专利名称：着色剂组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及着色剂组合物(colorant composition)，其中各着色剂组合物都能在聚丙烯树脂进行模塑或者其它成型(以下统一简称“模塑(molding)”)的同时对聚丙烯树脂着色，还涉及制备该着色剂组合物的方法。具体而言，本发明涉及着色剂组合物，其中各着色剂组合物都含有弹性体组分，能提供具有优异的不透明效果的着色的模塑制品，本发明还涉及制备该着色剂组合物的方法。
背景描述近些年，各种合成树脂如聚乙烯和聚氯乙烯之类的热塑性树脂以及诸如酚醛树脂和脲醛树脂之类的热固性树脂广泛应用于各种产品，如工业材料以及对日常家庭生活适宜并且有用的材料。
为使这些树脂着色，已经使用的常规着色方法，包括通过挤出机或类似装置熔融捏合树脂和颜料成为预着色的树脂粒料，然后将该预着色的树脂粒料进行模塑；或者在模塑同时将未着色的树脂粒料和颜料捏合以使得着色和模塑同时实施。
然而，这些着色方法伴随的问题在于颜料在树脂中分散不均匀而导致着色不均匀进而给模塑制品带来了不规则的、非光滑的外观。
因此，近来已知各种通过将颜料和与要模塑的树脂同类型的树脂一起捏合而制备的着色剂组合物，换言之就是干色料(dry colors)、母料(masterbatches)或者类似产品在工业中广泛应用。这些干色料和母料分别和与在干色料或着色剂母料中使用的树脂类型相同的树脂一起捏合以实现着色与模塑同时进行。
然而，当用这样的颜料或者着色剂组合物进行着色时，由于分散在树脂中的颜料颗粒的粒径与其不透明效果呈相反的关系，所以使用像颜料粒径那样的小粒径导致不透明效果的减弱。因此，为加强不透明效果，需要以更大的量加入颜料。这已成为成本增加的原因，因为颜料比上述各种合成树脂要昂贵。
已经报道在无定形材料如弹性体组分与结晶性树脂如聚丙烯树脂混合时产生称为“海-岛结构”的微相分离(microscopic phase separation)。
当诸如碳黑之类的颜料在这样的混合物中分散时，该颜料仅仅在无定形材料中存在以生成着色相。结果，得到的着色颗粒的粒径相当于以微相分离形式存在的无定形材料的颗粒粒径。
发明概述因此，本发明的目的在于利用这些特性并提供可以制备具有高度不透明效果(opacifying effect)的着色模塑制品(colored molded product)的着色剂组合物。
本发明的上述目的可以通过下述发明实现1.一种着色剂组合物包含0.01-99.97wt.％的聚丙烯树脂(polypropylene resin)，0.01-60wt.％的颜料(pigment)，0.01-60wt.％的弹性体组分(elastomer component)，以及0.01-40wt.％的分散剂(dispersant)。
2.如上1所述的着色剂组合物，其中聚丙烯树脂的熔体指数(meltindexes，MI)为0.1-30(190℃，2.16kg)。
3.如上1所述的着色剂组合物，其中颜料选自无机颜料组成的组中的至少一种。
4.如上1所述的着色剂组合物，其中颜料是碳黑。
5.如上1所述的着色剂组合物，其中弹性体组分的熔体指数为0.1-50(190℃，2.16kg)。
6.如上1所述的着色剂组合物，其中弹性体组分是极低密度聚乙烯。
7.如上1所述的着色剂组合物，其中分散剂是选自脂肪酸酯类分散剂和脂肪酸酰胺类分散剂所组成的组中的至少一种。
8.一种制备着色剂组合物的方法，其中包含捏合0.01-99.97wt.％的聚丙烯树脂、0.01-60wt.％的颜料、0.01-60wt.％的弹性体组分和0.01-40wt.％的分散剂。
9.如上8所述的方法，其中在颜料、弹性体组分和分散剂捏合之后，将所生成捏合体与聚丙烯捏合。
