KR20090036514A - 플라스틱 용품의 착색 방법 - Google Patents

플라스틱 용품의 착색 방법 Download PDF

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로버트 에이. 필레스
릭 엘. 아치
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바이엘 머티리얼싸이언스 엘엘씨
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Abstract

플라스틱 용품의 착색 방법을 제공한다. 방법은 (a) 열경화성 또는 열가소성 중합체를 포함하는 플라스틱 용품을 제공하고; (b) 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부를 1종 이상의 염료 및 물을 포함하는 처리 조성물과 접촉시키고; (c) 상기 플라스틱 용품의 상기 일부를 적어도 착색된 플라스틱 용품을 형성하기에 충분한 시간 동안 상기 처리 조성물과 접촉하여 유지하고; (d) 상기 착색된 플라스틱 용품을 상기 처리 조성물과의 접촉으로부터 제거하고; (e) 상기 착색된 플라스틱 용품을 물로 세정하여 잉여 염료를 제거하는 단계를 포함한다. 방법은 유기 용매 없이, 고정(fixing) 또는 추가 가공 단계 필요 없이 수행된다.
착색 방법, 플라스틱 용품, 처리 조성물, 염료

Description

플라스틱 용품의 착색 방법{METHOD OF TINTING A PLASTIC ARTICLE}
본 발명은 유기 용매를 사용하지 않으면서 플라스틱 용품을 착색(tinting)하는 방법에 관한 것이다. 플라스틱 용품, 예컨대 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리카르보네이트의 성형품을 1종 이상의 염료 및 물을 함유하는 처리 조성물과 접촉시킨다.
착색된 플라스틱 용품은 안료 및/또는 염료를 용품을 제조하는 중합체성 재료에 직접 혼입함으로써 (예를 들어, 컴파운딩을 이용함으로써) 제조할 수 있다. 이러한 직접 혼입 방법은 실질적으로 성형품 전체에 착색제를 분산시킨다. 직접 혼입 방법은 선글라스 렌즈의 경우에서와 같이 단지 가벼운 채색 또는 착색된 (예를 들어, 불투명하지 않게) 성형품의 제조에 별로 적합하지 않다. 통상적으로 가벼운 채색 또는 착색된 플라스틱 용품을 제조하는데 필요한 소량의 착색제를 직접 혼입 방법을 사용하여 적당하고 충분하게 분산시키는 것은 어렵다.
염료 및 수지의 마스터 배치를 사용하면 컴파운딩 및/또는 압출 공정 동안 혼입되는 염료의 양을 보다 잘 제어할 수 있지만, 마스터배치의 제조는 추가 단계를 필요로 한다. 또한, 마스터배치의 수지는 적어도 2개의 열 순환(하나는 마스터 배치의 제조 동안이고, 다른 하나는 염색된 성형품의 제조 동안임)에 노출될 것이고, 이는 물리적 특성을 저하시키고 열 황변 현상으로 인해 의도된 것과는 색상이 상이한 최종 성형품을 생성할 수 있다.
유기 용매의 사용에 관련되는 환경적 관점에서, 보다 최근에는 수성 염료 조성물을 사용하는 염색 방법을 개발하는 것이 강조되고 있다. 또한, 유기 용매의 사용은 최종 생성물에서 악취 문제를 유발하므로, 용매를 제거하기 위해 베이킹(baking)하는 추가 가공 단계를 필요로 할 수 있다.
임의의 유기 용매 또는 그의 성분을 최소화하거나 또는 제거하면서 충분한 착색성을 제공하는 수성 염료 조성물을 사용하는 플라스틱 제품을 염색하는 새로운 방법을 개발하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면,
(a) 열경화성 또는 열가소성 중합체를 포함하되 디에틸렌글리콜 비스 알릴카르보네이트로부터 제조된 중합체를 포함하지 않는 플라스틱 용품을 제공하고,
(b) 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부를 1종 이상의 염료 및 물을 포함하는 처리 조성물과 접촉시키고,
(c) 상기 플라스틱 용품의 상기 일부를 적어도 착색된 플라스틱 용품을 형성하는데 충분한 시간 동안 상기 처리 조성물과 접촉하여 유지하고;
(d) 상기 착색된 플라스틱 용품을 상기 처리 조성물과의 접촉으로부터 제거하고;
(e) 상기 착색된 플라스틱 용품을 물로 세정하여 잉여 염료를 제거하는 것
을 포함하며, 처리 조성물이 유기 용매가 없는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 용품의 착색 방법을 제공한다. 본 발명의 이점은 고정(fixing) 또는 추가 가공 단계에 대한 필요 없이 수행될 수 있다는 점이다.
추가 양태에서, 본 발명은 염료 작업이 완료된 후 염료 분리 방법을 추가로 포함하며, 상기 분리 방법은
(i) 처리 조성물을 입상 활성 탄소와 접촉시켜 처리 조성물과 입상 활성 탄소의 혼합물을 형성하고,
(ii) 물을 포함하는 염료 무함유 액체를 혼합물로부터 단리시키고,
(iii) 1종 이상의 염료를 염료 무함유 액체에 첨가하여 추가 처리 조성물을 형성하는 추가 단계들을 포함한다. 이러한 추가 가공은, 예컨대 환경적 이유로, 처리 조성물의 재활용이 바람직한 경우 유용하다. 또한, 처리된 물은, 예를 들어 물을 수처리 설비에서 처리하기 위해 배출구로 보냄으로써 폐기하는 것도 가능하다.
실시예 또는 달리 지시되는 경우 이외에, 명세서 및 청구항에서 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에서 "약"이라는 용어에 의해서 수식된 것으로 이해되어야 한다. 모든 범위는 그 안에 포섭된 임의의 하부 범위를 포함한다.
