包含光泽颜料和填料体的塑料元件的制作方法

专利名称：包含光泽颜料和填料体的塑料元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以包含光泽颜料、填料体(filling bodies)和用于塑料加工的常规助剂的塑料元件，如颜料、稳定剂、增塑剂、填料和增强物质。该类型的塑料元件具有显著的闪烁效果。
所用术语“光泽颜料”意指颜料，其中光泽效果是由于具有主要是两维形状和直线方向排列(alignment)的金属的或强烈光折射的颜料颗粒的定向反射产生的。这些也包括珠光颜料，珠光颜料是由无色、透明和高度光折射片晶(platelet)组成的光泽颜料。由于在塑料中或表面涂层中珠光颜料成平行直线排列，多反射引起柔和光泽效果即所熟知的珠光性。具有一定层厚的珠光颜料可以满足干涉条件并且而后具有虹彩颜色，这就是所说的术语“干涉颜料”的来源。这里的色彩与观察角度有关。这些透明干涉颜料的另外特征是在反射光和透射光方面互补色是可视的。此外，也有含非透明载体物质的干涉颜料，其中仅仅反射光颜色是可视的。
光泽颜料同样包括商业可购买金属效果颜料，例如铝片晶，角色差(goniochromatic)光泽颜料，基于二氧化硅片晶、铝片晶或铁氧化物片晶载体物质，以及液晶颜料。
根据现有技术，光泽颜料必须要具有一定的粒径，目的是为了获得对于眼睛来说具有闪烁效果。如果是这种情况，眼睛能够识别作为特定颗粒的个别颜料片晶。由于眼睛的分辨力很大程度受被分辨结构对比度的影响，因此还不能标出引起闪烁效果的特定粒径。一般地，粒径小于25μm的光泽颜料产生丝绸至缎子光泽。当粒径不超过约60μm时，可观察到轻微的结构化光彩，但这种情况下还不能认为是闪烁。在粒径为80～100μm时闪烁效果才可被观察到。但是，这个粒径一直没有被制备出来，例如仅仅是非常困难地制备出这个数量级粒径的作为层/基质颜料基质的碱式碳酸铅的单晶或BiOCl或Al2O3片晶。在使用云母颜料情况下，制备相对大些的颗粒不太成问题，而且这种类型的颜料也可商业购买。
所熟悉的光泽颜料，包括珠光颜料，在应用体系中例如塑料，由于有限的粒径，仅会产生光泽效果，但不会产生闪烁效果。
因此本发明的目的是提供塑料元件，该塑料元件中采用了光泽颜料，尽管由于其粒径限制，通常情况下只能产生光泽效果但该光泽颜料实现了闪烁效果，或者增强已经具有这种效果的颜料的闪烁效果。
可通过下述方法达到本发明的目的，在加工之前，除了光泽颜料外，将基本上是等轴晶系体(isometric body)形状的填料体加入到塑料中，这些填料体的直径范围为10～200μm。此外，也可以加入塑料加工用常规助剂，被详细描述于“Taschenbuch der Kunststoff-Additive；Stabilisatoren，Hilfsstoffe，Weichmacher，Füllstoffe，Verstrkungsmittel，Farbmittel”〔塑料添加剂手册，稳定剂、助剂、增塑剂、填料、增强物质和色料〕，第二版，Carl Hauser Verlag，Munich，Vienna中。
本发明因此涉及包含光泽颜料以及填料体的塑料元件，光泽颜料包含具有主要是两维形状和直线方向排列的金属的或强烈光折射的颜料颗粒或片晶，其中填料体是由基本上是等轴晶系体形状的中空或紧密颗粒组成而且直径为10～200μm。
特别地，所使用的填料体是中空或紧密的透明小珠子。与理想球形有偏差是可能的，但是填料体应该主要是实际上的等轴晶系体形状。这就意味着颗粒的尺寸在所有的三个空间方向上几乎相同。填料体的表面优选是光滑的。在填料体具有粗糙的表面的情况下，例如发生在研磨填料体中，尽管可观察到粗糙闪烁效果，但例如颜色在某种程度上缩减了亮度。优选填料是由Minnesota Mining和ManufacturingCompany生产的玻璃珠子或中空玻璃珠子。填料体物质的折射指数应该在数量级上与基体物质的折射指数大致相当(在基体物质中加入填料体和光泽颜料)目的是避免过多地破坏透明度和着色过的基体物质的光泽。但是，填料体的形状和表面积是十分重要的，不太重要的是制备填料体的物质。
