JP2017522426A - 良好分散高負荷量カラーマスターバッチのための方法および組成物 - Google Patents

Abstract

高負荷量良好分散マスターバッチ組成物および分流法によるその作製方法。マスターバッチ組成物は着色剤、熱可塑性担体、メタロセンポリマー加工助剤および任意選択で添加剤を含むものである。分流は第１供給原料と第２供給原料で形成され得る。第１供給原料および第２供給原料は、以下：第２供給原料を、第１供給原料と同じ供給原料ポート、第１供給原料の上流側に存在する流れ、第１供給原料の下流側に存在する流れ、またはその組合せのいずれかに供給することのうちの少なくとも１つによって合わされる。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年７月１８日に出願された係属中の米国実用特許出願第１４／３３４，７１０号の優先権を主張し、該実用特許出願は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般的に、分流（ｓｐｌｉｔ ｓｔｒｅａｍ）押出し法による、任意選択で１種類以上の添加剤を含む良好分散高負荷量カラーマスターバッチ配合物のための方法および組成物に関する。この高負荷量カラーマスターバッチには、１種類の着色剤または着色剤配合ブレンドが含有され得る。

着色剤、例えば顔料調製物は多くの場合、マスターバッチ用に作製される。マスターバッチは、一定割合の着色剤を含むプラストマーポリマーまたはエラストマーポリマーのカプセル型、ペレット状または顆粒状の無粉塵濃縮物である。マスターバッチは、プラスチックを着色するために使用され、着色するプラスチックに加工前または加工中に添加される。マスターバッチは、そのままの着色剤よりも良好な着色剤の分散をもたらし、作業場における乾燥着色剤粉塵が解消されるため使用される。

さまざまなマスターバッチ作製方法が知られており、以下の方法：ａ）適当なマトリックス（ポリマー）と着色剤との混合；ｂ）着色剤濃縮物のドライブレンド／押出しおよび混練、続いて粉砕；またはｃ）ドライブレンド／押出し、続いて微細噴霧、高温チョッピングまたはストランドのペレット化が、マスターバッチの作製において標準的である。例えば、特許文献１に記載のように、マスターバッチ組成物は、着色剤、熱可塑性担体、メタロセンポリマー加工助剤および任意選択で添加剤のドライブレンド／押出しにより形成される。米国特許第７，４４２，７４２号と比較すると、本発明では、２０％までまたはそれより高い活性成分負荷が可能である。

分流供給は、プラスチック、食品、印刷用トナー、ラテックスおよび他の材料の押出し加工において使用され得る。分流供給は、２つ以上の供給原料流を用いて押出機内での加工に指向させることと説明される。

熱可塑性ラミネート構造体の作製において、例えば、特許文献２（Ｃｏｒｂｅｔｔ，１９７９年８月）では、ラミネート型プラスチックシート構造体が、溶融プラスチックの流れと層流を発生させる流れの２つの流れを合わせてダイに通して層状のシートまたはチューブをもたらすことによって作製される。特許文献３（Ｂｅｋｅｌｅ，１９９０年３月）には、多数の押出機からのポリマー流を、それらの押出機のうちの１つのダイで合わせ、多層フィルムを形成する共押出し法が記載されている。特許文献４（Ｈｅｒｒｉｄｇｅ ｅｔ ａｌ．，１９９７年８月）には、テープを作製するための共押出し法が詳細に記載されている。

プラスチック加工および食品加工における温度感受性成分の下流での供給に関して、特許文献５（Ｋｉｍ，１９８３年１０月）には、どのようにして温度感受性発泡剤を別個の供給原料として、ポリマー供給原料下流の該ポリマーが緻密化されているがまだ溶融していない箇所で導入し、それにより、融合が起こる温度を低下させるかが記載されている。特許文献６（Ｒｅａｄ ｅｔ ａｌ．，２００３年１１月）には、発泡剤の供給原料流をポリマー供給原料流とは別個に導入する別の方法が記載されている。食品の押出し加工では、多くの場合、水が別個の供給原料流として、蒸発による減損分をコントロールするために典型的には下流で添加される（例えば、特許文献７（Ｋｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９８８年７月）、特許文献８（Ｋｅｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．）および特許文献９（ｖａｎ Ｌｅｎｇｅｒｉｃｈ，１９９０年８月）に記載）。特許文献１０（Ｃｈａｗａｎ ｅｔ ａｌ．，１９９０年１０月）には、パスタの生産における液状成分の下流での供給が記載されている。

機械的に脆弱な材料、例えば、高アスペクト比を有する特殊な効果の顔料および機能性フィラーの下流での供給の技術分野において、特許文献１１（Ｃｈａｋｏ ｅｔ ａｌ．，１９８５年１月）には、ガラス短繊維を押出機内のポリマーペレット供給原料の下流に供給して溶融ポリマーにし、ガラス繊維強化複合材を作製することが記載されている。機械的に脆弱な材料の下流での供給のさらなる例としては、特許文献１２（１９９７年４月）および特許文献１３（１９９８年３月）（Ａｋａｐｅｄｄｉ ｅｔ ａｌ．）、特許文献１４（Ｂｒｕｓｓｅｌ，２００４年８月）が挙げられ、これらには、ガラス長繊維をポリマー流の下流に供給し、後溶融させて、高強度ガラス強化複合材を作出することが記載されている。特許文献１５（Ｈｏｂｂｓ ｅｔ ａｌ．，２００９年２月）に記載のように、高アスペクト比のものはミクロスフェア内に封入され、続いて、これは、第１供給原料ポートでポリマーペレットとともに供給され、また、該ペレットの下流でも供給され、溶融物になる。特許文献１６（Ｍａｇｎｉ ｅｔ ａｌ．，２０１１年３月）には、ポリマーの熱伝導率を向上させる３５％までもの高アスペクト比粒子の下流での供給によって作製される複合材が記載されている。

潤滑剤の下流での供給が特許文献１７（Ｌｏｖｇｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，１９８４年５月）、特許文献１８（Ａｕｓｔｉｎ，１９８８年５月）および特許文献１９（Ｌｅ Ｂｌａｎｃ ｅｔ ａｌ．，１９９６年７月）に記載されており、これらには、液状潤滑剤をポリマー供給原料の下流に供給して溶融ポリマーにすることが詳述されている。特許文献２０（Ｂｅｍｉｓ ｅｔ ａｌ．）には、液状の着色濃縮物（これは多くの場合、油を含有している）をポリマーの下流に導入して着色プラスチックを押出す同様の方法が記載されている。

一方、液状成分の下流での供給により材料の粘度を調整することが、デンプン製品の押出し加工および製品粘度を制御された様式で低下させるための液状物の下流での導入に関する特許文献２１（Ｂｕｅｈｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９９４年５月）および特許文献２２（Ｓｃｈｍｉｄ ｅｔ ａｌ．，１９９６年１月）に記載されている。

微粒状の添加剤およびフィラーの下流での供給が、プラスチック材料の生産における微粒状の機能性添加剤およびフィラーに関する特許文献に記載されている。特許文献２３（Ｐｌａｍｔｈｏｔｔａｍ，１９９０年１月）にはフィラーの下流での供給が記載されており、特許文献２４（１９９９年１０月）には、フィラーおよび機能性添加剤を樹脂の下流で添加することが記載されており、特許文献２５（２００１年６月）には、フィルム押出し法における機能性添加剤の下流での添加が記載されている。

難燃性添加剤の下流での供給が、特許文献２６（Ｓｅｌｖａｒａｊ ｅｔ ａｌ．，２００４年３月）、特許文献２７（Ｙａｋｏｂｅ，２００４年１０月、これにはまた、強化用ガラス繊維の下流での供給も記載されている）および特許文献２８（Ｇａｇｇａｒ ｅｔ ａｌ．，２０１１年５月）に記載されている。

