Многоцветное изделие и способ его изготовления, концентрат красящего вещества - RU2187518C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к красящим веществам, в том числе красящим веществам, вводимым в пластмассы, к окрашенным изделиям, изготовленным из пластмасс, в которые введены подобные красящие вещества, и к способу получения указанных красящих веществ и изделий.

Изделия из пластмасс, полученные формованием, литьем, экструзией, каландрованием и т.д., хорошо известны. Подобные изделия могут быть как термопластичными, так и термореактивными. Часто бывает желательно, чтобы поверхность подобных изделий из пластмасс имела декоративный вид. Хорошо известны пластмассы, содержащие красящие вещества, такие как красители (т.е. окрашенные вещества, диспергированные на молекулярном уровне) и/или пигменты (т.е. окрашенные частицы размером до 1 мкм). В общем случае подобные красящие вещества однородно диспергированы в пластмассе, так что пластмасса или изготовленное из нее изделие равномерно окрашены. Благодаря своему малому размеру частицы пигмента рассеивают свет, и в итоге содержащие пигмент пластмассы, как правило, непрозрачны. Чистые пластические материалы часто прозрачны и остаются прозрачными после введения красителей. Чтобы сделать их полупрозрачными или непрозрачными, в подобные окрашенные материалы вводят инертные наполнители. Внешняя поверхность подобных окрашенных или содержащих пигмент пластических материалов обычно кажется плоской и не имеет рельефа и текстуры.

Известны пластмассы, которые содержат диспергированные в них частицы, которые видны глазом (например, с минимальным размером около 5 микрон), в частности волокна, чешуйки (сферические или приблизительно сферические частицы или песчинки или частицы более или менее регулярной формы). Волокна могут включаться в матрицу пластического материала для придания механической прочности. Песчинки могут включаться в матрицу пластического материала для придания устойчивости к истиранию. Если цвет указанных частиц отличается от цвета матрицы пластического материала, в которую они включаются, то подобные пластические материалы могут приобрести крапчатый или пятнистый вид, так что подобные частицы при случае вводят с целью придать поверхности декоративные свойства.

Указанная цель достигается за счет того, что в многоцветном изделии с декоративными видимыми поверхностями, обеспечиваемыми композицией пластмассы, которая состоит из прозрачного или полупрозрачного термопластичного материала, имеющего красящее вещество, равномерно распределенное в нем, согласно изобретению красящее вещество содержит смесь дискретных частиц, по меньшей мере 90% которых имеют минимальный размер в диапазоне 0,005-0,1 мм и максимальный размер не более 0,5 мм, причем частицы являются природным или синтетическим органическим полимером, который совместим с термопластичным материалом, при этом смесь содержит частицы по меньшей мере двух различных цветов, не белого и не черного, и композиция пластмассы содержит 0,1-8 вес.% смеси частиц полимера от веса композиции пластмассы.

Следует понимать, что термин "практически все" является синонимом выражений "большая часть или полностью" или "подавляющее большинство". Указанные размеры может иметь по крайней мере 90 или 100 процентов частиц.

Следует понимать, что декоративный вид изделий по настоящему изобретению обеспечивается красящими веществами, входящими в состав композиции пластмассы, и совершенно не зависит от вида и формы изделия. Поверхность указанных изделий может быть гладкой, иметь рисунок или сложную форму, однако указанные изделия остаются твердыми и непрерывными. Следует также понимать, что на часть изделия, которое включает красящее вещество, может быть нанесен прозрачный или полупрозрачный слой, сквозь который может быть видна окрашенная композиция пластмассы.

Указанная цель также достигается за счет того, что согласно изобретению в способе изготовления упомянутого изделия (а) смешивают (i) красящее вещество, которое содержит смесь дискретных частиц, по меньшей мере 90% которых имеют минимальный размер в диапазоне 0, 005-0,1 мм и максимальный размер не более 0,5 мм, причем частицы являются природным или синтетическим полимером, и смесь содержит частицы по меньшей мере двух различных цветов, и (ii) прозрачный или полупрозрачный термопластичный материал или его предшественник, находящийся в количестве 0,1-8 вес.% смеси, так что частицы равномерно распределены в термопластичном материале, (б) формируют изделие в условиях, при которых частицы в красящем веществе деформируются в незначительной степени.