일 양태에서, 본 발명은
(a) 열경화성 또는 열가소성 중합체를 포함하되 디에틸렌글리콜 비스 알릴카르보네이트로부터 제조된 중합체를 포함하지 않는 플라스틱 용품을 제공하고,
(b) 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부를 1종 이상의 염료 및 물을 포함하는 처리 조성물과 접촉시키고,
(c) 상기 플라스틱 용품의 상기 일부를 적어도 착색된 플라스틱 용품을 형성 하기에 충분한 시간 동안 상기 처리 조성물과 접촉하여 유지하고,
(d) 상기 착색된 플라스틱 용품을 상기 처리 조성물과의 접촉으로부터 제거하고,
(e) 상기 착색된 플라스틱 용품을 물로 세정하여 잉여 염료를 제거하는 단계를 포함하며, 처리 조성물은 유기 용매가 없는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 용품의 착색 방법을 제공한다.
본원에서 사용된, "유기 용매"라는 용어는 탄소, 수소 및 임의로는 산소를 함유하며, 통상적으로는 25℃에서 액체이거나 또는 100℃ 이하의 온도로 상승시킴으로써 액체로 쉽게 전환되는 임의의 물질을 나타낸다.
본원에서 사용된 "고정"이라는 용어는 착색된 용품에서 색상의 손실을 방지하거나 또는 감소시키는 공정 단계 또는 화합물의 첨가를 나타낸다.
처리 조성물은 염료 및 물을 포함한다. 추가 실시양태에서, 처리 조성물은 염료와 물을 주성분으로 한다. 여기서, 염료의 용품에의 투과를 향상시키는데 사용되는 임의의 화합물, 예컨대 용매는 필요하지 않고 조성물로부터 배제된다.
따라서, 염료는 수용성이다. 바람직하게는, 염료는 액체 염료이다. 가장 바람직하게는, 염료는 미국 특허 제4,284,729호, 동 제4,460,690호, 동 제4,732,570호 및 동 제4,812,141호에 기술된 바와 같이 알킬렌옥시-치환 발색단이다.
통상적으로 염료는 0.001 중량％ 내지 15 중량％ 이하, 보다 통상적으로 0.005 중량％ 내지 5 중량％ 이하, 더 통상적으로는 0.01 중량％ 내지 1 중량％ 이 하, 더욱 더 통상적으로는 0.01 중량％ 내지 0.5 중량％ 이하의 양으로 처리 조성물에 존재한다. 염료는 이들 상한 및 하한값 중 임의의 조합 사이의 범위(상한 및 하한 값 포함)의 양으로 욕(bath)에 존재할 수 있고, 중량％는 각 경우에 처리 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
물은 통상적으로 85 중량％, 95 중량％ 및 99.999 중량％의 양으로 처리 조성물에 존재하고, 중량％는 각 경우에 처리 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 사용되는 물은 바람직하게는 통상적으로 탈이온화 공정 또는 증류를 통해 얻는 광물 무함유 물이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 처리 조성물은 처리 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 내지 0.5 중량％의 상기 염료 및 99.5 내지 99.999 중량％의 물을 함유한다.
본 발명의 실시양태에서, 처리 조성물은 계면활성제(또는 유화제)를 더 포함한다. 본 발명의 적합한 계면활성제는 물에 넣을 경우 쉽게 분산가능하고, 종종 이들의 교반시 우유빛 에멀젼을 형성한다. 적합한 계면활성제는 예를 들어 음이온성 계면활성제, 양쪽이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제, 예컨대 폴리(C2-C4 알콕실화) C14-C18 불포화 지방산, 폴리(C2-C3 알콕실화) 페놀 및 폴리(C2-C4 알콕실화) C1-C9 알킬 치환 페놀을 포함한다. 또한, 계면활성제의 조합물을 사용할 수도 있다.
적합한 음이온성 계면활성제는 예를 들어, 카르복실산, 술팜산 또는 인산의 아민염 또는 알칼리염, 예컨대 나트륨 라우릴 술페이트, 암모늄 라우릴 술페이트, 리그노술폰산염, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 나트륨 염 및 아민의 산염, 예컨대 라우릴아민 히드로클로라이드 또는 폴리(옥시-1,2-에탄디일),알파.-술포-오메가-히드록시 에테르와 페놀 1-(메틸페놀)에틸 유도체 암모늄 염을 포함한다.
적합한 양쪽이온성 계면활성제는 예를 들어, 라우릴 술포베타인, 디히드록시 에틸알킬 베타인, 코코넛산을 기재로 한 아미도 베타인, 디나트륨 N-라우릴 아미노 프로피오네이트, 또는 디카르복실산 코코넛 유도체의 나트륨 염을 포함한다.
폴리(C2-C4 알콕실화) C14-C18 불포화 지방산의 예는 에톡실화, 프로폭실화 및/또는 부톡실화 테트라데세닐 카르복실산을 포함한다. 폴리(C2-C4 알콕실화) 페놀의 예는 에톡실화, 프로폭실화 및/또는 부톡실화 페놀을 포함한다. 폴리(C2-C4 알콕실화) C1-C9 알킬 치환 페놀의 예는 옥틸페녹시폴리에틸렌옥시에탄올 및 폴리(옥시-1,2-에탄디일), 알파-페닐-오메가-히드록시, 스티렌화를 포함한다. 글리콜, 예컨대 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 트리에틸렌 글리콜은 계면활성제로서 사용될 수 있다. 또한 계면활성제로서 벤질 알코올이 적합하다.