特許文献２９（Ｌｕｏ ｅｔ ａｌ．，２００１年９月）には、微粒状添加剤をポリマー供給原料の下流で導入するワイヤ化合物およびケーブル化合物の押出し加工が記載されている。

特許文献３０には、シート押出しおよび成形のためのポリフェニレンエーテル熱可塑性化合物が記載されており、この場合、添加剤をポリマー供給原料の下流で押出し加工中に導入して該化合物を作製する。

押出し加工によるポリマーアロイおよびポリマーブレンドの作製における分割された樹脂流の使用が、特許文献３１（Ｇｏｌｂａ，１９８５年１０月）；特許文献３２（Ｂａｉｒｄ ｅｔ ａｌ．，１９９３年７月）、特許文献３３（Ｐａｐａｚｏｇｌｏｕ ｅｔ ａｌ．，１９９５年５月）；特許文献３４（Ｅｌｋｏｖｉｔｃｈ ｅｔ ａｌ．，２００７年２月）；特許文献３５（Ｅｌｌｕｌ ｅｔ ａｌ．，２０１１年１月）；特許文献３６（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．，２０１２年４月）に記載されている。

反応押出し法における分流供給が知られており、特許文献３７（Ｇａｌｌｕｃｃｉ ｅｔ ａｌ．，２００６年１２月，これには、所望の官能基を有する成分をポリマーの下流で供給し、次いで、これを反応させて官能基化ポリマーを得ることが詳述されている）および特許文献３８（Ｂａｒｂｉｅｒｉ ｅｔ ａｌ．，２０１０年１１月，これには、排出流を、さらなる反応のために供給口にフィードバックする押出し反応法が詳述されている）に記載されている。

着色剤供給原料を樹脂供給原料の下流で添加することが、導電性のカーボンブラック粉末またはマスターバッチをポリマー供給原料の下流で導入して溶融物にする押出し加工による導電性ポリマーの作製に関する特許文献３９（Ｓｉｌｖｙ ｅｔ ａｌ．，２００２年３月）および特許文献４０（Ｈｏｓｓｅｎ，２００４年８月）に記載されている。

溶融ポリマーを第２供給原料流として供給する押出し加工を使用することが特許文献４１（Ｓｔｉｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，１９９４年１２月）に記載されており、該方法では、第２ポリマー流を分割し、他の成分と合わされ、次いで第１ポリマー流を再度合わされる。特許文献４２（Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，２０００年１月）には、レシピの成分を第１押出機内でコンパウンドし、次いで、この第１押出機がその排出物を第２押出機に原料供給し、この第２押出機に、押出機１からの溶融物流の粘度を低下させる成分も供給するチューインガムの作製方法が記載されている。

バインダーを下流で供給する微粒状物、液状物および樹脂の複合混合物の押出しコンパウンド製造が特許文献４３（Ｍａｈａｂａｄｉ ｅｔ ａｌ．，１９９０年１月）に論考されており、この場合、印刷用乾燥静電トナーの押出し加工が、界面活性剤と顔料のドライブレンドを使用することにより主供給原料ポートにおいて行なわれ、界面活性剤と顔料は熱と圧力下で溶融され、次いで、ポリマーが粉末またはペレットとして導入される第２供給原料ポートを通過して搬送される。特許文献４４（Ｃｈｕｎｇ ｅｔ ａｌ．，２００９年８月）には、ポリ塩化アルミニウムの水溶液が下流で凝固性バインダーとして、乾式印刷（ｄｒｙ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）用静電トナーの顔料および他の成分の溶融物流中に導入される方法が記載されている。

記載した技術は、部品に製作されることが意図された材料または構造物の製作のための材料および方法に関するものである。対照的に、本発明は、熱可塑性材料を着色するために使用される中間体；具体的には、カラーマスターバッチおよび添加剤マスターバッチを作製するための方法および材料に関するものである。

Ｓｔｉｂｅｌ ｅｔ ａｌ．（特許文献４１、１９９４年１２月）では、別個の溶融ポリマー流を添加剤と合わせ、次いで第１供給原料と再度合わせる。対照的に、本発明では、密度を増大させるための担体またはバインダーとしての機能を果たすマスターバッチ配合物の樹脂成分の大部分を予備溶融させて（ｉ）供給口に着色剤および添加剤を添加するためのさらなる自由体積を作出する、および（ｉｉ）樹脂と接触したら即座に顔料の濡れのプロセスを開始させるという反直感的な方法を記載している。

Ｓｏｎｇ ｅｔ ａｌ．（特許文献４２、２０００年１月および先願特許）には、押出機の排出物を第２の押出機の第１供給原料に、第２の押出機から粘度低下添加剤を導入する目的で供給することが記載されている。一方、本発明では、マスターバッチ配合物の樹脂成分の大部分を予備溶融させ、配合物を緻密にするための担体またはバインダーとして機能させて（ｉ）供給口に着色剤および添加剤を添加するためのさらなる自由体積を作出する、および（ｉｉ）樹脂と接触したら即座に顔料の濡れのプロセスを開始させる。

また、本発明は、溶融プラスチック流をダイで一体にしてラミネート構造体を形成するという思想が記載されたＣｏｒｂｅｔｔ（特許文献２、１９７９年８月）とも異なる。同様の違いが、本発明とＢｅｋｅｌｅ（特許文献３、１９９０年３月）およびＨｅｒｒｉｄｇｅ ｅｔ ａｌ．（特許文献４、１９９７年８月）に記載された共押出し法との間にも存在する。

顔料を樹脂供給原料の下流で添加するという思想が知られており、例えば、特許文献３９（Ｓｉｌｖｙ ｅｔ ａｌ．，２００２年３月）および特許文献４０（Ｈｏｓｓｅｎ，２００４年８月）には、導電性のカーボンブラック粉末またはマスターバッチをポリマー供給原料の下流で導入して溶融物にする、押出し加工による導電性ポリマーの作製が記載されており、この場合、カーボンブラックは全組成物の微量成分である。しかしながら、本発明は、全組成物の８０％までを構成する顔料の下流での添加に関するものである。

種々の特許に、フィラー、例えば、ガラス短繊維および７０％までものガラス繊維を有する複合材（これらは市販されている）の下流での供給が記載されている。しかしながら、着色剤は、濡れが生じるべき表面積がずっと大きく、上記のように、下流で微量成分として投入される。

先行技術には、予備溶融させた樹脂担体供給原料を、粉末供給原料の下流で導入することは記載されていない。また、これまで可能であったよりも高負荷量にするために利用可能な粉末の容量を増大させること、および接触したら濡れのプロセスが開始されることを兼ねた目的で樹脂供給原料を予備溶融させるという思想も記載されていない。本明細書に記載の本発明により、ポリマー溶融物供給原料と着色剤ミックス供給原料を同じ第１供給口において導入する場合での第１供給原料の容量増大がもたらされる。さらに、記載した特許はいずれも、ポリマー供給原料を、第２の溶融物加工ユニットの排出物である溶融流として導入すること、および樹脂流の供給が着色剤ミックス供給原料の上流であることに関するものではない。先行技術に記載の方法には、下流の供給原料ポートが存在するゾーンに届く前に押出機内で樹脂を圧縮して溶融させる押出し法が記載されている。しかしながら、本明細書に詳細に記載しているように、樹脂を別個のデバイスで予備溶融させることには利点がある：（ｉ）第１押出機の圧縮ゾーン、混練ゾーンおよび溶融ゾーンを最小化することができる；（ｉｉ）押出機に供給されるエネルギーのより多くが着色剤と添加剤の組込みおよび分散を行なうことに使用され、高生産速度が可能になるという点で、プロセスのエネルギー効率がより良くなる、ならびに（ｉｉｉ）シンプルな単軸スクリュー押出機またはメルトポンプを用いてポリマーを予備溶融させることができる。これに基づいて、この併合システムの総費用を慣用的な押出機単独のものより低く、または同等にすることができる。