选择填料体时的基本参数是填料体的粒径，该粒径范围为10～200μm，优选的粒径范围为15～150μm，特别优选20～120μm。填料体的数量为0.2～10重量份，优选0.5～5重量份，且特别优选0.5～3重量份，以塑料元件总重量为基础计。
可以采用的光泽颜料是所有适当的已知片晶型的颜料，例如金属效果颜料、角色差光泽颜料、干涉颜料、珠光颜料和液晶颜料。
金属效果颜料由金属铝、铜、锌、锡以及它们的合金、特别是铝和金色铜粉合金的片晶组成。金属片晶的表面已经被钝化或加上了保护层，例如金属氧化物的保护层。金属效果颜料是由Eckart公司以商标名Standard市售产品。
角色差光泽颜料是由多涂层片晶形金属基质、透明非金属基质或多涂层金属氧化物片晶组成。采用铝片晶作为金属基质，采用云母作为透明非金属的基质，以及采用氧化铁作为金属氧化物片晶。这些光泽颜料被更加详细地描述于EP741170，EP708154和EP753545。它们可以从BASF购买，商标名为Paliochrom和Variochrom。
具有光不透明性铝层作为中心层的多层干涉颜料是由Flex公司生产的，商标名为Chromaflair和OVP(光可变颜料)。这些颜料，主要用于证据票据印刷中，基本具有五层结构。在中央光不透明铝层上，氟化镁层作为夹层，随后半透明铬层作为外层被沉积在两侧。颜料被描述于US4,434,010中。
具有透明载体物质的干涉颜料被认为是珠光颜料。片晶型透明载体物质可以是云母、其它的页硅酸盐例如滑石或高岭土、玻璃片、SiO2片、TiO2片或Al2O3片。这些载体物质用一种或多种金属氧化层涂覆。本发明使用的金属氧化物既有无色高折射指数的金属氧化物例如二氧化钛或氧化锆、无色低折射指数金属氧化物例如二氧化硅或者氧化铝，而且也有有色的金属氧化物例如氧化铬、氧化钴且特别是氧化铁。这些片晶型珠光颜料是已知的且大部分是商业可购买的。珠光颜料被描述在例如德国专利3137808、3137809、3151343、3151354、3151355、3211602和3235017。这些颜料可从Merck KGaA购买，商品名Iriodin、Colorstream和Xirallic。
液晶颜料是以液晶聚合物为基础的干涉颜料。单独的颜料颗粒是液晶聚合物交联薄膜的碎片。由此获得的颜色效果是以液晶形式存在的分子的规整结构和均匀排列为基础的，而且基于可归因于其的由颜料反射的一定光谱光分量(spectral light fraction)的干涉。其它光分量穿过颜料。液晶干涉颜料被描述在US5,807,497和US5,824,733中。它们可以从Wacker-Chemie GmbH购买，商标名为HELICONEHC。
根据本发明采用的非闪烁光泽颜料的粒径大小为2～80μm。颜料可被单独使用或者以颜料混合物的形式被使用。颜料和填料体可同样地按各自组分被加入或者以混合物的形式加入到基体物质中，例如塑料颗粒。两种组分添加的顺序并不重要。
光泽颜料通常以0.5～2wt％的浓度被用在塑料中。在膜或薄层中，非常更高的浓度也是必须的。对于所需颜料浓度的决定性因素一直为所希望得到的效果。
填料体加入到光泽颜料中导致后者被或多或少地偏离了平行于表面理想直线方向。颜料间彼此间发生一定的倾斜，各个颗粒引起的视觉印象是颗粒的粒径要比实际粒径大很多，这种视觉印象的结果是彼此倾斜的颜料颗粒有明显的表面粗糙感，导致在明显更大视角范围内可观察到的闪烁效果，比具有大粒径的光泽颜料得到的闪烁效果的视角范围明显更大。