Указанная цель также решается за счет того, что в красящем веществе в виде окрашенного концентрата, который содержит дискретные частицы, гомогенно смешанные с полимером термопластическим или его предшественником, согласно изобретению, по меньшей мере, 90% частиц являются полимерными частицами с минимальным размером в диапазоне 0,005-0,1 мм и максимальным размером не более 0, 5 мм, при этом смесь включает частицы по крайней мере двух различных цветов, не черного и не белого цвета, и являются природным или синтетическим органическим полимером совместимым с термопластическим полимером или его предшественником. Красящее вещество по настоящему изобретению может представлять собой красящий материал.

Декоративный поверхностный слой пластмассового изделия по настоящему изобретению имеет необычный и привлекательный внешний вид с заметной пространственной глубиной и текстурой. Изделие неожиданно имеет указанный внешний вид даже в том случае, когда красящее вещество хорошо смешано с пластическим материалом, так что образуется однородная дисперсия. Указанный декоративный поверхностный слой может быть, если необходимо, сформирован таким образом, чтобы имитировать природные материалы.

Полимерные частицы в красящем веществе могут приобретать форму например, волокон, чешуек, или сфероидов, или их смесей. Предпочтительно практически все полимерные частицы должны иметь максимальный размер в диапазоне 0,5-10 мм. Предпочтительные волокна должны иметь линейную плотность в интервале от 1 до 30 децитекс, часто от 1 до 6 децитекс, а длину в диапазоне 0,1 мм или 0,25-5 мм. Подобное волокно часто называют штапельным волокном, его также можно считать коротким волокном для флокирования (флоком). Флок из волокна можно получить разрезанием длинных волокон на кусочки длиной 0,25 мм или более. Более короткий флок можно получить путем измельчения, например криогенного измельчения. Предпочтительно чешуйки могут иметь базисный вес в интервале от 10 до 50 граммов на квадратный метр в плоскости чешуйки и максимальный размер в диапазоне 0,1 мм или 0,25-0,5 мм. Подходящие чешуйки можно получить, например, нарезанием или измельчением путем дробления (в том числе криогенного измельчения) полимерной пленки. Предпочтительными сфероидами являются шарики полимера и шарики стекла. Следует понимать, что частицы по возможности должны иметь такие форму и состав, чтобы они не разрушали производственное оборудование, например, вследствие абразивного воздействия.

Частицы могут состоять в основном из природного органического полимера или синтетического органического полимера. Они могут состоять в основном из подвергнутого переработке природного органического полимера, например они могут состоять в основном из целлюлозы в форме модифицированной вискозы. Предпочтительным может оказаться использование синтетических органических полимеров или подвергнутых переработке природных органических полимеров. Каждая частица полимера обычно содержит один тип полимера, однако может содержать смесь более чем одного типа полимеров. Частицы в смеси могут быть из одного типа полимера или из смеси полимеров. Материал полимерных частиц следует выбирать с учетом совместимости указанного материала и пластического материала, в который должны включаться частицы. Конкретным типом полимерных частиц являются не содержащие пластификатор пленки целлюлозы, необязательно содержащие пигмент, например модифицированные пленки целлюлозы, изготавливаемые в процессе получения вискозы, которые уменьшены до определенного размера и необязательно окрашены.