ドライブレンド／押出しにより形成される既知のマスターバッチは、一般的に、熱可塑性ポリマー、着色剤、分散剤および任意選択で１種類以上の添加剤を含む方法を用いて配合される。熱可塑性ポリマーは一般的には「担体」または「担体樹脂」と称される。典型的な市販のマスターバッチ配合物、特に、着色剤（顔料および染料）混合物が配合されたものは、約３０重量％の着色剤、約５重量％の分散剤、約１０重量％の添加剤および約５５重量％の担体を含む。

残念ながら、ドライブレンド／押出しにより形成される既知のマスターバッチ、特に、着色剤（顔料および染料）ブレンドで構成されたものは、比較的低い着色剤濃度を有する。したがって、多くの既知のマスターバッチでは、不必要な費用および望ましくない量の補助成分、例えば担体マトリックスが導入されていることがわかっている。特に、比較的高い割合の有機顔料を含有している着色剤配合物の場合、乾燥顔料で作製される既知のマスターバッチに高負荷量の着色剤を使用することは、分散が不充分になるためできない。着色剤粒子の不充分な分散は、最終製品の物理的および機械的特性、例えば、引張強度、曲げ弾性率、伸びおよび衝撃強度の低下をもたらし得る。また、顔料の凝集物は表面欠陥をもたらし得、これは部材の外観に影響を及ぼす。

慣用的に作製されるマスターバッチ中の有機顔料の分散は、ほとんど、もしくは全部を粉末化するか、または微細な顆粒状にした樹脂を使用することにより改善され得る。しかしながら、この慣習により、樹脂ペレットでの混合物よりも有意に低いかさ密度を有する樹脂、着色剤および他の成分のドライブレンド混合物の導入がもたらされる。任意の所与の時点で押出機に導入される材料が少ないと、加工速度の有意な低下がもたらされる。

既知のドライブレンド／押出しによるマスターバッチ組成物における別の欠点は、マスターバッチ自体および最終製品の加工性を有意に改善することができないことである。

既知のドライブレンド／押出しによるマスターバッチの加工における別の欠点は、押出機の供給口におけるブレンド容量の制限である。供給口の固定された容積により、特に、有機顔料および特定の効果の顔料（真珠光沢顔料など）の場合、このような顔料の低いかさ密度のため、顔料および添加剤の負荷量が制限される。同様に、供給口で導入される材料の量に対するこのような制限により、押出し処理能力および色の濃さが有意に低減される。

供給口の固定された容積による問題は、より細いフライトを使用し、より深いルートをスクリューに付加し、開口部の長さを長くすることにより供給口の自由体積を大きくすることによって緩和されるかもしれない；しかしながら、このような試みでは、すべて、容積空間に少量の増分（例えば１０〜１５％大きい自由体積空間）がもたらされるにすぎず、顔料および添加剤の負荷に所望される増大はもたらされず、スクリューの強度と寿命が犠牲になる。

既知のドライブレンド／押出しによるマスターバッチ組成物における別の欠点は、添加剤、例えば、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤および発泡剤に関して比較的大きな負荷量を含めることができないことである。一般的に、添加剤は、所望される場合にのみ添加され、そのため少量で添加される。そうしなければ、マスターバッチの加工性が損なわれると考えられている。

また、既知のドライブレンド／押出しによるマスターバッチ組成物の加工における他の欠点は、押出機によってもたらされる作業の非効率性および押出しサイクルの長さの非効率性である。具体的には、エネルギーと滞留時間の多くが、着色剤の分散ではなくポリマー担体の溶融に費やされる。

現在、従来のマスターバッチに伴う前述の問題が回避されるマスターバッチ組成物を得るための既知のシステムまたは方法はない。したがって、改善された加工性を有し、生産速度、生産処理能力、着色部品の物理的および機械的特性ならびに表面外観を犠牲にすることなくマスターバッチ組成物の負荷量ならびに最終製品の着色を増大させるとともに、最終部材に導入される担体樹脂が少ないマスターバッチ組成物が得られることが望ましい。

本明細書に記載し、特許請求する本出願は、先行技術のマスターバッチおよびその構築方法の上記の欠点に対処する。

米国特許第７，４４２，７４２号 米国特許第４，１６５，２１０号 米国特許第４，９０９，７２６号 米国特許第５，６６０，９２２号 米国特許第４，４０９，１６５号 米国特許第６，６４９，６６６号 米国特許第４，７５９，９３９号 米国特許第４，８８０，６５３号 米国特許第４，９４９，６２８号 米国特許第４，９６５，０８２号 米国特許第４，４９５，３２４号 米国特許第５，６２１，０４０号 米国特許第５，７２３，５２０号 米国特許第６，７７６，５９６号 米国特許第７，４８８，７６４号 米国特許出願公開第２０１１／００７３７９９号 米国特許第４，４４６，０９０号 米国特許第４，８７７，５６８号 米国特許第５，５３１，９２３号 米国特許第５，４８６，３２７号 米国特許第５，３１６，５７８号 米国特許第５，４８０，９２３号 米国特許第４，９０６，４２１号 米国特許第５，９６９，０８９号 米国特許第６，２４２，１２７号 米国特許第６，７１３，５９８号 米国特許第６，８００，６７７号 米国特許第７，９３９，５８５号 米国特許第６，２８７，６９２号 米国特許第８，３６７，７５５号 米国特許第４，５４７，５４１号 米国特許第５，２２５，４８８号 米国特許第５，４２０，１９８号 米国特許第７，１８２，８８６号 米国特許第７，８６８，０９０号 米国特許第８，１４８，４６６号 米国特許第７，１４８，３１４号 米国特許第７，８２９，６４０号 米国特許第６，３５２，６５４号 米国特許第６，７７６，９２９号 米国特許第５，３７６，７０２号 米国特許第６，０１０，７２３号 米国特許第４，８９４，３０８号 米国特許第７，５７２，５６７号

一態様において、本開示は、着色剤、添加剤、熱可塑性担体および任意選択でメタロセンポリマー加工助剤を混合すること、次いで、溶融状態の該担体樹脂の大部分を、第１供給原料、第１供給原料の上流側、第１供給原料の下流側のいずれかに存在するポート、またはその組合せに添加することを含む、マスターバッチの作製方法に関する。添加剤と着色剤を別々の流れとして溶融加工用熱可塑性物に導入すること（一般的には主供給原料の下流で）は珍しくないが、従来のマスターバッチの加工において、樹脂の大部分を第１押出機に、第２押出機またはメルトポンプによって生成させた溶融流として導入することは反直感的である。

本開示は、分流供給原料を使用することにより作製されるマスターバッチ組成物に関し、この分流供給原料は、着色剤、ポリマー加工助剤ならびに任意選択で添加剤および担体樹脂を有する主供給原料すなわち第１供給原料と、第１供給原料と同じ供給原料、第１供給原料の上流側、第１供給原料の下流、またはその組合せのいずれかと合流させる溶融状態の該担体樹脂の大部分を含む第２供給原料を含む。第１供給原料は、大部分が着色剤、顔料、粉末化樹脂、加工助剤および機能性添加剤、例えば、ＵＶ剤、ＡＯ剤、スリップ剤、帯電防止剤、抗菌剤、ＦＲ剤などで構成されている。第１供給原料は粉末供給原料、着色剤ミックス供給原料および／または小顆粒供給原料であり得る。