임의의 계면활성제(에멀젼화제)는 15 중량％ 이하의 양으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 존재한다면, 계면활성제는 처리 조성물의 중량을 기준으로 0.5 내지 15 중량％, 보다 바람직하게는 1 내지 4 중량％의 양으로 처리 조성물에 존재한다.
처리 조성물은 임의로 UV 안정화제, 광학 증백제, 이형제, 대전 방지제, 열 안정화제, IR 흡수제 및 살균제(물질 또는 화합물) 중 하나 이상으로부터 선택된 성능 향상 첨가제를 더 포함할 수 있다. 어떤 첨가제가 상기 용매의 정의에 포함될 수 있는 경우에 한해서는, 어느 첨가제도 플라스틱 용품의 착색에 필요하지 않음을 주목해야 한다.
일 실시양태에서, 플라스틱 용품은 안료, 가교된 폴리메틸-메타크릴레이트 미소구(microshere), 유리 미소구 및 금속 파편(flake) 중 하나 이상을 함유한다.
처리 조성물에서 이들 임의의 성능 향상 첨가제 중 하나 이상의 혼입은 염색된 플라스틱 용품의 물리적 성능/특성을 향상시키는 역할을 한다. 염료 이외에, 임의적인 첨가제도 또한 플라스틱 용품이 처리 조성물에 침지된 동안 플라스틱 용품의 벌크로 확산, 침투 또는 다르게 흡수된다. 예를 들어, 처리 조성물에 UV 안정화제를 포함하는 것은 향상된 UV 저항성을 갖는 염색된 플라스틱 용품을 생성한다. 이형제는 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이 플라스틱 용품이 열가소성 펠렛 및/또는 열가소성 스트랜드(strand)로부터 선택되고, 이후에 그로부터 성형품이 제조되는 경우 처리 조성물에 보다 유리하게 포함될 것이다. 임의의 성능 향상 첨가제는 열가소성 및 열경화성 성형 플라스틱 용품에서 사용하는 것으로 공지된 것들로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 처리 조성물에서 사용될 수 있는 UV(자외선) 안정화제(또는 흡수제)의 부류는 살리실산 UV 흡수제, 벤조페논 UV 흡수제, 벤조트리아졸 UV 흡수제, 시아노아크릴레이트 UV 흡수제, 및 이들의 혼합물을 포함하되, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 UV 안정화제의 추가 부류는 1종 이상의 폴리(옥시알킬렌) 사슬로 개질된 것들을 포함한다. 상기 폴리(옥시알킬렌) 사슬로 개질된 UV 안정화제는 플라스틱 용품으로 흡수(또는 분산)되면 낮은 이동 특성을 갖는 것을 특징으로 한다(예를 들어, 이것은 이것이 이미 착색된 플라스틱 용품으로부터 제2의 무색 플라스틱 용품으로 이동하여 제2의 용품의 착색을 유발하지 않음). 폴리(옥시알킬렌) 사슬은 C2-C20 알킬렌 옥시드(예를 들어, 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및 부틸렌 옥시드)의 반응으로부터 형성된 단일중합체, 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 폴리(옥시알킬렌)기는 히드록실기, C1-C20 알킬 에테르기, 또는 C1-C20 에스테르기로 종결될 수 있다. 폴리(옥시알킬렌) 사슬로 개질된 UV 안정화제는 예를 들어, 미국 특허 제6,602,447 B2호에 보다 자세하게 기술되어 있다.
본 발명의 방법의 처리 조성물에 포함될 수 있는 광학 증백제는 통상적으로 450 nm 이하의 광 파장을 흡수하고 보다 높은 파장, 예컨대 550 nm 이하, 바람직하게는 525 nm 이하의 광을 방출한다. 방출된 광은 가시광 스펙트럼의 청색 영역(예를 들어, 방출된 광은 약 400 nm 이상, 약 525 nm 이하임)에 있는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 방출된 광은 약 500 nm 이하이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 광학 증백제의 부류는 벤조옥사졸 유도체 및 스틸벤 유도체를 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 상업적으로 시판 중인 벤즈옥사졸 유도체의 예는 2,2'-(2,5-티오펜디일)비스[5-tert-부틸벤즈옥사졸] (시바사(Ciba)로부터의 우비텍스(Uvitex)® OB로서 상업적으로 시 판 중임), 벤즈옥사졸 유도체, 예컨대 블랭크포르(Blankophor)® KLA(미국 펜실베니아주 피츠버그의 바이엘사(Bayer)), 호스탈룩스(Hostalux)® KCB (스위스 무텐츠의 클라리안트사(Clariant)), 및 호스탈룩스® KCU(클라리안트사)를 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 상업적으로 시판 중인 스틸벤 유도체의 예는 4,4'-비스(2-벤즈옥사졸릴)스틸벤(미국 테네시주 킹스포트의 이스트만사(Eastman)로부터 상업적으로 시판 중인 이스토브라이트(Eastobrite)® OB-1)이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 광학 증백제의 추가 부류는 4,4'-디이미노스틸벤-2-2'-디술폰산; 코우마린 유도체(예를 들어, 4-메틸-7-디에틸아미노코우마린) 및 비스(스티릴)비페놀을 포함하되, 이에 제한되지 않는다.