Полимерные частицы предпочтительно механически и термически устойчивы при температурах, которые применяются при проведении процесса, в частности в процессе переработки пластмассы, так что они практически не изменяют свою первоначальную форму и не разрушаются при проведении процесса. Деформация частиц во время процесса может привести к тому, что изделие из пластмассы приобретет в результате обработки полосатый вид. Частицы полимера остаются индивидуальными и дискретными во время проведения процесса и в пластмассовом изделии. Поскольку полимер является термопластичным полимером, температуру процесса следует выбрать таким образом, чтобы не наблюдалась нежелательная деформация частиц. Было обнаружено, что некоторые термопластичные полимеры, в частности полукристаллические полимеры, могут обрабатываться при температуре, превышающей их температуру стеклования, и при этом указанная деформация не наблюдается. Другие термопластичные полимеры, в частности аморфные полимеры, предпочтительно подвергают переработке ниже их температуры стеклования. Полимер может быть сшитым и может быть термореактивным. Полимер может быть полимером, который потенциально механически устойчив при температурах вплоть до температуры разложения полимера, при этом указанная температура разложения превышает температуру обработки пластического материала. Например, полимер может представлять собой целлюлозу, в частности модифицированную вискозу, или полимер или сополимер на основе акрилонитрила, в частности сополимер, содержащий по крайней мере 85 вес.% единиц акрилонитрила. Альтернативные типы органических полимеров, которые могут использоваться в некоторых случаях, включают полиамиды, например 6:6 и 4:6 полиамиды, и полиэфиры.

Частицы полимера содержат пигмент или окрашиваются в выбранные цвета. Пигменты рассеивают свет, а потому присутствие частиц полимера, содержащих пигмент, может уменьшить пространственную глубину декоративного слоя на поверхности изделия по настоящему изобретению. Смесь полимерных частиц может содержать в небольшой пропорции частицы пигмента белого и/или черного цвета, например матовые волокна, содержащие пигмент помимо частиц определенного цвета. Предпочтительны полимеры, которые легко окрашиваются в широкий спектр ярких цветов, в частности целлюлоза и сополимеры акрилонитрила. Частицы органических полимеров доступны в широком диапазоне строго контролируемых ярких цветов, и это является преимуществом настоящего изобретения. В частицы полимера можно ввести пигмент или краситель в процессе их изготовления или же частицы полимера можно окрасить после их изготовления. Окрашенные полимерные частицы должны предпочтительно обладать хорошей светостойкостью.

Полимерные частицы, содержащиеся в смеси красящего вещества, предпочтительно имеют небольшое количество отдельных цветов, более предпочтительно приблизительно не более двенадцати, еще более предпочтительно приблизительно не более шести цветов. Это позволяет получить красящие вещества в широком диапазоне оттенков (цветов) путем соответствующего смешения частиц полимера с небольшим интервалом отдельных цветов и приводит к упрощению в изготовлении, воспроизводимости и контролируемому хранению. Термин "отдельные цвета" в контексте настоящего изобретения означает цвета, значительно отличающиеся по цветовому тону, т.е. с широким радиальным расстоянием внутри обычного круга цветовых тонов или цветового колеса. Черный и белый цвета не считаются "цветом" в контексте настоящего изобретения и, следовательно, черные и/или белые частицы, если они присутствуют, дополняют частицы с отдельными цветами в составе красящего вещества.

Смесь преимущественно содержит полимерные частицы по крайней мере двух ярких цветов не обязательно вместе с частицами черного и/или белого цвета. Термин "яркий цвет" означает в контексте настоящего изобретения интенсивный (насыщенный) цвет, предпочтительно расположенный по окружности обычного круга цветовых тонов или цветового колеса. Предпочтительно выбирают по крайней мере два ярких цвета таким образом, чтобы между ними было большое расстояние в указанном круге цветовых тонов. Таким образом, смесь различных оттенков красного цвета, таких как малиновый, киноварь, рубиновый, бордо, вишневый, алый и ярко-красный не считаются в контексте настоящего изобретения состоящими из отдельных цветов, несмотря на то, что они могут различаться невооруженным глазом, и несмотря на то, что они могут быть яркого цвета. Точки, соответствующие ярким цветам, обозначают площадь многоугольника внутри круга цветовых тонов, при этом площадь многоугольника представляет собой треугольник, если используют три ярких цвета. Красящее вещество по настоящему изобретению может быть получено практически с любым оттенком внутри указанной площади многоугольника путем смешения в нужной пропорции полимерных частиц с выбранными яркими цветами. Яркость внутри обычного цветового цилиндра красящего вещества по настоящему изобретению можно варьировать путем изменения пропорций черных и/или белых частиц в смеси. Яркие цвета можно выбрать из группы, включающей основные цвета, такие как красный, желтый и голубой. Может оказаться наиболее предпочтительным, чтобы яркие цвета можно было в качестве альтернативы выбирать из группы, включающей такие цвета, как фуксин, циан и желтый, поскольку, как оказалось, широкий круг оттенков может быть получен при использовании цветов этой группы. Смесь может включать полимерные частицы более чем трех ярких цветов, преимущественно не более шести ярких цветов, необязательно вместе с частицами черного и/или белого цвета. Это позволяет получить более широкий интервал оттенков, чем в том случае, когда используют лишь три ярких цвета, поскольку размеры площади многоугольника увеличиваются. Это позволяет сделать производство более гибким, поскольку в таком случае многие оттенки внутри площади многоугольника можно получить более чем одним способом.