通过按预定比例添加聚丙烯、颜料和分散剂，并且优选按预定次序将它们捏合(knead)制备本发明所述的着色剂组合物。该着色剂组合物可以制备出具有良好不透明效果的着色模塑制品。
发明详述以及优选实施方案下一步将更详细地根据其最佳实施方式描述本发明。在本发明中使用的聚丙烯树脂是常规已使用的普通聚丙烯树脂。实例包括有诸如均聚物、嵌段共聚物和无规共聚物之类的聚丙烯树脂。在本发明中，这些聚丙烯树脂可以单独使用，也可以结合使用。
在上述聚丙烯树脂中，均聚物的熔体指数是0.1-30(190℃，2.16kg)。更优选其熔体指数为10-20的均聚物。不优选熔体指数小于0.1，因为过小的熔体指数使着色剂组合物与待着色的材料难以捏合共混，由此不能得到微相充分分离的状态。另一方面，也不优选熔体指数大于30，因为这样过大的熔体指数导致当将该着色剂组合物通过挤出机造粒时的可加工性下降。
在本发明中使用的颜料的实例包括诸如二氧化钛、氧化铁红、红铅丹和碳黑之类的无机颜料。这些无机颜料可以单独使用，也可以结合使用。特别优选碳黑。
再有，用于本发明的弹性体组分的实例包括乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丁烯橡胶、极低密度聚乙烯(VLDPE)。特别优选熔体指数为0.1-50(190℃，2.16kg)的极低密度聚乙烯。不优选熔体指数小于0.1，因为过小的熔体指数使着色剂组合物与待着色的材料难以捏合共混，由此不能在着色模塑制品中得到微相充分分离的状态。另一方面，也不优选熔体指数大于50，因为这样过大的熔体指数导致当将该着色剂组合物在班伯里(Banbury)或同类型混合机中捏合时的可加工性下降。
脂肪酸酯类的分散剂和脂肪酰胺类的分散剂作为用于本发明的优选分散剂被提及。可以用于上述分散剂的脂肪酸包括具有9-40个碳原子的脂肪酸，例如壬酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、褐煤酸、2-羟基己酸(2-oxycaproic acid)、2-羟基硬脂酸(2-oxystearic acid)及同类型的酸。
该脂肪酸类分散剂包括上述脂肪酸的单甘油酯以及上述脂肪酸的甘油二或三酯，其中各脂肪酸基团可以相同或不同，例如，1-癸酸单甘油酯、1-硬脂酸单甘油酯、1，2-二硬脂酸甘油二酯、1-硬脂酸-2-棕榈酸甘油二酯、羟基硬脂酸甘油三酯以及1-辛酸-2，3-二硬脂酸甘油三酯。另一方面，脂肪酸的酰胺分散剂包括，例如硬脂酰胺(stearamide)、油酰胺(oleamide)、芥酸酰胺(erucylamide)、山萮酰胺(behenylamide)、甲撑二硬脂酰胺(methylenebisstearamide)、乙撑二硬脂酰胺(ethylenebisstearamide)、乙撑二油酰胺(ethylenebisoleamide)等。
本发明所述的着色剂组合物包含作上述组分为主要组分。聚丙烯树脂占该着色剂组合物的0.01-99.97wt.％，优选40-60wt.％。从可加工性角度来说，不优选聚丙烯的比例小于0.01wt.％，因为这样过低比例的聚丙烯导致着色组合物与待着色的聚丙烯树脂的可混合性较差。另一方面，不优选聚丙烯树脂的比例大于99.97wt.％，因为聚丙烯树脂如此过高的比例使得在着色模塑制品中难于实现微相分离。
颜料占该着色组合物的0.01-60wt.％，优选20-40wt.％。不优选颜料的比例小于0.01wt.％，因为颜料如此过低的比例，造成着色剂组合物的着色力是如此低以至于该着色剂组合物不具备作为着色剂的功能。另一方面，也不优选颜料的比例大于60wt.％，因为颜料如此过高的比例导致着色剂组合物所具有的与待着色聚丙烯树脂的可混合性低劣。