さらなる一態様において、本開示は、高負荷量マスターバッチ組成物を溶融加工可能なポリマーに導入して溶融体供給原料ポリマー組成物を形成すること（ここで、該マスターバッチは、着色剤、熱可塑性担体、メタロセンポリマー加工助剤および任意選択で添加剤を含むものである）、および該ポリマー組成物を押出し成形して着色ポリマーを形成することを含む、着色ポリマーの作製方法に関する。

一実施形態では、分流法による高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法は、以下の工程：ａ）第１供給原料中に混合物状態の着色剤を混合する工程；ｂ）第２供給原料中の熱可塑性担体を予備溶融させる工程；およびｃ）マスターバッチ組成物を形成するために、第１供給原料の該混合物と、第２供給原料の溶融させた該熱可塑性担体を合わせる工程を含むものである。この方法によるマスターバッチ組成物を使用し、熱可塑性物品が作製され得る。

一実施形態では、該混合する工程で、第１供給原料、第２供給原料またはその組合せに添加剤を含める。

一実施形態では、該混合する工程で、第１供給原料にメタロセンポリマー加工助剤を含め、該メタロセンポリマー加工助剤がポリオレフィンである。メタロセンポリマー加工助剤は、プロピレンモノマーを約２〜１５％のエチレンコモノマーと、メタロセン触媒の存在下で重合させることによって得られる非晶質メタロセンポリプロピレンコポリマーであり得る。さらに、メタロセンポリマー加工助剤は、約０．８７〜０．９３ｇ／ｃｍ３の密度、約８０〜１４５℃の滴点および約６０〜６３００ｍＰａｓの粘度を示し得る。

該合わせる工程は、さらに、第２供給原料を第１供給原料のそば、第１供給原料の上流側、第１供給原料の下流側に存在するポート、またはその組合せに供給することを含み得る。該合わせる工程は、さらに、第１供給原料、第２供給原料またはその組合せに添加剤を供給することを含み得る。

添加剤は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、抗菌剤、表面張力低減剤、脱臭剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、可塑化剤、フィラーおよび発泡剤からなる群より選択され得る。

添加剤は、さらに、約０〜１５重量％の酸化防止剤、約０〜４５重量％の光安定剤および約０〜４５重量％の紫外線吸収剤を含み得る。一実施形態では、添加剤は約５〜６０重量％である。

着色剤は約１５〜８０重量％であり得、熱可塑性担体は約９〜６０重量％であり、メタロセンポリマーは約２〜２０重量％である。着色剤は、有機顔料、無機顔料、単一顔料分散体、染料、被覆雲母、粉末化アルミニウム、光学的増白剤、蛍光体およびリン光体からなる群より選択され得る。着色剤は約５〜５０重量％の有機顔料を含み得る。着色剤は約１０〜４０重量％の有機顔料を含み得る。着色剤は約０〜８０重量％の無機顔料を含み得る。さらに、着色剤は約３〜４０重量％の有機顔料と約１０〜６０重量％の無機顔料を含み得る。

熱可塑性担体は、以下：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトンのホモポリマーおよびコポリマー、ポリスチレンコポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー、ポリアミド、ポリカーボネート、ならびにその組合せのうちの少なくとも１種類から選択され得る。

該方法は、さらに分散パッケージ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｐａｃｋａｇｅ）を含み得る。一実施形態では、分散パッケージが、ワックス、金属塩、カップリング剤および界面活性剤からなる群より選択される。分散パッケージは約２〜８重量％であり得る。該方法は、さらに、以下：難燃剤、抗菌剤、表面張力低減剤、脱臭剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、可塑化剤、フィラーおよび発泡剤のうちの１種類を含み得る。

高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法は、さらに：ａ）分流法により形成される請求項１に記載のマスターバッチ組成物を溶融加工可能なポリマーに導入し、供給原料ポリマー組成物を形成する工程であって、該マスターバッチ組成物は顔料、熱可塑性担体および５％〜約６０重量％より多くの添加剤を含むものであり、該添加剤は、酸化防止剤、紫外線吸収剤および光安定剤からなる群より選択される、工程；ならびにｂ）該ポリマー組成物を加工してマスターバッチ組成物を形成する工程を含み得る。

本開示は、以下の詳細な説明を以下の説明図と合わせて参照することにより、よりよく理解され得る。説明図において：

図１は、一実施形態における分流法による高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法の流れ図である。 図２は、別の実施形態における分流法による高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法の流れ図である。 図３は、また別の実施形態における分流法による高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法の流れ図である。

発明の詳細な説明

次に、本発明の教示の例示的な実施形態について詳細に言及し、その実施例を添付の図面に図示する。本発明の教示のそれぞれの範囲を逸脱することなく他の実施形態が使用され得、構造的および機能的変更が行なわれ得ることは理解されよう。さらに、種々の実施形態の特色は、本発明の教示の範囲から逸脱することなく組み合わせたり改変されたりされ得る。そのため、以下の説明は、実例として提示したものにすぎず、実例として示した実施形態に対してなされ得、やはり本発明の教示の趣旨および範囲に含まれ得る種々の代替および修正をなんら限定するものではない。

着色剤および任意選択で１種類以上の添加剤を有するマスターバッチ組成物が提供される。本開示において、比較的高負荷量のカラー濃縮物および添加剤を作製するための分流供給原料の加工設備の使用を記載する。本開示のマスターバッチ組成物は優れた着色剤分散性、着色特性、高添加剤濃度ならびに改善された取扱い性を示すものであり、そのため、着色された最終製品は優れた物理的および機械的強度ならびに優れた着色を有する。本発明のマスターバッチ組成物は任意選択で、現在の技術で直面する実用的問題および制限の多くが実質的に解消されるメタロセンポリマー加工助剤を含むものである。この任意選択のメタロセンポリマー加工助剤は、種々の担体樹脂と適合性であり、慣用的な担体樹脂の量を低減させることが可能であり、また、最終製品のより良好な機械的および物理的特性がもたらされる。このマスターバッチ分流法により、既知の方法と比べて着色剤負荷量の並外れた増大が可能になる。着色剤および添加剤の濃度が高いため、最終製品の所望の特性を得るために必要とされるマスターバッチ組成物の量を従来のマスターバッチ組成物よりもかなり少なくすることができる。また、任意選択のメタロセン加工助剤によっても、マスターバッチ組成物が、より効率的に「濡れが生じる」または分布してより良好な加工性および高処理能力をもたらすことが可能になる低温で溶融するため、マスターバッチ組成物の取扱い性が改善される。

マスターバッチ組成物は一般的には、着色剤、熱可塑性担体ならびに任意選択で、メタロセン加工助剤および添加剤、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤および光安定剤を含む。一実施形態では、メタロセンポリマー加工助剤は、プロピレンモノマーを約２〜１５％、約２〜１０％または約５〜１０％のエチレンコモノマーと、メタロセン触媒の存在下で重合させることによって得られる非晶質メタロセンポリプロピレンコポリマーである。一実施形態では、メタロセンポリマー加工助剤は約０．８７〜０．９３ｇ／ｃｍ３の密度、約８０〜１４５℃の滴点および約６０〜６３００ｍＰａｓの粘度を示す。一実施形態では、メタロセンポリマー加工助剤が非晶質から高度に結晶性に及ぶ範囲を有し得る。

一実施形態では、加工助剤が、メタロセンが重合用触媒として使用されるポリマーの一般用語であるメタロセンポリマーである。メタロセンポリマー加工助剤は、従来のマスターバッチに使用されているようなメタロセン樹脂ではなく、それとは異なる構造的および物理的特性を有するものである。このメタロセン加工助剤は、慣用的なチーグラー触媒、チーグラー・ナッタ触媒などが使用されているポリマーよりも高い単分散性および狭い分子量分布（例えば、メタロセンポリエチレンの場合はＭｗ／Ｍｎ＜２）を有するポリマーである。メタロセンポリマー加工助剤により大量の着色剤を高濃度の添加剤の存在下で一様に分散させることが可能になり、最終製品に優れた着色と、より良好な物理的および機械的特性がもたらされることがわかった。したがって、該組成物により、優れた機械的強度を有する成形物品または押出し成形物品を提供することができる。