Нужный оттенок можно подобрать путем эмпирического смещения частицы полимера. Следует понимать, что различаемым оттенок красящего вещества по отношению к самому себе может измениться после введения красящего вещества в изделие. В общем случае обнаружено, что оттенок пластмассового изделия по настоящему изобретению нельзя предсказать исходя из цветов полимерных частиц, основываясь на классических теориях смещения цветов.

Цвета полимерных частиц могут быть выбраны таким образом, чтобы избежать метамерных эффектов.

Смесь полимерных частиц может дополнительно включать бесцветные полимерные частицы. Это может оказаться удобным в том смысле, что позволяет получить красящие вещества по настоящему изобретению с широким интервалом оттенков, каждое из которых входит в состав пластического материала в равной пропорции. Это позволяет упростить процедуру изготовления изделий из пластмассы и добиться надежного смешения двух или более красящих веществ с целью получения, если необходимо, промежуточных цветов. Подобные бесцветные частицы могут ради удобства изготавливаться из того же полимера или полимеров, что и полимеры, применяемые для получения окрашенных частиц. Примерами подобных бесцветных частиц являются органические волокна, такие как вискоза и акриловые волокна, и стеклянные волокна, не содержащие ни красителей ни пигментов.

Красящее вещество может дополнительно содержать в небольшой пропорции один или несколько обычных пигментов. Пигменты рассеивают свет, а потому, если пропорция пигмента является слишком большой, то преимущества кажущейся текстуры и глубины, обеспечиваемые способом по настоящему изобретению, могут быть потеряны. Пропорция пигмента часто предпочтительно не превышает 5% от веса полимерных частиц, включая и любой пигмент, который содержится в частицах, однако в некоторых случаях могут оказаться желательными большие пропорции, например, в интервале от 5 до 10%. Добавление пигмента может использоваться для изменения яркости цвета, насыщенности цвета и визуальной текстуры и глубины декоративной поверхности изделия, в состав которого входит красящее вещество. Предпочтительным типом пигмента является пигмент белого цвета, такой как диоксид титана. Композиция пластмассы может дополнительно содержать в небольшом количестве обычные красители.

Красящее вещество может дополнительно включать другие вещества в дисперсном состоянии, которые при включении в состав изделия из пластмассы привносят специфические визуальные эффекты, например включать крошку, чешуйки слюды, частички кварца, короткие углеродные волокна, опаловые, перламутровые и флюоресцентные пигменты и металлические пигменты.

Красящее вещество по настоящему изобретению может содержать термопластичное полимерное связующее, которое скрепляет частицы полимера друг с другом, например, в виде пасты или гранул или шариков концентрата красителя. Указанная паста, гранулы или шарики часто более удобны, например, при хранении, транспортировке или при приготовлении навески, чем смеси свободных частиц полимера. Связующее предпочтительно легко смешивается с пластмассой, в которой красящее вещество по настоящему изобретению диспергируется в процессе обработки пластмассы, с образованием пластмассового изделия. Это позволяет легко добиться однородного распределения частиц полимера в пластмассе. Примеры связующих известны в основном из технологии приготовления маточных смесей, включают полиэтилены низкой плотности и сополимеры этилена и винилацетата и минеральные воски. Таким образом, частицы диспергируются в термопластичном полимере или его предшественнике или воске. Паста, гранулы или шарики могут содержать частицы полимера в количестве приблизительно до 60 вес.%, часто от 20 до 60 или от 40 до 60 вес.%. Гранулы или шарики могут дополнительно содержать в небольшом количестве обычные красители и/или пигменты. Указанные красящие вещества по настоящему изобретению полезны для использования в промышленности переработки пластических масс и могут применяться в технологии, предусматривающей дозирование концентратов красителей, или в аналогичных технологиях.