弹性体组分占着色剂组合物的0.01-60wt.％，优选20-40wt.％。不优选弹性体组分的比例小于0.01wt.％，因为弹性体组分如此过低的比例使得在着色模塑制品中难于实现微相分离状态。另一方面，也不优选弹性体组分的比例大于60wt.％，因为弹性体组分如此过高的比例导致着色剂组合物所具有的与待着色聚丙烯树脂的可混合性低劣。
分散剂占该着色组合物的0.01-40wt.％，优选0.1-3wt.％。不优选分散剂的比例小于0.01wt.％，因为分散剂如此过低的比例不能充分展示分散剂的效果以至于颜料分散不充分。另一方面，也不优选分散剂的比例大于40wt.％，因为分散剂如此过高的比例导致着色剂组合物在班伯里混合机中对其加工时的可加工性低劣。
除了上述的组分以外，根据需要可以向本发明的着色剂组合物中加入一种或多种任选组分，例如，诸如润滑剂、抗静电剂、紫外线吸收剂和抗氧剂之类的一种或多种添加剂。
可以通过捏合0.01-60wt.％的颜料、0.01-60wt.％的弹性体组分、0.01-40wt.％的分散剂和0.01-99.97wt.％的聚丙烯树脂得到含有上述组分的本发明所述的着色剂组合物。捏合时混合温度优选为150-250℃。这样的着色剂组合物用作着色剂母料，尤其适用于聚丙烯树脂的着色和成型，提供具有高度不透明效果和优异表面平滑性的着色模塑制品。
作为特别优选的制备方法，是将颜料、弹性体组分和分散剂首先按上述比例在诸如班伯里之类的混合机中捏合以得到一种捏合体。这里，混合温度可以优选100-200℃。然后得到的该捏合体按上述比例与聚丙烯树脂在诸如挤出机之类的适当的捏合机中一起熔融捏合以得到该着色剂组合物。在这一熔融捏合(melting and kneading)过程中，混合温度等与以上所述的类似。
未着色的聚丙烯树脂用上述着色剂母料实施着色和模塑是根据最终模塑产品所要求的色彩密度，通过将该着色剂母料与该聚丙烯树脂混合，然后于150℃-300℃由各种挤出机、注射机成型机及同类型机械中的一种进行模塑。
实施例以下将根据本发明的实施例详细地说明本发明同时与比较实施例进行比较。应当注意在实施例和对比实施例中，各个“份数”都表示重量份。
实施例1用班伯里混合机捏合碳黑(35.0份)、弹性体组分(极低密度聚乙烯，熔体指数20)(34.0份)、脂肪酸酰胺类的分散剂(商标名称为“FATTY ACIDAMIDE E”，Kao公司产品)(0.8份)以及酚类抗氧剂(商标名称为“IRGANOX1076”，Ciba-Geigy AG产品)(0.2份)。
用亨舍尔(Henschel)混合机将上述捏合体(70.0重量份)和聚丙烯树脂(均聚物，熔体指数为18)(30.0份)完全混合之后，通过挤出机在150-250℃下捏合所得到的该混合体并挤出造粒以得到大小为3mm×3mm的圆柱状(pellet-shaped)着色剂母料。
将该着色剂母料(5.0份)以及与上述聚丙烯树脂种类相同的聚丙烯树脂(100.0份)混合。用合模力(clamping force)50吨的注射成型机将该聚丙烯树脂在180℃-220℃下着色并同时模塑成为50×60×2mm的模塑片材。用肉眼观察该模塑片材的不透明效果，结果表示在表1中。
用剃刀切断该模塑片材，用电子显微镜观察其断面。结果，证实了颜料-弹性体组分的微相分离状态。该结果也在表1中表示。应注意，在表1中分数3-5分别表明相应模塑片材的不透明效果的等级，或者表明在该相应的模塑片材中颜料-弹性体组分微相分离状态的程度，分值越大表明不透明效果越好或微相分离状态越好，并且4以及大于4的数值被认为是可以接受的。
表1明显显示实施例1的模塑片材的不透明效果好。而且，在实施例1的模塑片材中颜料-弹性体组分在该聚丙烯树脂中分离成为微相的状态也好。