したがって、該メタロセンポリマーは、低滴点、低粘度、低密度および良好な濡れ性を有するため好ましい加工助剤である。該ポリマーの滴点は、好ましくは８０℃〜１２０℃の範囲である。該ポリマーの粘度は、好ましくは６０〜６３００ｍＰａｓである。該ポリマーの密度は、好ましくは０．８７〜０．９３ｇ／ｃｍ³である。該メタロセンポリマーは、マスターバッチ組成物中に約２０％までで、好ましくは約４％〜約１２％で存在させ得る。好適なメタロセンポリマーとしては、プロピレンのホモポリマーまたはプロピレンと１種類以上のオレフィンとの、もしくは他のポリマーがグラフトされたコポリマーが挙げられる。プロピレンとエチレンとのコポリマーが好ましい。該コポリマーのエチレン含有量は０．１％〜約２０％、好ましくは約２％〜約１０％である。

メタロセンポリマー加工助剤は種々の担体樹脂との適合性が高い。熱可塑性担体の説明に役立つ例は、高密度および低密度ポリエチレン、高密度および低密度ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトンのホモポリマーまたはコポリマー、ポリスチレンコポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー、ポリアミド、例えば、ナイロン−６もしくはナイロン−６，６、ポリ塩化ビニルならびにエチレンと０．１〜２０ｍｏｌ％の１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン、１−ウンデセンとのコポリマー、他の耐衝撃性改良アロイ、またはその混合物である。マスターバッチとなるポリマーとマスターバッチの担体ポリマーは同じであってもよいが、そうである必要はない。

マスターバッチに添加される着色剤は、顔料、単一顔料分散体、染料、ナノ複合材、被覆雲母、粉末化アルミニウムおよび他の金属、光学的増白剤、蛍光体、リン光体またはその混合物を含み得る。顔料は、有機顔料および無機顔料のうちの少なくとも１種類またはその組合せであり得、特に制限はない。有機顔料を使用する場合、有機顔料は、マスターバッチ組成物の約５０重量％までで存在し得る。好ましい一実施形態では、有機顔料はマスターバッチ組成物の約１０〜約４０重量％の範囲で存在する。無機顔料を使用する場合、無機顔料は、マスターバッチ組成物の約７５重量％までで存在し得る。好ましい一実施形態では、無機顔料はマスターバッチ組成物の約１５％〜約７５重量％の範囲で存在する。別の実施形態では、有機顔料と無機顔料の両方を使用し、有機顔料は約２０％までで存在し得、無機顔料は約６０％までで存在し得る。一実施形態では、有機顔料は約３％〜約２０％で存在し、無機顔料は約１０％〜約６０％で存在する。

有機顔料の説明に役立つ例としては、アゾ顔料およびジスアゾ顔料、例えば、アゾレーキおよびジスアゾレーキ、ハンザ、ベンズイミダゾロン、ジアリライド、ピラゾロン、イエローおよびレッド；多環系顔料、例えば、フタロシアニン、キナクリドン、ペリレン、ペリノン、ジオキサジン、アントラキノン、イソインドリン、チオインジゴ、ジアリールまたはキノフタロン系の顔料、アニリンブラックまたはその混合物が挙げられる。無機顔料の説明に役立つ例としては、酸化チタン、チタンイエロー、酸化鉄、群青、コバルトブルー、酸化クロムグリーン、黄鉛（Ｌｅａｄ Ｙｅｌｌｏｗ）、カドミウムイエローおよびカドミウムレッド、カーボンブラック顔料などの無機顔料、ならびにその混合物が挙げられる。有機顔料および無機顔料は単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。このような顔料は、乾燥粉末、慣用的に、もしくは本方法に従って作製される単一顔料分散体またはその混合物である任意の形態であり得る。

一実施形態では、着色剤が約１５〜８０重量％であり、熱可塑性担体が約９〜６０重量％であり、メタロセンポリマーが約２〜２０重量％である。別の実施形態では、着色剤が、有機顔料、無機顔料、単一顔料分散体、染料、被覆雲母、粉末化アルミニウム、光学的増白剤、蛍光体およびリン光体からなる群より選択される。また別の実施形態では、着色剤が約５〜５０重量％の有機顔料を含む。一実施形態では、着色剤が約１０〜４０重量％の有機顔料を含む。一実施形態では、着色剤が約０〜８０重量％の無機顔料を含む。一実施形態では、着色剤が、約３〜４０重量％の有機顔料と約１０〜６０重量％の無機顔料を含む。

任意選択で、マスターバッチ組成物はまた、添加剤も含み得る。説明に役立つ例は紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、難燃剤、抗菌剤、表面張力低減剤、脱臭剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、可塑化剤、発泡剤、フィラー、および他の既知の添加剤またはその混合物である。

紫外線吸収剤（ＵＶＡ）は、光エネルギーを吸収し、吸収した光エネルギーを無害に熱エネルギーとして放出することにより該ポリマーをＵＶ光から遮蔽する。ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）は、光酸化プロセスで形成されるラジカル中間体を捕捉する。ＵＶＡおよび／またはＨＡＬＳの濃度が高いほど、分解および色褪せからの該ポリマー（マスターバッチの担体および最終製品の両方）の保護が大きくなる。ＵＶＡおよびＨＡＬＳは、マスターバッチの約４５重量％までで添加され得る。好ましいＵＶＡおよびＨＡＬＳとしては、ＢＡＳＦ ＳＥのＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）グレードのものが挙げられる。ＵＶＡおよびＨＡＬＳの説明に役立つ例としては、サリチル酸誘導体、例えば、サリチル酸フェニル、サリチル酸ｐ−ｔ−ブチルなど、ベンゾフェノン系、例えば、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンなど、ベンゾトリアゾール系、例えば、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾールなど、ヒンダードアミン系、例えば、セバシン酸ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン縮合生成物、２−ヒドロキシベンゾフェノン、例えば２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン、および５，５’−メチレンビス（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）；２−（２’−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、例えば２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−ｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール、−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’，５’−ジクミルフェニル）ベンゾトリアゾール、および２，２’−メチレンビス（４−ｔ−オクチル−６−ベンゾトリアゾリル）フェノール；ベンゾエート、例えばフェニルサリチレート、レゾルシノールモノベンゾエート、２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル−３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシベンゾエート、およびヘキサデシル−３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンゾエート；置換型オキサニリド、例えば２−エチル−２’−エトキシオキサニリドおよび２−エトキシ−４’−ドデシルオキサニリド；シアノアクリレート、例えばエチル−α−シアノ−β，β−ジフェニルアクリレートおよびメチル−２−シアノ−３−メチル−３−（ｐ−メトキシフェニル）アクリレート、ならびに任意の他の既知のＵＶＡまたはその混合物が挙げられる。

ＨＡＬＳのさらなる説明に役立つ例としては、ステアリン酸２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル、ステアリン酸１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル、２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルベンゾエート、セバシン酸ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル、セバシン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）、テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）−ジ（トリデシル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、マロン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）−２−ブチル−２−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ（ｈｙｄｒ−ｏｘｙ）ベンジル）、１−（２−ヒドロキシエチル）−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジノール／コハク酸ジエチル重縮合物、１，６−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルアミノ）ヘキサン／ジブロモエタン重縮合物、１，６−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルアミノ）ヘキサン／２，４−ジクロロ−６−ｔ−オクチル（ｏｃｔｙ−ｌ）アミノ−ｓ−トリアジン重縮合物、１，６−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルアミノ）ヘキサン／２，４−ジクロロ−６−モルホリノ（ｍｏｒｐｈｏ−ｌ ｉｎｏ）−ｓ−トリアジン重縮合物など、またはその混合物が挙げられる。

