化的，在每一步距算出S(λ)* x(λ)，S(λ)* y(λ)，S(λ)* z(λ)，R(λ)是变数。

15.前述权利要求之一的方法，其特征在于，使这种色度数的值标准化，在白色试样情况下，Y值的色度数为100。

16.前述权利要求之一的方法，其特征在于，算出试样的反射率，它按下式计算：

$R=1+K/S-\sqrt{{(1+K/S)}^2-1}$

其中K是吸收率，S为散射率，R为反射率。

17.前述权利要求之一的方法，其特征在于，算出试样的色强度，其中色强度通过与色强度确定为100％的标准值的比来确定，和/或算出试样的反射率和/或算出不同波长的入射光在试样上的反射率。

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