实施例2将氧化铁红(35.0份)、弹性体组分(极低密度聚乙烯，熔体指数20)(34.0份)、“FATTY ACID AMIDE E”(0.8份)以及“IRGANOX 1076”(0.2份)用班伯里混合机捏合。
在上述得到的捏合体(70.0重量份)和聚丙烯树脂(均聚物，熔体指数为18)(30.0份)在亨舍尔混合机中完全混合之后，通过挤出机在150-250℃下捏合所得到的该混合体并挤出造粒以得到大小为3mm×3mm的圆柱状着色剂母料。
将该着色剂母料(5.0份)以及与上述聚丙烯树脂种类相同的聚丙烯树脂(100.0份)混合。用合模力50吨的注射成型机将该聚丙烯树脂在180℃-220℃下着色并同时模塑成为50×60×2mm的模塑片材。用肉眼观察该模塑片材的不透明效果，结果表示在表1中。
用剃刀切断该模塑片材，用电子显微镜观察其断面。结果，证实了颜料-弹性体组分的微相分离状态。该结果也在表1中表示。
表1明显显示实施例2的模塑片材的不透明效果好。而且，在实施例2的模塑片材中颜料-弹性体组分在该聚丙烯树脂中分离成为微相的状态也好。
实施例3将氧化铁红(35.0份)、弹性体组分(极低密度聚乙烯，熔体指数20)(34.0份)、聚丙烯树脂(均聚物，熔体指数为18)(30.0份)、“FATTY ACID AMIDEE”(0.8份)和“IRGANOX 1076”(0.2份)用班伯里混合机捏合，其中这些组分与实施例2使用的相应组分的种类相同。
使用挤出机在140-230℃下将上述得到的捏合体捏合并挤出造粒以得到大小为3mm×3mm的圆柱状着色剂母料。将该着色剂母料(5.0份)以及与上述聚丙烯树脂种类相同的聚丙烯树脂(100.0份)混合。用合模力50吨的注射成型机将该聚丙烯树脂在160℃-180℃下着色并同时模塑成为50×60×2mm的片材。用肉眼观察该模塑片材的不透明效果，结果表示在表1中。
用剃刀切断该模塑片材，用电子显微镜观察其断面。结果，证实了颜料-弹性体组分的微相分离状态。该结果也在表1中表示。
表1明显显示实施例3的模塑片材比实施例2的模塑片材的不透明效果稍差，但仍处于可以接受的范围内。而且，在实施例3的模塑片材中的聚丙烯树脂中颜料-弹性体组分微相分离状态比实施例2的模塑片材中的聚丙烯树脂中颜料-弹性体组分微相分离状态也稍差，但仍处于可以接受的范围内。
实施例4除了用相同数量的脂肪酸酯类分散剂(商标名为“EXEL T-95POWDER”，KAO公司产品)代替“FATTY ACID AMIDE E”之外，按与实施例1同样的方式制备一种着色模塑片材，然后象实施例1那样作测试。其结果在表1中表示。
表1明显显示实施例4的模塑片材的不透明效果好。而且，在实施例4的模塑片材中颜料-弹性体组分在该聚丙烯树脂中分离成为微相的状态也好。
比较实施例1碳黑(35.0份)、聚丙烯树脂(均聚物，熔体指数为18)(64.0份)、“FATTYACID AMIDE E”(0.8份)以及“IRGANOX 1076”(0.2份)用班伯里混合机捏合，其中这些组分与实施例1使用的相应组分的种类相同。
上述所得到的捏合体用挤出机在150-250℃下捏合并挤出造粒以得到大小为3mm×3mm的圆柱状着色剂母料。
将该着色剂母料(5.0份)以及与上述聚丙烯树脂种类相同的聚丙烯树脂(100.0份)混合。用合模力50吨的注射成型机将该聚丙烯树脂在180℃-220℃下着色并同时模塑成为50×60×2mm的模塑片材。用肉眼观察该模塑片材的颜色密度(不透明效果)，结果表示在表1中。
表1明显显示从比较实施例1的不含弹性体组分的配方中不能获得足够的不透明效果。
