KR20020067001A

KR20020067001A - 광택 안료와 충전체를 포함하는 플라스틱 부품

Info

Publication number: KR20020067001A
Application number: KR1020020007544A
Authority: KR
Inventors: 브렘한스-쥐르겐; 카이저맨프레트; 아우스트에밀
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2002-08-21
Also published as: CN1369517A; US7019048B2; IN221751B; JP2002275377A; EP1231237A1; IN2002KO00075A; DE10106198A1; US20020120051A1; CN1237106C

Abstract

본 발명에 따라, 주로 2차원적 형상 및 배열을 갖는 금속성 또는 강한 광-굴절 안료 입자 또는 판을 포함하는 광택 안료, 및 실질적으로 동일한 형상 및 10 내지 200㎛의 직경을 갖는 중공 또는 컴팩트 입자로 구성되는 충전체을 포함하는 플라스틱 부품이 제공된다. 이러한 유형의 성형물은 우수한 광채 효과를 제공한다.

Description

광택 안료와 충전체를 포함하는 플라스틱 부품{PLASTIC PART COMPRISING LUSTRE PIGMENTS AND FILLING BODIES}

본 발명은 광택 안료, 충전체, 및 안료, 안정제, 가소제, 충전제 및 보강물질과 같은 플라스틱 가공에 대한 통상의 보조제를 포함하는 플라스틱 부품에 관한 것이다.

"광택 안료"는 주로 2차원 형상 및 배열을 갖는 금속성 또는 강한 광 굴절 안료 입자에서 지향성 반사 때문에 광택 효과가 발생하는 안료를 의미한다. 이러한 안료는 무색, 투명성 및 높은 광 굴절 판으로 구성되는 광택 안료인 진주광 안료를 포함한다. 플라스틱에서 또는 표면 코팅에서 진주광 안료의 평행 배열로 인해, 다중 반사가 진주광으로서 알려진 부드러운 광택 효과를 유발한다. 특정 층 두께를 갖는 진주광 안료는 간섭 조건을 만족하고, 따라서 진주(무지개) 색상을 보여준다. 이로 인해 "간섭 안료"라 칭해진다. 본원에서 색조(hue)는 시인각에 의존하다. 투명 간섭 안료의 또 다른 특징은 반사된 광 및 투과된 광에서 보색을 볼 수 있다는 것이다. 또한, 반사된 광에서의 색상만을 보는 비투명 지지 물질을 갖는 간섭 안료가 있다.

마찬가지로 광택 안료는 알루미늄 판과 같은 상업적으로 이용 가능한 금속 효과 안료, 지지물질로서 실리카 판, 알루미늄 판 또는 산화 철 판을 기재로 하는 고니크로마틱(gonichromatic) 광택 안료 및 액정 안료를 포함한다.

종래기술에 있어서, 눈에 광채(glitter) 효과를 주기 위해 광택 안료는 소정의 입자 크기를 가져야 한다. 이러한 경우, 눈은 각 안료 판을 특정 입자로서 인식할 수 있다. 분해되는 구조의 콘트라스트에 의해 눈의 광 분해력이 크게 영향받기 때문에, 광채 효과가 일어나는 특정 입자 크기를 언급할 수는 없다. 그러나, 일반적으로 25㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 광택 안료가 실크에 새틴 광택을 부여한다. 약 60㎛ 이하의 입자 크기에서는 약간 구조화된 번쩍임(sheen)이 관측되지만, 이 경우에 아직 광채(glittering)이라고 일컬어지지 않는다. 광채 효과는 80 내지 100㎛의 입자 크기에서 관측된다. 그러나, 이 입자 크기는 항상 생산되는 것이 아니며, 예를들면, 층/기재 안료에 대한 기재로서 염기성 탄산 납 단일 결정 또는 BiOCl 또는 AL₂O₃판 만이 상기 차수의 크기에서 어렵게 산출될 수 있다. 운모 안료의 경우, 비교적 큰 입자의 생성에 대한 문제가 적고 이러한 유형의 안료를 또한 상업적으로 이용할 수 있다.

진주광 안료를 비롯한 공지된 광택 안료는 광택 효과를 제공하지만, 예를들면 플라스틱과 같은 시스템에서 이들의 한정된 입자 크기 때문에 광채 효과는 제공되지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 광채 효과가 일반적으로 안료 입자의 크기 때문에 광택 효과만을 제공할지라도 광채 효과를 제공하거나, 이미 이러한 효과가 나타난 안료에서 광채 효과를 보강하는 광택 안료를 사용하는 플라스틱 부품을 제공하는데 있다.