酸化防止剤（加工安定剤を含む）はマスターバッチ組成物に、マスターバッチの約１５重量％までで添加され得る。ペルオキシドポリマーの分解は、一般的に、加工中（例えば、熱もしくは剪断のため）または光への曝露時に起こる。ペルオキシドラジカルがこの期間中に形成され得、これによりさらに、ハイパーオキシド（ｈｙｐｅｒｏｘｉｄｅ）の形成がもたらされ得る。酸化防止剤は、ペルオキシドラジカルを安定化させて分解を抑制するためにポリマー内に組み込まれる。最適なポリマー安定性は、該ポリマーの初期の分子量および／または初期の色が維持される場合に得られる。したがって、本発明のマスターバッチ組成物により、着色剤濃度を犠牲にすることなく高い添加剤濃度が達成されることによって高度な保護がもたらされる。一実施形態では、ＵＶＡ（および／またはＨＡＬＳ）と酸化防止剤の両方が、マスターバッチの約６０重量％までで添加され得る。かかる実施形態では、ＵＶＡ（および／またはＨＡＬＳ）をマスターバッチの約４５重量％までで添加し、酸化防止剤をマスターバッチの約１５重量％までで添加することが好ましい。立体障害フェノールまたはＨＡＬＳ、特に、ＢＡＳＦ ＳＥのＩｒｇａｎｏｘ（登録商標）グレードの立体障害フェノールが好ましい酸化防止剤である。酸化防止剤の他の説明に役立つ例としては、フェノール系、例えば、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ペンタエリスリトール−テトラキス−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオン酸メチルフェノール、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネートなど、リン系、例えば、リン酸トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）、二リン酸ジステアリルペンタエリスリトール（ｐｎｅｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ）、ホスホン酸テトラキス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−４，４’−ビフェニレンなど、イオウ系、例えば、ジステアリル−３，３’−チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール−テトラキス−（３−ラウリルチオプロピオネート）、ヒンダードフェノール型酸化防止剤およびペルオキシド分解剤（ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｒ）、ＨＡＬＳ（上記に設定されたような）またはその混合物が挙げられる。

ヒンダードフェノール型酸化防止剤の説明に役立つ例は２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、スチレン化フェノール、ｎ−オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシルフェニル）プロピオネート、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２−ｔ−ブチル−６−（３−ｔ−ブチル−２−ヒドロキシ−５−メチルベンジル）−４−メチルフェニルアクリレート、２−［１−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ペンチルフェニル）エチル］−４，６−ジ−ｔ−ペンチルフェニルアクリレート、４，４’−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−チオ−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、アルキル化ビスフェノール、テトラキス［メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−プロピオネート（ｐｒｏｐｒｉｏｎａｔｅ）］メタン、３，９−ビス［２−｛３−（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）−プロピオニルオキシ｝−−１，１−ジメチルエチル］−２，４，８，１０−テトラオキシスピロ［５．５］ウンデカンまたはその混合物である。

ペルオキシド分解剤の説明に役立つ例は有機リン型ペルオキシド分解剤、例えば、トリスノニルフェニルホスファイト、トリフェニルホスファイトおよびトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト；ならびに有機チオ型ペルオキシド分解剤、例えば、ジラウリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−３，３’−チオジプロピオネート、ジステアリル−３，３’−チオジプロピオネート、ペンタエリスリチルテトラキス（３−ラウリルチオプロピオネート）、ジトリデシル−３，３’−チオジプロピオネートおよび２−メルカプトベンズイミダゾールまたはその混合物である。

難燃剤の説明に役立つ例はリン酸系、例えば、リン酸アリルジアリル、リン酸クレジルジフェニル、リン酸オクチルジフェニル、リン酸トリアリル、リン酸トリブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリス（β−クロロエチル）、リン酸トリス（ジクロロプロピル）、リン酸トリス（２，３−ジブロモプロピル）、リン酸トリス（ブロモ−クロロプロピル）など、塩素系、例えば、塩素化パラフィン、塩素化ポリフェニル、パークロロペンタシクロデカンなど、臭素系、例えば、テトラブロモエタン、テトラブロモブタン、ヘキサブロモ（ｂｏｒｏｍ）ベンゼン、デカブロモジフェニルオキシド、ポリジブロモ（ｂｒｏｒｎｏ）フェニルオキシド、ビス（トリブロモフェノキシ）エタン、エチレンビスブロモノルボルナンジカルボキシイミド（ｃａｒｂｏｘｙｌｍｉｄｅ）、エチレンビステトラブロモフタルイミドなど、反応型、例えば、クロレンド酸無水物、テトラブロモフタル酸無水物、テトラブロモビスフェノールＡ、ジエトキシ−ビス−（２−ヒドロキシエチル）−アミノメチルホスフェート、ジボルム（ｄｉｂｏｒｍ）クレジルアリシジル（ａｌｙｃｉｄｙｌ）エーテルなどまたはその混合物である。

抗菌剤の説明に役立つ例としては、フェノールエーテル系抗菌剤、例えば、分子内骨格にフェノール基を有するもの、例えば、１０，１０’−オキシビスフェノキサアルシンなど；天然抗菌剤、例えば、中心骨格としてトロポロンを有するもの、例えば、ヒノキチオール、β−ドラブリンなど、脂肪酸のグリセロールエステル、低級脂肪酸モノグリセロールエステル、スクロース脂肪酸エステル、ポリグリセロール脂肪酸エステル、例えば、カプリル酸モノグリセリド、カプリン酸モノグリセリド、ラウリン酸モノグリセリド、ショ糖パルミチン酸（ｐａｌｐｉｔａｔｅ）エステル、モノカプリン酸デカグリセロール、カプリル酸ヘキサグリセロールなどとして、ゼオライト系化合物、ゼオライト系化合物中のイオン交換可能なイオンの一部または全部（例えば、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオンなどの一部または全部が、抗菌特性を有するイオン、例えば、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオン、アンモニウムイオンなどで置換されることが例示され得る）が挙げられる。このような化合物は単独で使用してもよく、これらの２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

フィラーは、典型的には、色には寄与しない安価な微粒状物質である。フィラーの説明に役立つ例としては、とりわけ、タルク、雲母、クレイ、ナノクレイ、シリカまたはその混合物が挙げられる。

本明細書に記載のマスターバッチ組成物に他の添加剤または成分を含有させてもよく、該マスターバッチ組成物は、記載の配合物に限定されるべきでない。一実施形態では、分散パッケージがマスターバッチ組成物にマスターバッチの約２５重量％までの量で添加され得る。別の実施形態では、分散パッケージはマスターバッチの重量に対して約２％〜約８％の量で添加される。分散パッケージはワックス、金属塩、界面活性剤、カップリング剤、有機金属化合物およびその混合物であり得る。説明に役立つ例としては、慣用的なポリエチレンワックスおよびポリプロピレンワックスならびにその誘導体、例えば、酸変性型生成物および酸変性型生成物の金属塩、ならびにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウムおよびエチレンビスステアロアミド（ｂｉｓｔｅｒａｍｉｄｅ）、ならびにその混合物が挙げられる。