처리 조성물에 포함될 수 있는 이형제의 부류는 지방산계 이형제, 지방산 아미드계 이형제, 알코올계 이형제, 지방산 에스테르계 이형제, 실리콘계 이형제 및 이들의 혼합물 또는 조합물을 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 지방산계 이형제는 예를 들어 스테아르산 및 히드록시스테아르산을 포함한다. 사용될 수 있는 지방산 아미드계 이형제는 예를 들어 스테아르산 아미드, 에틸렌비스스테아로아미드 및 알킬렌비스지방산 아미드를 포함한다. 본 발명의 방법의 처리 조성물에 포함될 수 있는 대전 방지제는 비이온성 대전방지제, 예컨대 플루오로카본기를 함유하는 것들, 및 실리콘 오일, 예컨대 바이실론(BAYSILONE) O1 A(독일 바이엘 아게사(Bayer AG)로부터 상업적으로 시판 중임)를 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 대전 방지제의 추가 예는 디스테아릴히드록실아민, 트리페닐 아민, 트리-n-옥틸포스핀 옥시드, 트리페닐 포스핀 옥시드, 피리딘 N-옥시드 및 에톡실화 소르비탄 모노라우레이트를 포함한다.
본 발명의 방법의 처리 조성물에 포함될 수 있는 열(또는 열저항) 안정화제의 부류는 페놀 안정화제, 유기 티오에테르 안정화제, 유기 포스피드 안정화제, 입체장애 아민 안정화제, 에폭시 안정화제 및 이들의 혼합물을 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 열 안정화제의 특정예는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, o-t-부틸-p-크레졸, 테트라키스-(메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페놀)프로피오네이트)메탄, β-나프틸아민, p-페닐렌디아민, 및 상표명 이르가녹스(IRGANOX) 1035 열 안정화제 하에 시바 스페샬티 케미칼사(Ciba Specialty Chemical)로부터 상업적으로 시판 중인 티오디에틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸)-4-히드록시히드로신나메이트를 포함하되, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 적외선(IR) 흡수제는 IR 영역의 스펙트럼에서 흡수하는 염료를 포함한다. 상업적으로 시판 중인 IR 흡수제의 예는 미국 플로리다주 레이크랜드의 글렌데일 프로텍티브 테크놀로지사(Glendale Protective Technologies, Inc.)로부터 시판 중인 사이아소브(CYASORB) IR-99, IR-126 및 IR-165를 포함한다.
본 발명의 방법의 처리 조성물에 포함될 수 있는 살균제는 예를 들어, 병원성 미생물에 대해 살균 활성을 갖는 물질을 포함한다. 청구항 및 본원에서 사용된 "살균제"라는 용어는 또한 살균 물질, 소독 물질 및 항균 물질을 포함한다. 추가 로, 살균제는 또한 예비 활성화된 형태, 예를 들어 촉발 사건의 발생, 예컨대 예비활성화된 물질 상에 병원균의 활동이 있을 때까지 살균성으로 활성이 되지 않는 형태로 사용될 수 있다.
처리 조성물에서 포함될 수 있는 살균제의 예는 퀴놀론, 예컨대 날리딕스산, 피페미드산, 신옥사신, 시프로플록사신, 노르플록사신, 오플록사신, 페플록사신 및 에녹사신; 아미노글리코시드, 예컨대 겐타미신, 카나미신, 아미카신, 시소미신, 토브라미신 및 네틸미신, 마크롤리드, 예컨대 에리트로미신, 클리트로미신 및 아지트로미신, 폴리펩티드, 예컨대 바시트라신, 무피로신, 티로트리신, 글라미시딘, 및 티로시딘, 린코미신, 예컨대 리코미신 및 클린다미신; 및 항마이코박테리아 제제, 예컨대 리팜피신 및 푸시드산을 포함하되, 이에 제한되지 않는다. 처리 조성물에 사용될 수 있는 살균제의 추가 예는 10,10'-옥시비스-페녹시 아르신; 2-n-옥틸-4-이소티아졸린-3-온; 2,4,4'-트리클로로-2'-히드록시디페닐 에테르(또한, 5-클로로-2-(2,4-디클로로페녹시)페놀로 불리우며, 통상적으로 트리클로산(Triclosan)으로서 불리움), N-부틸-1,2-벤즈이소티아졸린-3-온, 및 N-(트리클로로메틸티오)프탈아미드를 포함한다.
사용될 경우, 성능 향상 첨가제는 통상적으로 처리 조성물의 전체 중량을 기준으로 15 내지 0.001％, 5 내지 0.2％ 및 2 내지 0.05％의 총량으로 처리 조성물에 존재한다.
추가 첨가제는 예컨대 이형제, 충전제, UV 안정화제, 가수분해 안정화제 및 열 안정화제, 섬유 또는 파편 형태의 강화제(예를 들어, 금속 파편, 예컨대 알루미 늄 파편), 방염제, 안료, 및 불투명화제, 예컨대 이산화티탄, 광 확산제, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌, 산화아연, 롬 앤 하스사(Rohm and Haas)로부터 시판 중인 파라로이드(Paraloid) EXL-5136 및 가교된 폴리메틸메타크릴레이트 미소구(예컨대, 나가세 아메리카사(Nagase America)로부터의 n-리크로스피어)를 플라스틱 용품에 컴파운딩할 수 있다.
본 발명의 방법은 플라스틱 용품을 염색하는 것을 포함한다. 플라스틱 용품은 이들 용어가 당업계에서 이해되는 바와 같이 열가소성 및/또는 열경화성 중합체로부터 선택된 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체는 예를 들어 열가소성 및 열경화성 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리에스테르 폴리카르보네이트 공중합체 및 블렌드, 폴리에틸렌 글리콜(PETG), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 나일론, 폴리비닐알코올, 및 가소화된 폴리비닐클로라이드를 포함한다. 임의의 이들 중합체의 혼합물도 또한 사용될 수 있다. 디에틸렌글리콜 비스 알릴카르보네이트로부터 제조된 중합체는 본 발명의 방법으로부터 특히 배제된다.
플라스틱 용품은 당업계에 인지된 방법으로 제조된 성형 플라스틱 용품일 수 있다. 성형 방법은 예를 들어, 압축 성형, 사출 성형, 회전 성형, 압출, 사출 및 압출 취입 성형, 및 캐스팅을 포함한다. 성형된 플라스틱 용품은 형성품, 필름(예를 들어, 두께가 30 mil(762 ㎛) 미만임), 및 시트 (예를 들어, 두께가 30 mil(762 ㎛) 이상임)로부터 선택될 수 있다. 성형된 용품의 예는 광학 렌즈, 안과 렌즈, 선글라스 렌즈, 안면 보호대 및 창유리(glazing) (예를 들어, 이동 차량, 예컨대 차, 트럭 및 비행기의 창, 및 가정용 빌딩 및 상업용 빌딩의 창)를 포함한다. 성형된 플라스틱 용품의 추가 예는 컴퓨터 화면, 키보드, 베즐(bezel) 및 휴대전화, 모든 종류의 색구분 패키징(color coded packaging), 가정용 및 상업용 조명 기구 및 이의 부품, 건물 및 건설에서 사용되는 시트, 접시, 컵 및 식사도구를 비롯한 식탁용 식기류, 소형 전기제품 및 이의 부품, 및 필름 삽입 성형에 사용하기 위한 필름을 비롯한 장식용 필름을 포함한다. 플라스틱 용품은 또한 임의의 유형의 스포츠 장비 또는 운동화 또는 운동화 부품, 예컨대 신발 밑창, 중창, 갑피, 공기주머니(bladder) 및 에너지 흡수 패드일 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 플라스틱 용품은 열가소성 펠렛 및/또는 열가소성 스트랜드(strand)로부터 선택된다. 열가소성 펠렛 및 스트랜드는 당업자에게 인지된 방법, 예컨대 압출 또는 용융 방사에 의해서 제조될 수 있다. 열가소성 펠렛 및/또는 스트랜드는 염색되고 이어서 추가로 가공될 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 염색된 열가소성 펠렛 및/또는 스트랜드를 용융시켜(예를 들어, 압출기에서) 용융된 염색 열가소성 조성물을 형성하고, 이어서 용융된 염색 열가소성 조성물을 몰드(mold)에 도입한다(예를 들어, 사출). 몰드의 내용물을 냉각시키고, 몰드를 열고, 염색된 성형된 용품을 그로부터 제거한다.
염색된 열가소성 펠렛 및/또는 스트랜드를 추가 가공하는 상기 방법은 앞서 기술된 직접 혼입 방법과 구분되며, 그보다 유리하다. 염색된 열가소성 펠렛 및/또는 스트랜드를 이용하면, 염료가 (중합체에 별도로 첨가되지 않고) 이미 열가소성 중합체 내에 존재하며, 이는 바람직하고 재현가능한 수준의 착색을 갖는 성형품 제조에 있어서 보다 우수한 제어성 및 안정성을 허용한다.
플라스틱 용품을
(I) 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부를 처리 조성물에 침지시키는 방법, 및
(II) 처리 조성물을 플라스틱 용품의 표면의 적어도 일부에 도포하는 방법
중 하나 이상의 방법에 의해서 처리 조성물과 접촉시킨다.
따라서, 본 발명의 일 양태에서, 착색되는 플라스틱 용품(예를 들어, 렌즈)을 처리 조성물에 적어도 부분적으로 침지시킨다. 염료가 플라스틱 용품에 적어도 일부 침투(확산 또는 흡수)되는 것을 용이하게 하여 염색(또는 착색)을 실현하기에 충분한 온도에서 일정 시간 동안 침지시킨다. 사용되는 시간 및 온도는 통상적으로 플라스틱 용품의 조성에 좌우된다. 열경화성 플라스틱 용품은 통상적으로 열가소성 용품보다 열에 더 저항성이다(예를 들어, 보다 높은 열 변형 온도를 갖는다). 따라서, 열경화성 플라스틱 용품은 통상적으로 열가소성 용품보다 높은 온도의 처리 조성물에서의 침지를 견딜 수 있으며, 이는 보다 빠른 착색을 가능케 한다.
추가 양태에서, 본 발명은 예컨대, 분무 도포, 커튼 도포, 플로우 코팅 및 스핀 도포를 포함하는 방법에 의해서 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부에 처리 조성물을 도포하는 것을 포함한다.
임의의 상기 도포 방법의 접촉 시간은 통상적으로 20분 미만, 바람직하게는 1초 미만 내지 5분, 보다 바람직하게는 30초 내지 3분, 가장 바람직하게는 1 내지 3분이다. 접촉 시간은 상기 상한과 하한 중 임의의 값 사이의 범위(상한 및 하한 값 포함)일 수 있다.
플라스틱 용품의 접촉 동안 처리 조성물의 온도는 통상적으로 실온(예를 들어, 25℃) 이상 및 처리 조성물의 비점 및/또는 분해 온도 미만이고, 처리된 중합체 또는 용품의 변형/열 변형 온도 미만이다. 통상적으로 처리 조성물을 25℃ 내지 99℃의 온도, 예를 들어 50℃ 내지 75℃의 온도로 유지한다.
이어서, 착색된(또는 염색된) 플라스틱 용품을 처리 조성물로부터 꺼낸다. 염색된 플라스틱 용품을 처리 조성물로부터의 꺼내는 것은 빠르게 또는 보다 느린 속도(예를 들어, 착색 구배를 실현하는데 충분한 속도)로 수행할 수 있다. 착색 구배를 갖는 염색된 플라스틱 용품을 형성하는 경우, 보다 긴 시간 동안 처리 조성물에 남아 있는 용품의 부분은 (보다 이른 시간에 조로부터 제거되는 부분들에 비해) 보다 많은 염료로 함침되므로 보다 큰 착색도를 나타낸다.