此外，大于80μm的颜料的效果也会受到影响，即被增强。如果光泽颜料已经由于它的粒径表现出闪烁效果，这是被增强且同样变得在更大视角范围是可视的。
将该填料体与强烈变化的干涉颜料一起使用，后者作为商品例如商标名为℃olorstream”，由Merck KGaA生产，减少了颜色变化(跳动)的角度依赖性。从一种颜色向另外颜色的转变变得柔和，即在颜色变化范围内的角度范围变得更大。
在塑料元件中使用该填料体，适当的地方，可以逐渐减少流线和熔合线的可视度。
对于本发明的塑料元件，可由已知透明塑料制备，特别是热塑性塑料制备。合适的塑料是例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚苯醚、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚酮和它们的共聚物和/或它们的混合物。此外，也可能使用铸塑树脂，例如不饱和聚酯和甲基丙烯酸甲酯铸塑树脂。用常规方式将组分加入到基础物质中。在所谓直接着色的情况下，塑料颗粒用偶联剂均匀地润湿表面，例如邻苯二甲酸二异辛酯，然后加入光泽颜料和填料体并通过混合均匀分布在塑料颗粒的表面。而后直接用注塑机加工该混合物。得到的注塑件具有很均匀的光泽颜料分布。
直接着色是优选用于实验室的一种方法。在生产中使用母料。术语母料被应用于颜料制备过程中，其中在母料中颜料浓度比最终产品中的浓度明显地更高些，而且在基体中呈完全分散形式并且基体与起始物质相容。将光泽颜料加入到塑料中的方法被详细地描述于“Perlglanzpigmente”〔珠光颜料〕，Dr.Ulrich Zorll，CurtR.Vincentz Verlag编辑，Hanover1996。
在铸塑过程发生之前通过内部搅拌将光泽颜料和填料体加入到不饱和塑料中。
下述实施例在不代表限定的条件下解释了本发明。有关光泽颜料的配方数据按照重量份给出。
实施例实施例1购于DSM，商标名为StamylanPPH10的978g PP颗粒，用2g邻苯二甲酸二异辛酯在转鼓式混合机中润湿表面，随后进行很好地混合。然后加入粒径为5～25μm、购于E.Merck，Darmstadt，FederalRepublic of Germany(Iriodin123 satin)的10gTiO2涂覆的云母颜料，和10g填料体，并通过混合均匀地分布在塑料颗粒的表面。填料体是粒径基本为20～80μm、可购于USA的3M公司、商标名为ScotchliteK37的中空玻璃珠子。以这种方式上色的塑料颗粒用注塑机注塑转换成注塑件。与比较例1对比，最终的注塑件具有更加粗糙的结构化珠光度，并不对应于与采用的珠光颜料粒径相符的通常外观。这种更加粗糙的结构化珠光度表现出闪烁效果。光泽效果的角度依赖性比比较例中要小。珠光颜料和填料体在注塑中的重量比在每种情况均为1。
实施例2与实施例1中使用相同的组分，除了ScotchliteK37中空玻璃珠子被从USA的3M公司ScotchliteK1的中空玻璃珠子取代外。这些填料体粒径基本为30～110μm，视觉观察到的闪烁效果相应于实施例1。
实施例3同实施例1，978g PP颗粒(商标名为StamylanPPH10颗粒)，用2g邻苯二甲酸二异辛酯在转鼓式混合机中润湿表面，随后进行很好地混合。然后加入组成为Al2O3作为基质和TiO2作为涂层的10g银色珠光颜料和10g填料体(购于USA的3M公司、商标名ScotchliteK37的中空玻璃珠子)，并通过混合均匀地分布在塑料颗粒的表面。以Al2O3作为基质的颜料可从Merck KGaA购买，商标名Xirallic。以这种方式上色的塑料颗粒用注塑机注塑转换成注塑件。各个注塑件可同样比根据采用的颜料的粒径预测的结果具有更明显的粗糙的结构化珠光度，该珠光度引起闪烁效果的视觉印象。
