CN1836001A - 用于塑料的颜料制剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于塑料着色的颜料制剂，其特征在于一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合，涉及此颜料制剂的制备方法，以及其用于塑料着色和用于生产母料的用途。

Description

用于塑料的颜料制剂
本发明涉及用于塑料着色的颜料制剂，其特征在于一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合，涉及颜料制剂的制备方法，以及其用于塑料着色和用于生产母料的用途。
薄片状颜料，例如云母的差流动行为长时间以来就已知。在许多应用中，特别地在印刷和油漆领域中，这并不导致较大的问题。然而，在引入塑料中时，这些颜料的差流动行为经证明是有问题的。此外，在珠光颜料的加工期间，例如在母料的生产中出现明显的粉尘形成，这要求增加的设备复杂性用于除去粉尘和用于清洁机器。
US6451102中提出了采用蜡包覆珠光颜料，优选采用聚乙烯蜡进行包覆。采用这些蜡包覆的珠光颜料显示良好的流动行为和可用于母料的生产。然而，发现由聚乙烯蜡包覆的珠光颜料仅适于引入非极性塑料，例如聚烯烃中。这同样适用于其中描述的母料。极性塑料仅可以差地由这些包覆的珠光颜料着色。在从经非极性包覆的珠光颜料和极性塑料生产母料时，产生相容性问题。这可能在最终产物中尤其导致，可达到地可见的光泽效果中的干扰，导致颜色偏移和导致成品的机械性能方面不可接受的变化。由于没有一种蜡无问题地覆盖整个范围的极性塑料，所以即使在存在与几种塑料的一定相容性的情况下，在使用其它塑料时也产生问题。相容性问题也可导致母料生产自身方面的难度。如果例如，在母料生产期间在从天然材料转化为母料时熔体粘度剧烈下降，则这可能导致挤出期间的挤出物撕裂，这对于生产者是极端有问题的。
本发明目的因此是提供颜料制剂，该制剂能良好地流动，不产生粉尘，在它们可以引入其中的塑料方面具有很大的变化性和允许在双螺杆挤出机中挤出期间机器的物料通过量的增加或在单螺杆挤出机上生产高度浓缩母料。
以上提及的综合性目的由根据本发明的颜料制剂达到。
本发明因此提供一种用于塑料着色的颜料制剂，其中一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合。本发明另外提供根据本发明的颜料制剂的制备方法，其中在热量影响(Wrmeeinfluss)下将一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合。本发明同样提供根据本发明的颜料制剂用于塑料着色和用于生产母料的用途。基于薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料的根据本发明的颜料制剂经证实对于引入塑料中，特别地对于极性塑料是特别有利的。然而，载体材料的仅部分为极性的特征也可实现适应于引入非极性塑料中。此变化性不能由现有技术的颜料制剂达到并且是本发明的主要优点。由此向使用者提供采用仅一种适当选择的根据本发明的颜料制剂将多种不同塑料着色的可能性。此外，根据本发明的颜料制剂不产生粉尘和能非常良好地流动，这降低在它们的加工期间的设备复杂性。此外，在双螺杆挤出机中使用根据本发明的颜料制剂时，依赖于条件而定，与未制成制剂的颜料相比可以增加物料通过量至少2-5倍。另外，在单螺杆挤出机中使用根据本发明的颜料制剂能够实现效果颜料含量为最多至40wt％的母料，基于母料计。
根据本发明的颜料制剂的必要组分是所述至少部分为极性的载体材料。该至少部分为极性的载体材料可以是部分为极性的共聚物和/或由两种或更多种蜡形成的混合物，其中至少一种蜡是极性的。所述部分为极性的载体材料优选是部分为极性的共聚物和/或由两种极性蜡形成的混合物。