처리 조성물은 염료, 물 및 임의의 계면활성제 및 성능 향상 첨가제를 임의의 순서로 함께 혼합함으로써 제조할 수 있다. 고체이고 물에서 불충분하게 가용성인 성능 향상 첨가제를 사용할 경우, 이들을 백 필터(bag filter)에 두는 것이 최상이다. 그렇지 않으면, 이들을 세척 작업 동안 용품의 표면으로부터 제거하는 것이 다소 어렵다. 또한, 용해되지 않은 첨가제 조각이 세정 용액에 부동(浮動)하여, 세정 용액 교환시 손실되기 때문에 더 많은 첨가제가 요구된다.
추가 실시양태에서, 침지 방법이 플라스틱 용품을 접촉시키는데 사용되는 경우, 처리 조성물을 임의로는 예를 들어 침지 탱크(또는 용기)에 연속적으로 도입하고 그로부터 배출함으로써 교반한다. 통상적으로 침지 탱크는 펌프와 (유입관을 통해) 유체 소통하는 유입구를 포함하고 펌프는 유출관을 통해 탱크로부터의 유출구와 유체 소통하는 회로의 일부이다. 회로는 임의로는 1종 이상의 여과기, 예를 들어, 앞서 기술된 바와 같은, 유입구 및/또는 유출구 관을 갖는 관내에 위치한, 백 필터를 포함할 수 있다. 바람직하게는 침지 탱크의 유입구 및 유출구는 탱그 내의 처리 조성물의 액체 높이 아래에 위치한다.
침지 탱크의 유입구는 탱크의 내부 원주를 둘러싼, 여러 개의 천공을 갖는 관(예를 들어, 분산기 또는 분산기 고리)을 포함할 수 있다. 처리 조성물을 침지 탱크에 다수의 천공을 갖는 고리를 통해 연속적으로 지나가게 함으로써 도입하는 것은 침지 탱크 내에서 난류성 혼합의 수준을 증가시키고, 그 안에 침지된 플라스틱 용품의 염색 효율 및 균일성을 증가시킨다. 분산기 고리의 천공의 임의의 적합한 형상은 예를 들어, 원형, 타원형, 다각형 또는 이들의 조합일 수 있다. 분산기 고리의 천공은 통상적으로 0.79 mm 내지 12.70 mm, 예를 들어 3.17 mm 내지 6.35 mm의 직경을 갖는다. 분산기 고리는 임의의 적합한 형태일 수 있으며, 예를 들어 평판, 요면 또는 철면일 수 있다.
본 발명의 방법의 범위는 처리 조성물의 조성을, 예를 들어 초기 염료 또는 염료들 또는 성능 강화 화합물을 후속 염료 또는 염료들 또는 다른 성능 강화 화합물로 치환할 수 있도록 개질하는 추가 단계를 포함한다. 본 발명의 실시양태에서, 염료 및 임의의 성능 강화 첨가제를 처리 조성물의 다른 성분(예를 들어, 물 및 임의의 계면활성제)으로부터 분리한다. 이러한 분리는 욕의 비염료 성분을 예를 들어 다른 염료 또는 염료들과 함께, 또는 새 염료(들)과 함께, 또는 처리 조성물로 부터 제거한 염색된 플라스틱 용품을 세정하기 위한 세정 조성물로서 재사용하게 하는 점에서 환경적으로 바람직하다. 추가로, 처리 조성물의 염료가 손상된 경우, 예를 들어 산화되거나 또는 변성되는 경우(예를 들어, 온도 스파이크(temperature spike)로 인한 과열로 인함) 염료 분리 방법을 수행할 수 있다.
염료 분리 방법은 처리 조성물을 입상 활성 탄소와 접촉시킨 후 그로부터 물 및 임의의 계면활성제를 함유하는 실질적으로 염료 무함유 액체를 분리 단계 전과 실질적으로 동일한 상대 비율로 단리함으로써 수행할 수 있다. 성능 강화 첨가제의 일부도 또한 사용된 첨가제에 따라 활성 탄소에 의해서 제거할 수 있다. 이어서 염료 무함유 액체를 또 다른 염료(들)과 혼합하여 상이한 처리 조성물을 형성할 수 있다. 활성 탄소를 함유하는 층 또는 컬럼을 통해 처리 조성물을 연속적으로 통과시킴으로써 처리 조성물을 활성 탄소와 접촉시킬 수 있다.
활성 탄소는 통상적으로 처리 조성물 중의 실질적으로 모든 염료, 및 바람직하게는 처리 조성물의 액체 성분(예를 들어, 물 및 임의의 계면활성제)의 최소량 미만을 보유한다.
염료 분리 방법에서 단리되는 염료 무함유 액체는 염료가 실질적으로 없으며, 예를 들어 분광 광도 분석법에 의해서 측정시 감지할 수 없는 양의 염료를 함유한다. 입상 활성 탄소는 통상적으로 200 메쉬 입자 크기(예를 들어, 입자 크기 0.075 mm)를 갖는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 상업적으로 시판 중인 입상 활성 탄소의 예는 칼곤 카본 코포레이션사(Calgon Carbon Corportion)로부터의 필트라조브(Filtrasorb) 200 활성 탄소이다.