이러한 목적은 가공전에 광택 안료에 더하여 플라스틱에 실질적으로 크기가 같은 형상을 가지는 충전체(filling body)를 첨가함으로써 달성되는데, 이때 충전체의 직경은 10 내지 200㎛이다. 또한, 문헌[Taschenbuch der Kunststoff-Additive; Stabilisatoren, Hilfsstoffe, Weichmacher, Fullstoffe, Verstarkungsmittel, Farbmittel(플라스틱 첨가제, 안정제, 보조제, 가소제, 충진제, 보강 물질 및 착색제 편람)", 2nd Edition, Carl Hauser Verlag, Munich, Vienna]에 상세히 기술된 플라스틱 가공에서의 일반적인 보조제가 또한 존재할 수 있다.

따라서, 본 발명은 주로 2차원 형상 및 배열을 갖는 금속성 또는 강한 광-굴절 안료 입자 또는 판을 포함하는 광택 안료, 및 실질적으로 같은 크기의 형상과 10 내지 200㎛의 직경을 갖는 중공 또는 컴팩트 입자로 구성되는 충전체를 포함하는 플라스틱 부품에 관한 것이다.

특히, 사용되는 충전체는 중공 또는 컴팩트한 작은 투명 비이드이다. 이상적인 구형으로부터 벗어난 것도 사용 가능하지만, 충전체는 주로 본질적으로 같은 형상이어야 한다. 이것은 입자 치수가 세 공간 방향에서 거의 동일하다는 것을 의미한다. 충전체의 표면은 바람직하게는 평탄해야 한다. 예를들면 연마된 충전체에서 일어나는 거친 표면의 충전체의 경우에 있어서, 비록 거친 광택 효과가 관측된다고 할지라도, 색상은 예컨대 다소 감소된 광휘를 갖는다. 바람직한 충전체는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터의 유리 비이드 또는 중공 유리 비이드이다. 충전체 물질의 굴절율은, 착색된 매트릭스 물질의 투명도와 광택이 과도하게 부과되는 것을 피하기 위해 충전체 및 광택 안료가 결합되는 매트릭스 물질의 굴절율과 비슷한 차수이어야 한다. 그러나, 충전체의 형상 및 표면적은 매우 중요하다. 충전체를 만드는 재료는 약간 덜 중요하다.

충전체를 선택할 때의 중요한 변수는 충전체의 입자 직경이다. 이러한 입자 직경은 10 내지 200㎛이며, 바람직한 입자 직경은 15 내지 150㎛이며, 특히 20 내지 120㎛이 바람직하다. 충전체의 양은 플라스틱 부품의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5중량부, 특히 바람직하게는 0.5 내지 3중량부이다.

사용되는 광택 안료는 모두 적절하게 공지된 판-형상 안료, 예를들면 금속-효과 안료, 고니오크로마틱 광택 안료, 간섭 안료, 진주광 안료 및 액정 안료이다.

금속 효과 안료는 금속 알루미늄, 구리, 아연, 주석 및 그들의 합금, 특히 알루미늄 및 금-동 합금의 판으로 구성된다. 금속 판의 표면은 예를들면 산화 금속과 같은 전도성 층으로 부동화되거나 상기 층을 구비하고 있다. 금속 효과 안료는 엑카트 컴패니(Eckart Company)에 의해 상표명 스탠다드(Standard)^R로 시핀되고 있다.

고니오크로마틱 광택 안료는 판형의 금속 기재, 투명 비금속 기재 또는 다중 피복 산화 금속 판으로 구성된다. 알루미늄 판은 금속 기재로서 사용되며, 운모는 투명 비금속 기재로서 사용되며, 산화 철은 산화 금속 판으로서 사용된다. 이러한 광택 안료는 유럽 특허 제 741 170 호, 유럽 특허 제 708 154 호 및 유럽 특허 제 753 545 호에 상세히 기재되어 있다. 이들은 또한 바스프(BASF)로부터 상표명 팔리오크롬(Paliochrom)^R및 배리오크롬(Variochrom)^R으로 시판되고 있다.

중심층으로서 광 불투명 알루미늄 층을 갖는 다층 간섭 안료는 플렉스 컴패니(FLEX COMPANY)에 의해 상표명 크로마플레아(Chromaflair)^R및 오브피(OVP)^R(광학적 가변 안료)로서 제조되고 있다. 주로 안전 프린팅에 사용되는 이러한 안료는 기본적으로 5층 구조이다. 중심광 불투명 알루미늄 층상에 중간층으로서의 불화 마그네슘 층 및 외부 층으로서의 반-투명 크롬 층이 양 면에 부착된다. 이 안료는 미국 특허 제 4,434,010 호에 기술되어 있다.