术语共聚物用于表示从多于一种类型的单体形成的聚合物。适于根据本发明的颜料制剂的是二元共聚物、三元共聚物或四元共聚物，以及交替、无规、梯度、嵌段或接枝共聚物。对于本发明目的，合适的共聚物是至少部分为极性的那些，即共聚物的至少一种单体是极性的。合适的部分为极性的共聚物是，例如含有乙酸乙烯酯、丙烯酸酯或丙烯酸共聚单体的共聚物和三元共聚物，聚乙烯醇共聚物、聚乙烯基醚共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮共聚物、聚环氧乙烷共聚物、丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚缩醛共聚物，但还有聚酰胺共聚物和/或聚氨酯共聚物。可以采用的共聚物的例子是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-乙烯醇共聚物。
适用作用于由两种或更多种蜡形成的混合物的蜡是本领域技术人员已知的所有蜡，它们可以是指天然蜡、化学改性蜡或合成蜡。在由两种或更多种蜡形成的混合物中存在的蜡中至少一种是极性的。优选是指由两种极性蜡，例如褐煤蜡及其衍生物和酰胺蜡形成的混合物，它们也可含有非极性部分，例如带有烷基链的组分，但它们总体上是极性的。
在特别优选的实施方案中，采用的载体材料是部分为极性的共聚物。优选的共聚物在此特别是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物。由褐煤蜡及其衍生物与酰胺蜡形成的混合物同样特别优选作为载体材料，其中褐煤蜡对酰胺蜡的比例可以为2∶1-1∶2，特别地为1∶1的比例。
在根据本发明的颜料制剂中，薄片状效果颜料与部分为极性的载体材料彼此混合存在。薄片状效果颜料优选至少部分或完全由载体材料涂覆或包覆。薄片状效果颜料采用载体材料的完全包覆和“粘附”是非常特别优选的。
所述至少部分为极性的载体材料的熔融范围应当是70-200℃，优选80-160℃和非常特别优选90-140℃。
本发明中，薄片状效果颜料可以是指珠光颜料、金属效果颜料、含有透明、半透明和/或不透明层的多层颜料，全息颜料、BiOCl颜料和/或LCP颜料。
可以根据本发明采用的珠光颜料、金属效果颜料或含有透明、半透明和/或不透明层的多层颜料特别是基于载体的，在此该载体优选是薄片状的。例如，薄片状TiO2、合成或天然云母、玻璃薄片、金属薄片、薄片状SiO2、Al2O3或薄片状氧化铁是合适的。金属薄片可尤其由铝、钛、青铜、钢或银组成，优选铝和/或钛。金属薄片在此可以由相应的处理加以钝化。在优选的实施方案中，载体可以用一个或多个透明、半透明和/或不透明的包含金属氧化物、金属氧化物水合物、金属低氧化物、金属、金属氟化物、金属氮化物、金属氧氮化物或这些材料的混合物的层涂覆。所述金属氧化物、金属氧化物水合物、金属低氧化物、金属、金属氟化物、金属氮化物或金属氧氮化物层或其混合物可具有低折射率(折射率＜1.8)或高折射率(折射率≥1.8)。合适的金属氧化物和金属氧化物水合物是本领域技术人员已知的所有金属氧化物或金属氧化物水合物，例如氧化铝、氧化铝水合物、氧化硅、氧化硅水合物、氧化铁、氧化锡、氧化铈、氧化锌、氧化锆、氧化铬，氧化钛，特别是二氧化钛，氧化钛水合物，及其混合物，例如钛铁矿或铁板钛矿。可以采用的金属低氧化物是，例如钛的低氧化物。合适的金属是，例如铬、铝、镍、银、金、钛、铜或合金，和合适的金属氟化物是，例如氟化镁。可以采用的金属氮化物或金属氧氮化物是，例如金属钛、锆和/或钽的氮化物或氧氮化物。优选向载体上施加金属氧化物、金属、金属氟化物和/或金属氧化物水合物层和非常特别优选金属氧化物和/或金属氧化物水合物层。另外，由高和低折射率金属氧化物、金属氧化物水合物、金属或金属氟化物层组成的多层结构也可以存在，在此优选高和低折射率层交替。特别优选是由高折射率层和低折射率层组成的层组(Pakete)，在此可以将一个或多个这些层组施加到载体上。高和低折射率层的顺序可以在此匹配于载体，以在多层结构中包括载体在内。在进一步的实施方案中，金属氧化物、金属氧化物水合物、金属低氧化物、金属、金属氟化物、金属氮化物或金属氧氮化物层可以用着色剂或其它元素掺混或掺杂。合适的着色剂或其它元素是，例如有机或无机着色颜料，如有色的金属氧化物，例如磁铁矿、氧化铬，或彩色颜料，例如柏林蓝、群青、钒酸铋、Thenards(特纳德)蓝，或还有有机彩色颜料，例如靛、偶氮颜料、酞菁或胭脂红，或元素，例如钇或锑。