实施例4983g PP颗粒(商标名为StamylanPPH10)用2g邻苯二甲酸二异辛酯润湿表面，随后进行很好地混合。然后加入组成为SiO2作为基质和Fe2O3作为涂层的5g可变化珠光颜料和5g购于USA的3M公司的ScotchliteK37中空玻璃珠子，并通过混合均匀地分布在塑料颗粒的表面。该珠光颜料以商标名Colorstream从MerckKGaA，Darmstadt，Federal Republic of Germany购买。在塑料元件中珠光颜料和填料的重量比在每种情况中为0.5。上色的塑料颗粒通过注塑机注塑转换成注塑件。得到的注塑件同样比根据颜料的粒径预测的结果具有更明显粗糙的结构化珠光度。从兰-红转换到淡绿光的颜色转变更柔和，并且与使用没有填料体的颜料情况相比，在更宽的视角范围内发生颜色跳跃。
比较例988g PP颗粒(商标名为StamylanPPH10，购于DSM，Netherlands)用2g邻苯二甲酸二异辛酯在转鼓式混合机中润湿表面，随后进行很好地混合。加入粒径为5～25μm以TiO2涂覆云母颜料为基础的10g光泽颜料(商品Iriodin123 Glanzsatin，购于Merck KGaA，Darmstadt，FRG)，并通过混合均匀分布在塑料颗粒的表面。这些上色的塑料颗粒用注塑机注塑转换成注塑件。得到的最终注塑件中光泽颜料的重量比例为1。最终注塑件具有好的、与粒径相符的不是十分结构化的珠光度。
权利要求
1.包含光泽颜料和填料本体的塑料元件，光泽颜料包含具有主要是二维形状和直线方向排列的金属的或强烈光折射的颜料颗粒或片晶，其中填料体由具有基本上等轴晶系体形状的中空或紧密颗粒组成并且直径为10～200μm。
2.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于填料体直径为15～150μm。
3.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于填料体的直径为20～120μm。
4.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于它包含了选自以云母为基础的珠光颜料和涂覆有金属氧化物的金属颜料，特别是二氧化钛和/或氧化铁，和/或以多涂层氧化铁片晶为基础的角色差光泽颜料的光泽颜料。
5.根据权利要求4的塑料元件，其特征在于包含的光泽颜料基于二氧化钛云母颜料，建立在SiO2片晶上含有TiO2和/或Fe2O3的珠光颜料，建立在Al2O3上含有TiO2的银色珠光颜料。
6.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于以塑料元件总重量为基础计，填料体的重量比例为0.2～10％。
7.根据权利6的塑料元件，其特征在于以塑料元件总重量为基础计，填料体的重量比例为0.5～5％。
8.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于填料体具有玻璃或中空玻璃珠子的形状，直径为20～110μm。
9.根据权利要求1的塑料元件，其特征在于填料体具有中空玻璃珠子形状，直径为20～80μm。
全文摘要
包含光泽颜料的塑料元件,光泽颜料包含:具有主要是二维形状和直线方向排列的金属的或强烈光折射的颜料颗粒或片晶,和填料体,其中填料体由具有基本上等轴晶系体形状的中空或紧密颗粒组成,且粒径为10～200μm。这类注塑件具有明显的闪烁效果。
文档编号C08K7/00GK1369517SQ0210476
公开日2002年9月18日 申请日期2002年2月10日 优先权日2001年2月10日
发明者H－J·布雷姆, M·凯瑟, E·奥斯特 申请人:默克专利股份有限公司