マスターバッチの実際の混合の前に、所望により、主供給原料および第２供給原料の各々の成分を予備混合してもよく、これには、ドラムミキサーまたはタンブラーミキサーが使用され得る。実際のドライブレンド混合プロセスでは、混合はブレード型ミキサーで行なわれ得る。一実施形態では、着色剤ブレンドは、高強度ミキサー内で一部のワックスとともに、ワックスが溶融して着色剤を封入し、良好に分散された高密度着色剤ブレンドがもたらされるまで混合される。さらなる分散が押出機内、例えば、単軸スクリューまたは二軸スクリュー押出機内で行なわれるが、当該技術分野で知られた任意の適当な設備が使用され得る。説明に役立つ例としては、Ｂｕｓｓニーダー、プラネタリーロール押出機、ダブルトラフ型オープンニーダー、高速撹拌機、インターナルフラクシング（ｆｌｕｘｉｎｇ）ミキサー、例えば、バンバリーミキサーおよびＦａｒｒｅｌ連続ミキサーなどが挙げられる。

主供給原料すなわち第１供給原料では、以下のもの：着色剤および任意選択で添加剤、担体樹脂およびポリマー加工助剤がドライブレンド／押出し構成部で加工される。一実施形態では、第１供給原料中の担体樹脂は、配合物総重量の約１０％までで存在させ得、第１供給原料中の顔料および添加剤とドライブレンド段階でブレンドされ、顔料の濡れプロセスが補助され得る。あるいはまた、担体樹脂を第１供給原料に添加しなくてもよい。

第１供給原料は、第２供給原料と、第１供給原料ポート、第１供給原料ポートの上流、第１供給原料ポートの下流、またはその組合せで合流する。図１に示すように、プロセス流れ図は、第１供給原料が第２供給原料の上流であるように示しており、図２では、第２供給原料を第１供給原料の上流側に示しており、図３では、第１供給原料と第２供給原料を同じ供給原料ポートで合流させる。これらの図に示している供給原料ポートは、メーター、弁、開口部および任意のその組合せを表し得る。搬送ゾーンは、限定されないが混練要素、圧縮要素、逆進要素などを含み得る溶融ゾーン、分散ゾーンおよび計量ゾーンへの材料の搬送を示す。

一実施形態では、第２供給原料は溶融状態の該担体樹脂の大部分を含む。担体樹脂の全部またはほとんどが、第２供給原料によってマスターバッチに導入され得る。代替の実施形態では、第２供給原料は溶融状態で、約８Ｌ／Ｄ上流または下流の第２供給原料ポートから導入される。第２供給原料は、比較的小型の第２押出機、例えば、低Ｌ／Ｄ単軸スクリュー押出機またはメルトポンプで作製され得る。一実施形態では、第２供給原料は、側方供給によって導入され得る。一実施形態では、第２供給原料流中の予備溶融樹脂担体は、第１供給原料流の低溶融／高加工粉末と比べて高いメルトフローを有する。

第２供給原料の担体樹脂を溶融物流として導入することにより、ペレット、フレークまたは粉末のかさ密度と比べて高密度の組成物がもたらされる。主／第１供給原料と第２供給原料を組み合わせることにより、第１供給原料によって高容量の着色剤および添加剤を導入することが可能になる。溶融担体樹脂を含有している第２供給原料が主流からの混合物と接触すると、即座に顔料の濡れが開始される。

第２供給原料の使用により、対応する第２押出機またはメルトポンプの切換えが必要なのは樹脂を変える、または変更する場合だけであり、そのため、単に次の樹脂をパージするだけでよいため、メンテナンスおよびクリーニングの観点での有益性がもたらされる。これに基づいて、第２供給原料中の担体流の添加により、少なくとも第２供給原料用の押出機／メルトポンプのメンテナンスとクリーニングに関する時間と費用が節約される。

第２供給原料を使用することのさらなる有益性としては、活性成分が押出機内で加工され、溶融ポリマー（これは、ペレット形態よりも押出機内の自由体積を占める量が少ない）で濡れを生じさせるためのさらなる空間を有することが挙げられる。これにより、高負荷量の低かさ密度成分を加工することが可能になる。

さらに、第２供給原料の使用は、第１供給原料と並行であれ上流側であれ下流側であれ、フライトに低かさ密度成分が低温溶融メタロセンポリマーおよび分散助剤（粉末成分に早期に濡れを生じさせ、密度を付与する）とともに充満し、そのため、溶融樹脂がその最も高密度な状態で導入されると、部分充満状態（例えば１／４または１／２）、例えば従来のマスターバッチの押出し法のものとは対照的に押出機のフライトがマスターバッチで充満状態になることにより、押出機によってもたらされ得る作業の効率が高まる。フライトの充満によって押出機内の作業と圧力が高まり、これにより分散速度および高処理速度が助長される。それに応じて、第２供給原料を使用することの別の利点は、樹脂を溶融させる必要がなく充満状態のフライトの利用効率が上がるため、押出し時間の長さを短くできることである。第２供給原料の使用により、生産速度を犠牲にすることなく多くの有益性が可能になる。

一実施形態では、第２供給原料は、単軸スクリューまたは連続ミキサーによって操作される連続法として加工される。別の実施形態では、第２供給原料はバッチプロセスで加工される。

さらに、第２供給原料を穏やかなスクリュー構成の使用によって加工してもよく、混合は最小限であるが、マスターバッチ組成物は高負荷量で維持される。一実施形態では、第２供給原料は、穏やかなスクリュー構成、たいていはニーダーを伴う分散的スクリュー、単軸スクリュー押出機または二軸スクリュー押出機とペアリングされる。

別の実施形態では、第１供給原料と第２供給原料が第１供給口で導入され得るが、マスターバッチ配合物は少なくとも５０％の無機顔料負荷量で維持される。

例示的な実施形態において、以下に表１、２、３および４に示すように、レッド（ポリオレフィン用レッド配合物）、グリーン（ポリオレフィン用グリーン配合物）、パープル（ポリオレフィン用パープルパール配合物）およびイエロー（ポリオレフィン用イエロー配合物）の顔料を含めた一組の試験品のマスターバッチ組成物を本明細書に記載の分流法により配合し、ドライブレンド／押出し法により配合して構築した従来のマスターバッチと以下に示すようにして比較する。カラー供給原料流の成分をドライブレンドし、次いで、溶融樹脂供給原料流の上流で導入する。

本明細書に記載しているように、Ｇ２（登録商標）Ｆｏｒｍｕｌａは米国特許第７，４４２，７４２号により開発されたものであり、ここで、Ｇ２は、Ｃａｒｏｌｉｎａ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（所在地はノースカロライナ州ソールズベリー）が所有している登録商標である。

表１は、分流により形成した種々のマスターバッチ組成物のポリオレフィン用レッド配合物の顔料負荷量を示し、ここで、第２供給原料に対する第１供給原料の比は６０：４０、６５：３５、７０：３０または７５：２５（重量基準）である。第２供給原料に対する第１供給原料の比が大きくなるにつれて、顔料の負荷量も大きくなる。表１に示されるように、７５：２５分割では、Ｇ２ Ｆｏｒｍｕｌａよりもおよそ４２％高い負荷量の高かさ密度のレッド顔料がもたらされる。

表２は、分流により形成した種々のマスターバッチ組成物のポリオレフィン用グリーン配合物の顔料負荷量を示し、ここで、第２供給原料に対する第１供給原料の比は６０：４０、６５：３５、７０：３０、７５：２５または８０：２０（重量基準）である。上記の表１と同様、第２供給原料に対する第１供給原料の比が大きくなるにつれて、顔料の負荷量も大きくなる。表２に示されるように、８０：２０分割では、Ｇ２ Ｆｏｒｍｕｌａよりもおよそ４８％高い負荷量の高かさ密度のグリーン顔料がもたらされる。