包含这些层的效果颜料显示关于它们的主色(Krperfarbe)的高颜色多样性和可以在许多情况下显示由于干涉引起的颜色的角度依赖性变化(随角异色)。在优选的实施方案中，载体上的外层是高折射率金属氧化物。此外层可另外在上述层组上或在高折射率载体的情况下是层组的一部分和例如，由TiO2、钛的低氧化物、Fe2O3、SnO2、ZnO、ZrO2、Ce2O3、CoO、Co3O4、V2O5、Cr2O3和/或其混合物，例如钛铁矿或铁板钛矿。特别优选是TiO2。
上述材料和颜料结构的例子和实施方案也例如在研究公开(Research Disclosure)RD471001和RD472005中给出，该文献的公开内容在此引入作为参考。
金属氧化物、金属氧化物水合物、金属低氧化物、金属、金属氟化物、金属氮化物、金属氧氮化物层或其混合物的厚度通常为3-300nm和在金属氧化物、金属氧化物水合物、金属低氧化物、金属氟化物、金属氮化物、金属氧氮化物层或其混合的情况下优选为20-200nm。金属层的厚度优选为4-50nm。
载体和因此效果颜料的尺寸自身不是关键的。薄片状载体和/或用一个或多个透明或半透明的金属氧化物、金属或金属氟化物层涂覆的薄片状载体的厚度通常为0.05-5μm，特别地0.1-4.5μm。长度或宽度的尺寸通常为1-250μm，优选2-200μm和特别地2-100μm。
根据本发明的颜料制剂中薄片状效果颜料的比例通常为60-85wt％，优选65-75wt％，基于颜料制剂。最优比例可以容易地由本领域技术人员确定并基本上依赖于采用的效果颜料的粒度、效果颜料的形状因子和颜料构造的方式。尽可能高比例的效果颜料或尽可能低比例的载体材料是期望的以向要着色的塑料中引入尽可能少的外来材料。然而，必须使用足够的载体材料以保证根据本发明的颜料制剂的所需性能，例如不产生粉尘，改进的流动性或母料生产中的更高物料通过量。为此目的，粒子必须不仅仅由载体材料包覆，而且它们必须也彼此粘附以形成良好流动的粗“粉末”。
在进一步的实施方案中，颜料制剂可包含另外的如对用于塑料中是通常的那些添加剂和/或助剂。此类型的添加剂和/或助剂可以是润滑剂，脱模剂，稳定剂，抗静电剂，阻燃剂，着色剂，增韧剂和增塑剂，粘合促进剂，发泡剂，抗氧化剂，UV吸收剂，有机的聚合物相容性溶剂和/或表面活性剂，例如邻苯二甲酸二异辛酯，酚衍生物，矿物油。可以采用的添加剂和助剂的概述参见Saechtling，KunststoffTaschenbuch(塑料袖珍手册)，第27版，Carl Hanser出版社，或R.Wolf，“塑料，添加剂”，乌尔曼工业化学大全，互联网版，第7版，2003。
根据本发明的颜料制剂可以采用不复杂的方式制备。本发明因此也提供根据本发明的颜料制剂的制备方法，其中在热量的影响下将一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合。可以采用的薄片状效果颜料或所述部分为极性的载体材料以上已经在对颜料制剂的描述过程中提及。
例如，根据本发明的方法，可以将效果颜料预先加入并与载体材料或载体材料的溶液混合。如果采用溶液的形式加入载体材料，则也可以将效果颜料在此溶液中分散并蒸发掉溶剂。在包括考虑采用的颜料的溶解度和特别是采用的载体材料的溶解度在内的条件下，对于本领域技术人员以容易想到的方式进行溶剂的选择。通过改变pH值，载体材料从含水分散体中的沉淀，同样是可能的。进一步可以通过熔融载体材料制备颜料制剂。载体材料的熔融在本发明中是特别优选的，由于由此能够避免溶剂的使用。
通过熔融制备根据本发明的颜料制剂的方法在70-240℃的温度下进行。该方法优选在高于载体材料熔点的温度下进行。采用此方式，达到颜料和载体材料的特别良好的充分混合。
在根据本发明的方法的进一步实施方案中，另外的在塑料加工中常规的添加剂和/或助剂可以加入由薄片状效果颜料和载体材料形成的混合物中。此类型的添加剂和/或助剂的例子以上已经在对颜料制剂的描述过程中提及。