Декоративная композиция пластических масс по настоящему изобретению, используемая для изготовления изделий, преимущественно содержит от 1 до 5% вес. смеси полимерных частиц по отношению к общему весу композиции, содержащей пластмассу. Глубину цвета, насыщенность цвета и наблюдаемую текстуру декоративной поверхности можно варьировать путем изменения концентрации окрашенных частиц и пигментов в материале, из которого она изготовлена. Как правило, вязкость подобной композиции возрастает по мере увеличения концентрации частиц полимера. Было также обнаружено, что по мере возрастания концентрации частиц полимера пространственные визуальные эффекты могут наблюдаться в изделиях, изготовленных с использованием методов экструзии, каландрования и т.п. Было также обнаружено, что пространственные эффекты могут быть усилены, если смесь частиц полимера содержит частицы с большой величиной отношения длины к ширине, например плоские волокна с величиной 20-30 децитекс, особенно если подобные частицы имеют темный цвет, например черный.

Частицы полимера преимущественно однородно диспергированы в материале пластмассы. Это достигается с использованием хорошо известных методов переработки пластических масс. Может оказаться желательным подвергнуть частицы обработке или нанести на них покрытие, например, подвергнуть их полировке для обеспечения хорошей дисперсии и подавления агрегирования частиц. В способе по настоящему изобретению частицы полимера являются смешиваемыми с термопластичным полимером.

Материал пластмассы, который используют в изделиях по настоящему изобретению, может быть полупрозрачным или предпочтительно прозрачным. С целью уменьшения рассеивания света показатель преломления частиц полимера можно подобрать таким образом, чтобы он более или менее совпадал с показателем преломления материала пластмассы. Полупрозрачная пластмасса может содержать наполнитель, например она может содержать приблизительно от 30 до 50 процентов наполнителя от общего веса композиции. Указанный наполнитель в общем случае представляет собой вещество, часто с очень маленьким размером частиц, показатель преломления которого сравним с показателем преломления пластмассы. Пластмассы предпочтительно не содержат пигмент или содержат его в очень маленьком количестве. Максимальное содержание пигмента (в том числе любого пигмента, имеющегося в частицах) предпочтительно составляет 0,1% от общего веса композиции пластмассы, хотя в некоторых случаях могут использоваться композиции с большим содержанием пигмента, например, в интервале от 0,2 до 0,3 вес.% или от 0,2 до 0,5 вес.%.

Примеры изделий по настоящему изобретению включают изделия, полученные формованием, отливкой, экструзией и каландрованием. Изделия, полученные формованием, включают изготавливаемые инжекционным формованием внешние и внутренние компоненты автомобилей, аэрокосмических и морских кораблей, панели, металлическую отделку, товары для предприятий общественного питания, бытовые приборы, такие как фены для сушки волос, электрочайники, утюги, смесители и миксеры, компоненты холодильников и морозильников, пылесосы, полотеры, кисти, ведра и чаши, ручки ножей, контейнеры для хранения продуктов, приспособления для пикников, чемоданы, вешалки для одежды, садовую мебель, садовые инструменты, тачки, сеялки, игрушки, телефоны и тому подобные изделия. Изделия, получаемые отливкой, включают изделия, полученные с использованием вакуума, такие как душевые поддоны, упаковка и прилавки для розничной торговли. Изделия, полученные формованием с помощью выдувания, включают контейнеры, например, для пищи или напитков, смазочных масел и моющих средств. Изделия, полученные формованием с помощью компрессии, включают электрические штепсели и патроны, сиденья для туалетов, приспособления для пикников и столовую посуду. Изделия, полученные экструзией и каландрованием, включают пленки и фольгу, виниловые обивочные материалы, канцелярские принадлежности, кредитные карточки, покрытия для пола, в том числе эластичные покрытия для пола, в частности виниловые покрытия для пола, покрытия для стен, жалюзи и тенты, облицовку древесно-стружечных плит. Изделия, полученные отливкой, включают доски для серфинга, корпуса лодок, торговые прилавки и обшивку.