투명 지지 물질을 갖는 간섭 안료는 진주광 안료로서 공지되어 있다. 판 형상의 투명 지지 물질은 운모, 다른 피로실리케이트(예, 활석 또는 카올린), 유리 플레이크, SiO₂플레이크, TiO₂플레이크 또는 Al₂O₃플레이크일 수 있다. 이러한지지 물질은 하나이상의 산화 금속 층으로 피복된다. 본원에 사용된 산화 금속은 무색 고 굴절율 산화 금속(예, 이산화 티탄 또는 산화 지르코늄), 무색 저굴절율 산화 금속(예, 이산화 실리콘 또는 산화 알루미늄) 및 유색 산화 금속(예, 산화 크롬, 산화 코발트, 특히 산화 철)이다. 이러한 판형 진주광 안료는 공지되어 있거나 대부분 시판되고 있다. 진주광 안료는 독일 특허 제 31 37 808 호, 제 31 37 809 호, 제 31 51 343 호, 제 31 51 354 호, 제 31 51 355 호, 32 11 602 호 및 32 35 017 호에 기술되어 있다. 이러한 안료는 메르크 카가아(Merck KGaA)로부터 상표명 이리오딘(Iriodin)^R, 칼라스트림(Colorstream)^R및 실랄릭(Xirallic)^R로서 시판되고 있다.

액정 안료는 액정 중합체를 기재로 하는 간섭 안료이다. 각 안료 입자는 액정 중합체의 가교 박막의 단편이다. 달성될 수 있는 색상 효과는 액정 형태의 분자의 규칙적 구조 및 균일 배열, 및 여기에 작용하는 안료에 의해 반사된 특정 스펙트럼 광 단편의 간섭에 의거한다. 다른 광 단편은 안료를 통해 지나간다. 액정 간섭 안료는 미국 특허 제 5,807,497 호 및 미국 특허 제 5,824,733 호에 기술되어 있다. 이것들은 웨커-케미 게엠베하(Wacker-Chemie GmbH)로부터 상표명 헬리콘(HELICONE)^RHC로 시판되고 있다.

본 발명에 따라 사용된 비광채성 광택 안료의 입자 직경은 2 내지 80㎛이다. 안료는 개별적으로 또는 안료 혼합물 형태로 사용될 수 있다. 안료 및 충전체는 예를들면 플라스틱 그래뉼과 같은 매트릭스 물질에 혼합물 형태로 또는 개별 성분으로서 첨가될 수 있다. 두 성분의 첨가 순서는 중요하지 않다.

광택 안료는 일반적으로 0.5 내지 2중량%의 농도로 플라스틱에 사용된다. 필름 또는 박층에서 매우 높은 농도가 또한 필요하다. 필요로 하는 안료 농도에 대한 중요한 요소는 항상 바라는 효과이다.

광택 안료에 충전체를 첨가하면 광택 안료는 표면에 평행한 이상적인 배열로부터 다소간 벗어난다. 안료 서로간의 변화는 시각적으로 개별적 입자를 실제적인 입자 직경보다 더 큰 입자 직경을 갖는 것으로 보이게 한다. 시각적인 현상은 서로 간에 변화가 있는 안료 입자의 표면을 외형적으로 거칠게 하여 큰 입자 크기를 갖는 광택 안료로 달성할 수 있는 광채 효과보다 훨씬 더 큰 시인각 범위에서 볼 수 있는 광채 효과를 초래한다.

또한, 80㎛이상의 안료의 효과는 또한 영향 받는다. 즉, 상기 효과는 보강된다. 입자 크기 때문에 광채 효과를 이미 보여준 광택 안료의 경우에는 광채 효과가 보강되고 유사하게 더 큰 시인각 범위에서 볼 수 있다.

메르크 카가아에 의해 제조된 상표명 "칼러스트림(Colorstream)^R"하에 시판되고 있는 간섭 안료를 강하게 변화시키면서 충전체를 사용하면 색상 변화(플로프;flop)의 각도 의존성이 감소한다. 한 색상으로부터 다른 색상으로의 변화가 더 유연하다. 즉 색상 변화가 더 큰 범위내의 각도 범위를 갖는다.