在溶剂的脱除之后或在熔融期间施加的载体材料的冷却之后，颜料制剂作为自由流动的粗粒状粉末形式存在，该粉末可以良好地进一步加工。
本发明同样提供根据本发明的颜料制剂用于塑料的直接着色和用于母料生产的用途。
通过混合塑料颗粒和/或粉末与颜料制剂，进行根据本发明的颜料制剂向塑料中的直接引入。随后在热量的作用下，将由根据本发明的颜料制剂着色的塑料成形。另外，可以在颜料制剂的引入期间，向塑料颗粒和/或粉末中加入非必要的进一步的添加剂和颜料。此类型添加剂的例子以上已经在对颜料制剂的描述过程中提及。合适的颜料是本领域技术人员已知的所有无机或有机颜料。
塑料颗粒和/或粉末/颜料-混合物通常如下制备：将塑料颗粒和/或粉末预先加入合适的混合机，例如转鼓或高速混合机，采用任何可能的添加剂润湿，和然后将颜料制剂加入并混入。
适合根据本发明的颜料制剂使用的是整个系列的塑料，特别地热塑性塑料。塑料优选是极性塑料，但在适当选择的载体材料的情况下也可以采用非极性(烯烃类)塑料。合适塑料的例子例如参见Saechtling，Kunststoff Taschenbuch(塑料袖珍手册)，第27版，CarlHanser出版社。
根据本发明的颜料制剂也可有利地用于母料的生产。采用此方式，也可以满足对颜料分散的最高要求。在此，母料可以连续或间歇生产，优选连续生产，例如通过使用双螺杆挤出机。各自塑料的粉末或细粒的使用在母料的生产中是有利的。在双螺杆挤出机中使用根据本发明的颜料制剂时，依赖于条件，与未制成制剂的颜料相比，可以增加物料通过量至少2-5倍。另外，在单螺杆挤出机中使用根据本发明的颜料制剂的条件下可以生产颜料含量为最多至40wt％的母料，基于母料计。
根据本发明的颜料制剂优选用于母料的生产。在相应选择载体材料的情况下，极性和非极性塑料两者都适合作为母料基础料。例如，存在接枝共聚物，该共聚物可以在根据本发明的效果颜料制剂中在极性和在非极性(烯烃类)塑料两者中用作载体材料。例如，乙烯-丙烯酸共聚物适用于极性塑料，也适用于非极性塑料。
如下实施例意于更详细解释本发明，但不限制本发明。
实施例：
实施例1：
将由15wt％褐煤酯蜡(HostalubWE 40，Clariant AG)和15wt％酰胺蜡(HostalubFA 1，Clariant AG)形成的均匀混合物与70wt％IriodinBrilliant Pearl在约150℃的温度下在混合机中混合直到颜料和载体材料的均匀的分布和接合。重量百分比数据是基于总混合物。
获得的颜料制剂不再产生粉尘，良好地流动和可以在单螺杆挤出机上加工成包含最多至约40wt％颜料的母料，基于总数量。对于相同的颜料含量，采用此制剂在双螺杆挤出机中的物料通过量可以增加至少2-5倍(与未制成制剂的颜料相比)。可以将此制剂没有问题地引入各种不同的极性塑料(PA，PC，PMMA，PS，ABS等)。
实施例2：
将由30wt％低分子量乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(A-C 400A，HoneywellAllied Signal)形成的均匀混合物与70wt％IriodinBrilliant Pearl在约150℃的温度下在混合机中混合直到颜料和载体材料的均匀的分布和接合。重量百分比数据是基于总混合物。
获得的颜料制剂不再产生粉尘，良好地流动和可以在单螺杆挤出机中加工成包含最多至约40wt％颜料的母料，基于总数量。对于相同的颜料含量，采用此制剂在双螺杆挤出机中的物料通过量可以增加至少2-5倍(与未制成制剂的颜料相比)。可以将此制剂没有问题地引入各种不同的极性塑料(PA，PC，PMMA，PS，ABS等)。
实施例3：
将由20wt％低分子量乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(A-C 400A，HoneywellAllied Signal)形成的均匀混合物与80wt％Iriodin504红在约150℃的温度下在混合机中混合直到颜料和载体材料的均匀的分布和接合。重量百分比数据是基于总混合物。