염료 분리를 수행하는데 필요한 활성 탄소의 양은 처리 조성물의 온도에 부분적으로 좌우된다. 일반적으로, 염료 분리를 수행하는데 필요한 활성 탄소의 양은 처리 조성물의 온도가 감소됨에 따라 감소되고, 처리 조성물의 온도가 증가됨에 따라 증가된다. 본 발명의 실시양태에서, 처리 조성물을 25℃ 온도에서 활성 탄소와 접촉시킨다.
염료 무함유 액체에 첨가된 염료(들)은 상기 기술된 바와 같이 수용성이고 바람직하게는 액체이다.
염료 분리 방법은 앞서 기술된 바와 같은 상기 부류 및 예들로부터 각각 선택될 수 있는 추가 재료, 예컨대 계면활성제 및/또는 성능 강화 첨가제를 추가 처리 조성물에 첨가하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.
처리 조성물로부터 제거 후, 염색된 플라스틱 용품을 통상적으로 세정하여 그로부터 잉여 처리 조성물 재료를 제거한다. 세정 단계는 통상적으로 염색된 용품 표면의 적어도 일부를 물을 포함하는 세정 조성물과 접촉시킴으로써 실시한다. 세정 조성물의 물은 탈이온수 또는 증류수일 수 있고, 가열되거나 주변 온도일 수 있다. 가열되는 경우, 물은 통상적으로 75℃의 온도로 유지한다.
세정 조성물을 예를 들어 침지(담금), 분무 도포 및/또는 커튼 도포를 사용하여 염색된 플라스틱 용품 표면과 접촉시킬 수 있다. 염색된 플라스틱 용품 표면과 접촉 후의 세정 조성물을 재사용하여 추가 염색된 용품을 세정하는데 사용할 수 있다. 수차례의 세정 주기 후, 염료는 통상적으로 재사용된 세정 조성물에 누적될 것이다. 누적된 염료는 앞서 염료 분리 방법에 관하여 기술된 바와 같이 재사용된 세정 조성물을 입상 활성 탄소와 접촉시킴으로써 재사용된 세정 조성물로부터 제거할 수 있다. 재사용 세정 조성물로부터 누적된 염료를 분리한 후에는 염료 무함유 재사용 세정 조성물을 추가의 염색 용품을 세정하는데 사용할 수 있다.
통상적으로 세정 조성물은 물만을 함유한다. 세정 후, 염색된 플라스틱 용품을 통상적으로는 건조시킨다. 건조는 세정되고 염색된 플라스틱 용품을 부드럽고 건조한 옷감으로 닦고/거나 실온(25℃)에 놓아둠으로써 달성할 수 있다. 별법으로, 세정되고 건조된 플라스틱 용품을 상승된 온도(25℃ 초과), 예를 들어, 50℃ 내지 100℃에 노출하여 건조시킬 수 있다. 추가로, 따뜻한 공기(예를 들어, 50℃ 내지 100℃의 온도를 가짐)를 세정되고 염색된 플라스틱 용품의 표면 위로 지나게 할 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에서 보다 구체적으로 기술되며, 실시예는 단지 예시로서 의도된 것으로 그의 변형 및 변경은 당업자에게 명백할 것이기 때문이다. 달리 특정되지 않는 한, 모든 부와 백분율은 중량 기준이다.
실시예
하기 실시예에서, 각 염욕을 탈이온수 26,989 g을 8-L 스테인리스강 혼합 탱크에 첨가하여 제조하였다. 물을 표 1에 나타낸 온도에서 25 그램의 고체 마크로렉스(Macrolex) 염료를 미리 넣어둔 백 필터에 연속적으로 통과시켰다. 물을 염료로 포화시켜서 염욕을 형성하기에 충분한 시간 동안 염료를 함유하는 가열된 물을 혼합 탱크로부터 백 필터를 통해 다시 혼합 탱크로 순환시켰다. 염색 작업 동안 염욕의 난류성 혼합을 향상시키기에 충분한 속도로 염욕을 혼합 탱크에 다시 재순 환시켰다.
고체 마크로렉스 염료 대신에 리액틴트(Reactint)® 액체 염료의 사용을 요하는 표 1의 실험에서는, 수용성 액체 염료를 2 그램의 염료/1-L 용액의 농도로 순환 용액에 직접 첨가하였다.
포화된 염욕 형성의 목적을 위해, 초기 순환은 염욕의 온도가 설정 조건에 도달한 후 대략 10분의 시간 동안 수행하였다. 이어서, 염욕을 상기 기술된 시스템을 통해 표 1에 나타낸 온도 및 대략 3 리터/분의 속도로 연속적으로 순환시켰다.
하기 실시예에서, 염욕의 마크로렉스의 양은 염욕 중 물의 총 중량을 기준으로 0 초과 및 0.1 중량부 미만의 양수 값인 것으로 추정되었다. 통상적으로, 적은 양의 마크로렉스 염료가 각 실험의 완료시 백 필터 내에 존재하는 것이 관찰되었다.
액체 리엔틴트® 염료를 요하는 실험에서, 염료는 완전히 물에 용해되고, 2 g/L의 용액의 농도로 용액에 존재하는 것으로 가정되었다.
착색 작업이 완료된 후, 염욕을 주변 온도로 냉각시키고, 이어서 침전된 염료를 20 마이크로 백 필터를 통한 여과에 의해 액체 상으로부터 분리하였다. 여과 공정으로부터의 모액을 활성 탄소를 통해 펌핑하여 가용성 염료를 탈이온수로부터 제거하였다. 이러한 탄소 처리 후, 무색 물을 다른 색을 제조하는데 재순환시키거나, 또는 폐기할 수 있었다.
실험으로부터의 데이터를 하기 표 1에 기재하였다. 하기 재료를 사용하였다.