플라스틱 부품에서 충전체의 사용은, 적절하다면, 유동선 및 용접선의 가시성을 점차적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 부품으로서 공지된 투명 플라스틱, 특히 열가소성 플라스틱을 사용할 수 있다. 적합한 플라스틱은 예를들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트(ASA), 폴리카보네이트, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤 및 이들의 공중합체 및/또는 혼합물이다. 또한, 불포화 폴리에스테르 및 메틸 메타크릴레이트 캐스팅 수지와 같은 캐스팅 수지를 사용할 수 있다. 성분들은 통상의 방식에 따라 기본 물질에 결합된다. 소위 직접 착색화의 경우에, 플라스틱 그래뉼을 표면에서 커플링제(예, 디이소옥틸 프탈레이트)으로 균일하게 습윤시키고, 광택 안료 및 충전체를 첨가하고 플라스틱 그래뉼의 표면에 균일하게 혼합에 의해 분포시킨다. 다음, 혼합물을 사출 성형 기계상에서 직접적으로 처리한다. 수득된 성형물은 매우 균일한 광택 안료 분포를 나타낸다.

직접 착색화는 실험실에서 바람직하게 사용되는 공정이다. 이러한 생성에서 마스터배치가 사용된다. 용어 "마스터배치"는, 안료가 최종 생성물에서보다 매우 높은 농도를 가지며 출발 물질과 부합성인 매트릭스에서 완전히 분산된 형태인 안료 제제에 적용된다. 광택 안료를 플라스틱에 결합하는 방법은 문헌["Perlglanzpigmente(진주광 안료)", Dr. Ulrich Zorll 출판, Curt R. Vincentz Verlag, Hanover 1996]에 상세히 기술되어 있다.

광택 안료 및 충전체는 캐스트 공정 전에 교반에 의해 불포화 플라스틱에 결합한다.

하기 실시예는 어더한 제한없이 본 발명을 설명하는 것이다. 광택 안료에 관한 제형 데이터는 중량부로 표시된다.

실시예

실시예 1

DSM으로부터의 상표명 스태밀란(Stamylan)^RPPH 10으로 시판되고 있는 PP 그래뉼 978g을 텀블(tumble) 혼합기로 표면상에서 디이소옥틸 프탈레이트 2g으로 습윤시킨 후 잘 혼합하였다. 독일 연방 다름스타트 소재의 이. 메르크(E. Merck)(이리오딘 123 새틴)로부터의 5 내지 25㎛의 입자 크기를 갖는 TiO₂-피복 운모 안료 10g 및 충전체 10g을 계속 첨가하고 혼합에 의해 플라스틱 그래뉼의 표면상에 균일하게 분포시켰다. 충전체는 3M 컴패니(미국)로부터 상표명 스카치라이트(Scotchlite)^RK37로 시판되고 있는 20 내지 80㎛의 직경을 갖는 중공 유리 비이드이다. 이러한 방식으로 착색된 플라스틱 그래뉼을 사출-성형 기계에 의해 사출 성형하여 성형물로 전환시켰다. 비교실시예와 비교할 때, 최종 성형물은 사용된 진주광 안료의 입자 크기에 따라 통상의 외관에 대응하지 않는 매우 크게 거친 구조의 진주 광택을 보여준다. 이러한 크게 거친 구조화 진주 광택은 광채 효과를 보여주었다. 광택 효과의 각도 의존성은 비교실시예에서 보다 적었다. 성형물에서 진주광 안료 및 충전체의 중량 비는 각 경우에 1이었다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 성분들이 사용되지만, 스카치라이트^RK37 중공 유리 비이드가 3M 컴패니(미국)로부터의 스카치라이트^RK1 중공 유리 비이드로 치환되었다. 이러한 충전체의 입자 직경은 필수적으로 30 내지 110㎛이었다. 관측된 광채 효과는 실시예 1에서의 광채 효과와 시각적으로 상응하였다.

실시예 3

실시예 1에서와 같이, PP 그래뉼 978g(스태밀란^RPPH 10 그래뉼)을 텀블(tumble) 혼합기로 표면상에서 디이소옥틸 프탈레이트 2g으로 습윤시킨 후 잘 혼합하였다. Al₂O₃기재 및 TiO₂피복물로 구성되는 은-색상 진주광 안료 10g 및 충전체 10g(3M 컴패니(미국)로부터의 스카치라이트^RK37 중공 유리 비이드)를 첨가하고 혼합에 의해 플라스틱 표면상에 균일하게 분포시켰다. 기재로서 Al₂O₃를 갖는 안료는 메르크 카가아로부터 상표명 실라릭^R로 시판되는 것을 이용할 수 있다. 이러한 방식으로 착색된 플라스틱 그래뉼을 사출-성형 기계에 의해 사출 성형하여 성형물로 전환시켰다. 마찬가지로 개별 성형물은 입자 크기 때문에 사용된 안료에서 기대되었던 것 보다 더욱 거친 구조의 진주 광택을 보여준다. 이러한 진주 광택은 시각적으로 광채 효과를 나타낸다.