获得的颜料制剂不再产生粉尘，良好地流动和可以在单螺杆挤出机中加工成包含最多至约40wt％颜料的母料，基于总数量。对于相同的颜料含量，采用此制剂在双螺杆挤出机中的物料通过量可以增加至少2-5倍(与未制成制剂的颜料相比)。可以将此制剂没有问题地引入各种不同的极性塑料(PA，PC，PMMA，PS，ABS等)。
实施例4：
将由30wt％低分子量乙烯-丙烯酸共聚物(A-C 540A，HoneywellAllied Signal)形成的均匀混合物与70wt％Iriodin123在约160℃的温度下在混合机中混合直到颜料和载体材料的均匀的分布和接合。重量百分比数据是基于总混合物。
获得的颜料制剂不再产生粉尘，良好地流动和可以在单螺杆挤出机中加工成包含最多至约40wt％颜料的母料，基于总数量。对于相同的颜料含量，采用此制剂在双螺杆挤出机中的物料通过量可以增加至少2-5倍(与未制成制剂的颜料相比)。可以将此制剂没有问题地引入各种不同的极性塑料(PA，PC，PMMA，PS，ABS等)并也可以引入非极性(烯烃类)塑料。

Claims (16)

1.一种用于塑料着色的颜料制剂，其特征在于一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合。
2.根据权利要求1的颜料制剂，其特征在于所述至少部分为极性的载体材料是部分为极性的共聚物，和/或由两种或更多种蜡形成的混合物，其中至少一种蜡是极性的。
3.根据权利要求1或2的颜料制剂，其特征在于效果颜料的比例是60-85wt％，基于颜料制剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的颜料制剂，其特征在于载体材料的熔融范围是70-200℃。
5.根据权利要求1-4中任一项的颜料制剂，其特征在于所述至少部分为极性的载体材料是由褐煤蜡及其衍生物和酰胺蜡形成的混合物。
6.根据权利要求5的颜料制剂，其特征在于所述由褐煤蜡及其衍生物和酰胺蜡形成的混合物采用1∶2-2∶1的比例存在。
7.根据权利要求1-6中任一项的颜料制剂，其特征在于共聚物选自含有乙酸乙烯酯、丙烯酸酯或丙烯酸共聚单体的共聚物和三元共聚物，聚乙烯醇共聚物、聚乙烯基醚共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮共聚物、聚环氧乙烷共聚物、丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚缩醛共聚物、聚酰胺共聚物和/或聚氨酯共聚物。
8.根据权利要求1-7中任一项的颜料制剂，其特征在于共聚物是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物。
9.根据权利要求1-8中任一项的颜料制剂，其特征在于薄片状效果颜料是珠光颜料、金属效果颜料、含有透明、半透明和/或不透明层的多层颜料，全息颜料、BiOCl颜料和/或LCP颜料。
10.根据权利要求1-9中任一项的颜料制剂，其特征在于颜料制剂另外包括添加剂和/或助剂。
11.制备根据权利要求1的颜料制剂的方法，其特征在于在热量影响下将一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料混合。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于所述至少部分为极性的载体材料是部分为极性的共聚物，和/或由两种或更多种蜡形成的混合物，其中至少一种蜡是极性的。
13.根据权利要求11或12的方法，其特征在于以溶解形式或通过熔融进行所述一种或多种薄片状效果颜料与至少部分为极性的载体材料的混合。
14.根据权利要求11-13中任一项的方法，其特征在于在70-240℃的温度下进行所述一种或多种薄片状效果颜料与所述至少部分为极性的载体材料的混合。
15.根据权利要求11-14中任一项的方法，其特征在于另外将添加剂加入由薄片状效果颜料和载体材料形成的混合物中。
16.根据权利要求1的颜料制剂用于塑料着色和用于生产母料的用途。
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