比较实施例2碳黑(35.0份)、弹性体组分(极低密度聚乙烯，熔体指数20)(64.0份)、“FATTY ACID AMIDE E”(0.8份)以及“IRGANOX 1076”(0.2份)用班伯里混合机捏合，其中这些组分与实施例1使用的相应组分的种类相同。
上述所得到的捏合体用挤出机在150-250℃下捏合并挤出造粒以得到大小为3mm×3mm的圆柱状着色剂母料。
将该着色剂母料(5.0份)以及与上述聚丙烯树脂种类相同的聚丙烯树脂(100.0份)混合。用合模力50吨的注射成型机将该聚丙烯树脂在180℃-220℃下着色并同时模塑成为50×60×2mm的模塑片材。用肉眼观察该模塑片材的不透明效果，结果表示在表1中。
用剃刀切断该模塑片材，用电子显微镜观察其断面。结果，证实了颜料-弹性体组分的微相分离状态。该结果也在表1中表示。
表1明显显示比较实施例2的不含聚丙烯树脂的配方在不透明效果方面比实施例1的模塑片材稍差，尽管比较实施例2模塑片材的不透明效果仍处于可以接受的范围内。另一方面，比较实施例2的模塑片材的聚丙烯树脂中的颜料-弹性体组分的微相分离状态也不充分。
比较实施例3除了用相同数量的“EXEL T-95 POWDER”代替“FATTY ACID AMIDEE”之外，按与比较实施例1同样的方式制备着色模塑片材，然后象比较实施例1那样作测试。其结果在表1中表示。
表1明显显示从比较实施例3的不含弹性体组分的配方中不能获得足够的不透明效果。
表1
本申请要求2004年7月12提交的日本专利申请JP2004-204978和JP2004-204979的优先权，这些申请引入本文作为参考。
权利要求
1.一种着色剂组合物包含0.01-99.97wt.％的聚丙烯树脂，0.01-60wt.％的颜料，0.01-60wt.％的弹性体组分，以及0.01-40wt.％的分散剂。
2.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述聚丙烯树脂的熔体指数为0.1-30(190℃，2.16kg)。
3.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述颜料是选自无机颜料组成的组中的至少一种。
4.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述颜料是碳黑。
5.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述弹性体组分的熔体指数为0.1-50(190℃，2.16kg)。
6.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述弹性体组分是极低密度聚乙烯。
7.如权利要求1所述的着色剂组合物，其中所述分散剂是选自脂肪酸酯类分散剂和脂肪酸酰胺类分散剂所组成的组中的至少一种。
8.一种制备着色剂组合物的方法，其中包含捏合0.01-99.97wt.％的聚丙烯树脂、0.01-60wt.％的颜料、0.01-60wt.％的弹性体组分和0.01-40wt.％的分散剂。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述在颜料、弹性体组分和分散剂捏合之后，将所生成捏合体与所述聚丙烯捏合。
全文摘要
一种着色剂组合物包含0.01－99.97wt.％的聚丙烯树脂、0.01－60wt.％的颜料、0.01－60wt.％的弹性体组分以及0.01－40wt.％的分散剂。可以通过将它们捏合在一起以制备该着色剂组合物。
文档编号C08K3/04GK1721471SQ200510077809
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年7月12日
发明者长尾谦, 伊藤淳一 申请人:大日精化工业株式会社