실시예 4

PP 그래뉼 983g(스태밀란^RPPH 10)을 표면상에서 디이소옥틸 프탈레이트 2g으로 습윤시킨 후 잘 혼합하였다. SiO₂기재 및 Fe₂O₃피복물로 구성되는 가변 진주 광택 안료 5g 및 3M 컴패니(미국)로부터의 스카치라이트^RK37 중공 유리 비이드 5g을 첨가하고 혼합에 의해 플라스틱 그래뉼 표면상에 균일하게 분포시켰다. 진주광 안료는 메르크 카가아(독일 연방 공화국 다름스타크)로부터 상표명 칼라스트림^R으로 시판되는 것을 이용할 수 있다. 플라스틱 부품에서 진주광 안료 및 충전체의 중량비는 각 경우에 0.5이었다. 착색된 플라스틱 그래뉼을 사출-성형 기계에 의해 사출 성형하여 성형물로 전환시켰다. 마찬가지로, 수득된 사출 성형물은 입자 크기에 의거하여 상기 안료에서 기대되었던 것 보다 더욱 거친 구조의 진주 광택을 보여준다. 청-적색으로부터 녹색으로의 색상 변화는 더욱 부드러웠으며, 색상 플로프는 충전체 없는 안료를 사용하는 경우에서보다 더욱 넓은 시인각 범위를 초래하였다.

비교실시예

PP 그래뉼 988g(네덜란드의 DSM으로부터의 상표명 스태밀란^RPPH 10)을 표면상에서 텀블 혼합기로 디이소옥틸 프탈레이트 2g으로 습윤시키고 잘 혼합하였다. 5 내지 25㎛의 입자 크기를 갖는 TiO₂-피복 운모 안료를 기재로 하는 광택 안료 10g(독일 연방 공화국의 다름스타트의 메르크 카가아로부터의 시판용 제품 이리오딘^R123 글란즈새틴(Glanzsatin))을 첨가하고 혼합에 의해 그래뉼 표면상에 균일하게 분포시켰다. 이러한 진주광 안료를 사출-성형 기계에 의해 성형물로 전환시켰다. 광택 안료는 최종 성형물에서 1중량비이었다. 최종 성형물은 입자 크기에 따라 우수하지만 크게 구조화되지 않은 진주광택을 보여주었다.

본 발명에 따른 플라스틱 부품은 사용된 광택 안료의 입자 크기 때문에 더욱 큰 광채 효과가 나타나거나 또한 안료에서의 광채 효과를 보강시키는 결과를 제공한다.

Claims

주로 2차원적 형상 및 배열을 갖는 금속성 또는 강한 광-굴절 안료 입자 또는 판을 포함하는 광택 안료, 및 실질적으로 동일한 형상 및 10 내지 200㎛의 직경을 갖는 중공 또는 컴팩트 입자로 구성되는 충전체을 포함하는 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

충전체의 직경이 15 내지 150㎛인 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

충전체의 직경이 20 내지 120㎛인 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

운모를 기재로 하는 진주광 안료 및 산화 금속, 특히 이산화 티탄 및/또는 산화 철로 피복된 금속 안료 및/또는 다중 피복 산화 철 판을 기재로 하는 고니오크로마틱 광택 안료로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광택 안료를 포함하는 플라스틱 부품.
제 4 항에 있어서,

이산화 티탄 운모 안료, SiO₂상에 적층된 TiO₂- 및/또는 Fe₂O₃-함유 진주광 안료 및 Al₂O₃상에 적층된 TiO₂-함유 은-착색 진주광 안료를 기재로 하는 광택 안료를 포함하는 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

충전체의 중량비는 총 플라스틱 부품 중량의 0.2 내지 10%인 플라스틱 부품.
제 6 항에 있어서,

충전체의 중량비는 총 플라스틱 부품 중량의 0.5 내지 5%인 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

충전체는 20 내지 110㎛의 직경을 갖는 유리 또는 중공 유리 비이드 형상인 플라스틱 부품.
제 1 항에 있어서,

충전체는 20 내지 80㎛의 직경을 갖는 중공 유리 비이드 형상인 플라스틱 부품.