例示的な実施形態において、以下に表３および４に示すように、パープル（ポリオレフィン用パープルパール配合物）およびイエロー（ポリオレフィン用イエロー配合物）の顔料を含めた一組の試験品のマスターバッチ組成物を本明細書に記載の分流法により配合し、ドライブレンド／押出し法により配合して構築した従来のマスターバッチと比較する。

表３は、分流により形成した種々のマスターバッチ組成物のポリオレフィン用パープルパール配合物の顔料負荷量を示し、ここで、第２供給原料に対する第１供給原料の比は６５：３５または８０：２０（重量基準）である。上記の表１および２と同様、第２供給原料に対する第１供給原料の比が大きくなるにつれて、顔料の負荷量も大きくなる。表３に示されるように、８０：２０分割では、Ｇ２ Ｆｏｒｍｕｌａよりもおよそ４２％高い負荷量の高かさ密度のパープル顔料がもたらされる。

８０：２０分割を含めたブレンドには、およそ１９％のスリップ剤を含むおよそ５８％の活性成分（例えば顔料およびスリップ剤）が含まれている。第１押出機の低Ｌ／Ｄのため、パープルパールには、従来のマスターバッチ用二軸スクリューで実施されたＧ２ Ｆｏｒｍｕｌａと比べて、より明るい外観および粒径のさらなる縮小がみとめられる。

表４は、分流により形成した種々のマスターバッチ組成物のポリオレフィン用イエロー配合物の顔料負荷量を示し、ここで、第２供給原料に対する第１供給原料の比は６０：４０または７０：３０（重量基準）である。上記の表１、２および３と同様、第２供給原料に対する第１供給原料の比が大きくなるにつれて、顔料の負荷量も大きくなる。表４に示されるように、７０：３０分割では、Ｇ２ Ｆｏｒｍｕｌａよりもおよそ４８％高い負荷量の高かさ密度のイエロー顔料がもたらされる。７０：３０分割を含有しているブレンドには、およそ１１％の染料に加えておよそ２７％を超える難分散性有機顔料が含まれている。

表３および４に記載した比率の各々は、灰分試験および板状試験片成形によって確認した。

マスターバッチは、任意の適合性のポリマーに導入されて加工され得る。本開示のマスターバッチ組成物は、種々の形状、例えば、シート、フィルム、チューブ、ボトル、容器、成形品および他の成形物品に形成されるポリマーの着色に使用され得ることは理解されよう。加工（する）という用語は、本明細書において、ポリマーを所望の形状の物品に変えることを示すために用いている。加工の説明に役立つ例は、押出し成形、射出成形、ブロー成形、圧縮成形およびカレンダー加工である。溶融加工可能なポリマーへのマスターバッチの添加は、当該技術分野で知られた任意の手段によって行なわれ得る。マスターバッチ自体を調製するためのものと同じ方法を使用することが可能である。マスターバッチの担体ポリマーは溶融加工可能なポリマーと同じであっても異なっていてもよいことは理解されよう。マスターバッチ組成物は、バッチ法によって導入して加工してもよく、連続法によって導入して加工してもよい。説明に役立つ一実施形態では、マスターバッチは、ゴムコンパウンド製造用のミル／シンプルニーダーで、またはバンバリーミキサーもしくは他のインターナルミキサー内で、または混合押出機内で溶融加工可能なポリマーに導入されて加工され得る。あるいはまた、マスターバッチを適切なデバイスによって押出機の供給原料セクションに計り入れてもよい。連続法は、例えば、高速ミキサー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、Ｂｕｓｓニーダー、プラネタリーロール押出機、ダブルトラフ型オープンニーダーまたは高速撹拌機で行なわれ得る。連続法が好ましい。

本発明の教示の実施形態を付随の実施形態および前述の詳細説明において説明したが、本発明の教示は、開示した実施形態だけに限定されず、本明細書に記載の教示により、数多くの再構成、修正および置き換えができることは理解されよう。

Claims (22)

1. ａ）第１供給原料中に混合物状態の着色剤を混合する工程；
   ｂ）第２供給原料中の熱可塑性担体を予備溶融させる工程；および
   ｃ）マスターバッチ組成物を形成するために、第１供給原料の前記混合物と、第２供給原料の溶融させた前記熱可塑性担体を合わせる工程
   を含む、分流法による高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法。
2. 前記混合する工程で、前記第１供給原料、前記第２供給原料またはその組合せに添加剤を含める、請求項１に記載の方法。
3. 前記混合する工程で、第１供給原料にメタロセンポリマー加工助剤を含め、前記メタロセンポリマー加工助剤がポリオレフィンである、請求項１に記載の方法。
4. 前記メタロセンポリマー加工助剤が、プロピレンモノマーを約２〜１５％のエチレンコモノマーと、メタロセン触媒の存在下で重合させることによって得られる非晶質メタロセンポリプロピレンコポリマーである、請求項１に記載の方法。
5. 前記メタロセンポリマー加工助剤が、約０．８７〜０．９３ｇ／ｃｍ³の密度、約８０〜１４５℃の滴点および約６０〜６３００ｍＰａｓの粘度を示す、請求項１に記載の方法。
6. 前記合わせる工程が、前記第２供給原料を、前記第１供給原料、前記第１供給原料の上流側、前記第１供給原料の下流側に存在するポート、またはその組合せに供給することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記合わせる工程で、前記第１供給原料、前記第２供給原料またはその組合せに添加剤を含める、請求項１に記載の方法。
8. 前記添加剤が、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、抗菌剤、表面張力低減剤、脱臭剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、可塑化剤、フィラーおよび発泡剤からなる群より選択される、請求項７に記載の方法。
9. 前記添加剤が約５〜６０重量％である、請求項７に記載の方法。
10. 前記添加剤が、約０〜１５重量％の酸化防止剤、約０〜４５重量％の光安定剤および約０〜４５重量％の紫外線吸収剤を含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記着色剤が約１５〜８０重量％であり、前記熱可塑性担体が約９〜６０重量％であり、前記メタロセンポリマーが約２〜２０重量％である、請求項１に記載の方法。
12. 前記着色剤が、有機顔料、無機顔料、単一顔料分散体、染料、被覆雲母、粉末化アルミニウム、光学的増白剤、蛍光体およびリン光体からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
13. 前記着色剤が約５〜５０重量％の有機顔料を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記着色剤が約０〜８０重量％の無機顔料を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記着色剤が、約３〜４０重量％の有機顔料と約１０〜６０重量％の無機顔料を含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記熱可塑性担体が、以下：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトンのホモポリマーおよびコポリマー、ポリスチレンコポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンターポリマー、ポリアミド、ポリカーボネートならびにその組合せのうちの少なくとも１種類から選択される、請求項１に記載の方法。
17. さらに分散パッケージを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記分散パッケージが、ワックス、金属塩、カップリング剤および界面活性剤からなる群より選択される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記分散パッケージが約２〜８重量％である、請求項１７に記載の方法。
20. さらに、以下：難燃剤、抗菌剤、表面張力低減剤、脱臭剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、可塑化剤、フィラーおよび発泡剤のうちの少なくとも１種類を含む、請求項１に記載の方法。
21. ａ）分流法により形成される請求項１に記載のマスターバッチ組成物を溶融加工可能なポリマーに導入し、供給原料ポリマー組成物を形成する工程であって、前記マスターバッチ組成物は顔料、熱可塑性担体および５％〜約６０重量％より多くの添加剤を含み、前記添加剤は、酸化防止剤、紫外線吸収剤および光安定剤からなる群より選択される、工程；ならびにｂ）前記ポリマー組成物を加工して前記マスターバッチ組成物を形成する工程を含む、高負荷量良好分散マスターバッチ組成物の作製方法。
22. 請求項１に記載の方法により形成される前記マスターバッチ組成物を用いて作製される熱可塑性物品。

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