텍신(Texin) 270 -- 폴리에스테르 수지, 쇼어 경도 70D.
텍신 970U -- 폴리에테르 수지, 쇼어 경도 70D.
텍신 DP7-1199 - 폴리에스테르 수지, 쇼어 경도 70A.
데스모판(Desmopan) DP 9370A - 폴리에테르 수지, 쇼어 경도 70A.
마크롤론(Makrolon) 2308 - 폴리카르보네이트 수지
마크로렉스 세레스 블루 마크로렉스 레드 G 밀리켄 리엑틴트 블루 마크로렉스 세레스 블루 마크로렉스 레드 G
재료 97℃에서 1분 97℃에서 1분 97℃에서 1분 75℃에서 1분 75℃에서 1분
물 단독 물 단독 물 단독 물 단독 물 단독
연질 재료
텍신 DP 7-1199 중간 청색 적색 진한 암청색 암청색 매우 밝은 적색
데스모판 9370A 중간 청색 적색 암청색 명청색
경질 재료
텍신 270 중간 청색 적색 중간 청색 매우 밝은 청색
텍신 970U 명청색 중간 적색 나선(swirl)이 있는 명청색 나선이 있는 중간 청색 밝은 적색
마크롤론 2608 밝은 분홍색
본 발명은 예시의 목적을 위해서 상세히 기술하였지만, 상기 상세한 설명은 그러한 목적을 위해서만이고 청구항에 의해서 제한될 수 있는 것들을 제외하고는 본 발명의 취지와 범위로부터 벗어나지 않는 한 당업자에 의해서 변화시킬 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (23)

  1. (a) 열경화성 또는 열가소성 중합체를 포함하되 디에틸렌글리콜 비스 알릴카르보네이트로부터 제조된 중합체를 포함하지 않는 플라스틱 용품을 제공하고,
    (b) 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부를 1종 이상의 염료 및 물을 포함하는 처리 조성물과 접촉시키고,
    (c) 상기 플라스틱 용품의 일부를 적어도 착색된 플라스틱 용품을 형성하는데 충분한 시간 동안 상기 처리 조성물과 접촉하여 유지하고,
    (d) 상기 착색된 플라스틱 용품을 상기 처리 조성물과의 접촉으로부터 제거하고,
    (e) 상기 착색된 플라스틱 용품을 물로 세정하여 잉여 염료를 제거하는 것
    을 포함하며, 처리 조성물이 유기 용매가 없는 것을 특징으로 하는, 플라스틱 용품의 착색 방법.
  2. 제1항에 있어서, 염료가 수용성 액체 염료인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 염료가 알킬렌옥시 치환 발색단인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리 조성물을 25 내지 99℃의 온도로 유지하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 처리 조성물을 50 내지 75℃의 온도로 유지하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시간이 0.1초 미만 내지 5분인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시간이 30초 내지 3분인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 용품을
    (i) 상기 플라스틱 용품의 적어도 일부를 상기 처리 조성물에 침지시키는 방법, 및
    (ii) 상기 처리 조성물을 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부에 도포하는 방법 중 하나 이상에 의해 상기 처리 조성물과 접촉시키는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 처리 조성물을 상기 플라스틱 용품 표면의 적어도 일부에 분무 도포, 커튼 도포, 플로우 코팅 및 스핀 도포 중 하나 이상에 의해 도포하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 또는 열경화성 중합체가 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리에스테르 폴리카르보네이트 공중합체 및 블렌드, 폴리에틸렌 글리콜(PETG), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄, 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 나일론, 폴리비닐알코올, 가소화 된 폴리비닐클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 처리 조성물이 1종 이상의 계면활성제를 더 포함하는 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 계면활성제가 음이온성 계면활성제, 양쪽이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 계면활성제가 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 계면활성제가 디에틸렌 글리콜인 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제가 상기 처리 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 15 중량％의 양으로 존재하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 용품이 안료, 가교된 폴리메틸메타크릴레이트 미소구(microsphere), 유리 미소구 및 금속 파편(flake) 중 하나 이상을 더 포 함하는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 용품이 성형된 용품, 필름 및 시트로 이루어진 군으로부터 선택된 성형품인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 성형품이 광학 렌즈, 안과용 렌즈, 선글라스 렌즈, 안면 보호대, 창유리(glazing) 및 운동화 부품으로 이루어진 군으로부터 선택된 성형품인 방법.
  19. 제16항에 있어서, 성형품이 운동화 부품인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 용품이 열가소성 펠렛 및 열가소성 스트랜드(strand)로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 처리된 열가소성 펠렛 및 상기 처리된 열가소성 스트랜드 중 하나 이상을 용융시켜 처리된 용융 열가소성 조성물을 형성하고, 상기 처리된 용융 열가소성 조성물을 몰드(mold)에 도입하여 처리된 성형물을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    (i) 상기 처리 조성물을 입상 활성 탄소와 접촉시켜 상기 처리 조성물과 입상 활성 탄소의 혼합물을 형성하고,
    (ii) 상기 혼합물로부터 물을 함유하는, 실질적으로 염료 무함유 및/또는 첨가제 무함유 액체를 단리하고,
    (iii) 임의로는 1종 이상의 염료를 상기 실질적으로 첨가제 무함유 물에 첨가하여 추가 처리 조성물을 형성하는 것
    을 더 포함하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 처리 조성물을 연속적으로 침지 탱크에 다수의 천공을 갖는 고리를 통해 도입하는 것을 더 포함하는 방법.
KR1020080098508A 2007-10-09 2008-10-08 플라스틱 용품의 착색 방법 KR20090036514A (ko)

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