Изобретение поясняется следующими примерами, в которых, если специально не оговаривается, все части и пропорции даны по весу.

ПРИМЕР 1
Готовят смеси полимерных частиц с разными цветами. Используемые полимерные частицы представляют собой 3,3 децитекс вискозное волокно с номинальным размером флока 0,5 мм, окрашенное реактивными красителями в насыщенные оттенки фуксина, циана, желтого цвета и черного цвета, и пленка из модифицированной вискозы с базисным весом 35 граммов на квадратный метр, измельченная истиранием до размера маленьких частиц и окрашенная в черный цвет. Смеси дополнительно содержат от 0 до 20% неокрашенных волокон и/или измельченной пленки.

Поливинилхлоридную композицию, которая на 100 частей поливинилхлоридной смолы содержит 26 частей диизооктилфталата, 5 частей эпоксидированного соевого масла и 2 части стабилизатора, смешивают в порошок. Добавляют одну из смесей окрашенных полимерных частиц в количестве 2,5 от веса указанной композиции и тщательно смешивают с композицией. Поливинилхлоридную композицию растапливают на двухвалковой мельнице при температуре 160^oС в течение 5 минут и подвергают экструзии между полированным алюминием или силиконизированной бумагой при температуре 158^oС и давлением 555 кПа (800 фунтов на квадратный дюйм) и получают пленку с равномерной толщиной, составляющей от 0,1 до 2 мм, обычно 1 мм. Окрашенные листы имеют привлекательный пятнистый и пестрый вид и удобны для использования в качестве упругих покрытий для полов.

ПРИМЕР 2
Листы из поливинилхлорида получают по методу, описанному в примере 1, используя приведенные ниже составы.

Светлый песчаник (йоркстоун)
Пластифицированная поливинилхлоридная смола - 82,6
Смесь волокно/пленка (Е34Е) - 1,9
Диоксид титана - 0,083
Темный песчаник (йоркстоун)
Пластифицированная поливинилхлоридная смола - 80,9
Смесь волокно/пленка (Е34Е) - 2, 92
Диоксид титана - 0,12
Композиция смесей представлена в таблице.

Листы имели неоднородный внешний вид из-за включения черной пленки. Используя увеличительное стекло, было можно увидеть отдельные окрашенные волокна в листе. Для невооруженного глаза листы имели привлекательный внешний вид и текстуру, в которой отдельные волокна и их цвета были едва различимы.

Реферат

Изобретение относится к красящим веществам, в том числе красящим веществам, вводимым в пластмассы; к окрашенным изделиям, изготовленным из пластмасс, в которые введены подобные красящие вещества, и к способу получения указанных красящих веществ и изделий. многоцветное изделие состоит из прозрачного или полупрозрачного термопластичного материала, имеющего красящее вещество, равномерно распределенное в нем. Красящее вещество содержит смесь дискретных частиц, по меньшей мере 90% которых имеют минимальный размер в диапазоне 0,005-0,1 мм и максимальный размер не более 0,5 мм. Частицы являются природным или синтетическим органическим полимером, который совместим с термопластичным материалом, при этом смесь содержит частицы по меньшей мере двух различных цветов, не белого и не черного, и композиция пластмассы содержит 0,1-8 вес. % смеси частиц полимера от веса композиции пластмассы. Изделие может быть изготовлено по способу, который включает стадии смешения смеси частиц и пластического вещества, формования изделия в условиях, при которых полимерные частицы в красящем веществе практически не деформируются. Источником окрашенных частиц может служить концентрат красящего вещества, гомогенно смешанный с полимером, или его предшественником, или воском. Изделие может представлять собой пластмассовое изделие, полученное формованием, литьем, экструзией или каландрованием, или изделие из усиленной пластмассы, например покрытие для пола. Получены изделия с декоративными видимыми поверхностями, глубину цвета, насыщенность цвета и наблюдаемую текстуру декоративной поверхности которых можно варьировать. 3 с. и 25 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула