製備具有色旋效果的成型製品的方法
2023-12-02 22:58:26
專利名稱：製備具有色旋效果的成型製品的方法
相關申請的交叉引證本申請要求2000年1月29日申請的美國臨時申請No.60/179339的優先權。
可通過擠塑或模塑(如注模或吹模)製備適於用作書寫工具筒體的成型製品。當製備基本上恆定直徑的成型製品時，有時可優選使用一種或多種螺杆的擠塑工藝，因為可以以連續或半連續成型製品的形式製備擠塑物。當與模塑工藝，特別是那些要求隨後的切割和/或碾磨步驟的模塑工藝相比時，這可使人們以顯著較高的產率製造更均勻的部件，。過去通過諸如以下所列出的工藝製備書寫工具用的筒體。
1.通過混合碾碎的多重著色的CA碎片製備具有分散在整個塊狀物中的多重顏色的著色CA塊，其中將所述碎片放入壓榨機中並與合適的增塑劑混合。通過施加足夠的熱量和壓力，將混合材料熔化成固體塊狀物。接著切割著色塊並碾磨成適於用作書寫工具筒體的單個多色部件。
2.使用單或雙螺杆擠塑機塑化，共擠塑CA與一種或多種濃色母料。使用多螺線擠塑模頭，通過在模頭的多個平面裡交叉配置的螺線，以便在擠塑物的整個橫截面插入著色的濃縮的樹脂。接著切割擠塑物並碾磨成適用於筆筒的單個管狀部件。
3.將聚乙烯或聚丙烯與用作濃色母料載體的較高熔點的結晶聚烯烴(如聚甲基戊烯(PMP))混合。在注模聚乙烯或聚丙烯的正常溫度下，攜帶著色劑的PMP仍是固體並且通過熔化進行分散，從而提供三維旋轉效果。通常使用柱塞式注模機，因為需要使直接混合最小化，而直接混合提供均勻著色的擠塑物，而不是具有色旋效果的擠塑物。
4.在類似柱塞式注模的工藝中，使用作為濃色母料載體的結晶PET擠塑聚苯乙烯，但是色旋料和聚苯乙烯之間的界面粘合力通常不足。
5.一種聚合物也可模塑成適用於書寫工具筒體的管狀部件，接著使用預印刷的龜殼著色圖案著色。
接著使載體中的濃色母料與可流動的、優選熱塑性的基礎樹脂混合，該樹脂用於製備適於用作書寫工具筒體的成型製品。這一優選的基礎熱塑性樹脂可包括，例如聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物或聚碳酸酯。當需要背景色時，也可在無定形聚合物載體中提供另一著色劑。
優選地，色旋效果不是僅在表面上，而是在本發明所製備的成型製品的整個橫截面存在。通常在本發明方法中使用約1％到約10％，優選約1％到5％，(基於所有可擠塑或可模塑的組合物的重量)的濃色母料。使用本發明方法所提出的濃色母料可提供成型製品，其中這種濃色母料與用作製備這種部件的基礎樹脂所使用的可模塑或可擠塑材料具有很好的相容性。這種相容性使人們容易地製造用作書寫工具筒體的具有充足整體性、界面粘合力以及強度的薄壁部件。
本發明的方法包括1)提供一種含下列物質混合物的第一種濃色母料a)攜載在結晶有機聚合物和無定形(非結晶或很低結晶度)有機聚合物混合物中的第一種著色劑，和任選的b)攜載在無定形有機聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無定形聚合物與步驟a)的第一種著色劑中用作載體的聚合物相容；2)提供與步驟1a)的濃色母料和任選的步驟1b)的濃色母料相容的一種可流動的聚合物，優選熱塑性的無定形有機聚合物，其中可流動聚合物在施加足夠的熱量和壓力下，能形成成型製品；3)將步驟1a)的濃色母料和任選的步驟1b)的濃色母料以及步驟2)的可流動有機聚合物轉移到能製備成型製品的擠塑機或模塑機中；4)提供充足的熱量，保持步驟3)中混合物的溫度高於步驟1)和2)中的結晶和無定形聚合物二者的玻璃化轉變溫度，也高於步驟1)中的無定形聚合物和步驟2)中的熱塑性聚合物熔融或流動的溫度(熔體或流動溫度)，但是還低於步驟1a)中的結晶聚合物的熔融或流動溫度；5)通過提供充足的壓力，並且在必要的擠塑機或模塑機中混合，製備成型製品，從而使1a)中的濃色母料至少分布在成型製品的表面上，以便至少在成型製品的表面上賦予色旋效果，和任選地使步驟1b)中的濃色母料至少分布在整個成型製品的表面上，提供基本均勻的背景色，從而形成成型製品。
與製備具有特殊表面色彩效果的成型製品所使用的現有技術(上面列舉了其中的一些方法)相比，本發明的方法提供了顯著的優點。這些優點是1)當形成成型製品時，能使用標準的螺杆構型，2)不需要柱塞式模塑機，3)在製備所需的成型製品中，能使用典型的機器安裝，4)在製備這一成型製品中，不需要低的反壓，和5)不需要特殊的擠塑模頭。
在通常的擠塑或模塑條件下，分散在結晶聚合物中的著色劑單獨提供在沒有熔融的丸粒或彩色珍珠的成型製品中的分散性。僅僅使用作為著色劑載體的無定形聚合物提供著色劑的精細分散，但這僅用於製備基本上均勻著色的成型製品，而不是至少在表面上具有色旋效果的成型製品。在本發明方法中，使用作為著色劑載體的無定形聚合物和結晶聚合物的混合物，使人們能製備至少在表面上具有色旋效果和條紋的成型製品，該方法也能提供三維色彩效果。
優選實施方案的說明在形成成型製品的濃色母料和最終的聚合物混合物二者中，著色劑(優選包括一種或多種顏料)的濃度取決於所需色彩效果的程度和色彩強度。然而，在使用無定形聚合物和結晶聚合物作為載體的濃色母料中，著色劑的濃度基於該濃色母料的總重量優選為約0.5wt％，優選為約1wt％到約5wt％，其中所述的濃色母料提供背景色。在含結晶和無定形聚合物混合物的載體中的著色劑，其濃度基於該濃色母料的總重量優選為約0.5wt％到5wt％。濃色母料優選分布在整個成型製品的橫截面中，以便能製備在其表面上具有三維色彩效果的成型製品。
可用作著色劑的載體或用作成型製品基礎樹脂的優選聚合物是1)被C1-4烷基或氯原子取代的或未被取代的乙烯基芳族單體的結晶或無定形聚合物，2)這種乙烯基芳族單體和被C1-4烷基取代的或未被取代的丙烯腈或甲基丙烯腈的無定形共聚物，3)這種乙烯基芳族單體和丙烯酸C1-4烷基酯或甲基丙烯酸C1-4烷基酯的無定形共聚物，和4)這種乙烯基芳族單體和C4-6共軛二烯烴的無定形共聚物。在本發明的方法中，有必要使用作著色劑載體的結晶和無定形聚合物之間以及載體聚合物與用作成型製品基礎樹脂的聚合物之間的相容性最大。因此，通常優選使用化學上類似的聚合物以完成所有這些功能。例如，若無定形聚苯乙烯是成型製品的基礎樹脂，則結晶和無定形苯乙烯聚合物可用作著色劑的載體樹脂。
特定的優選聚合物是結晶和無定形聚苯乙烯、苯乙烯和丙烯腈或甲基丙烯腈的無定形共聚物、苯乙烯和丙烯酸C1-4烷基酯或甲基丙烯酸C1-4烷基酯(如甲基丙烯酸甲酯)的無定形共聚物以及苯乙烯和丁二烯或戊二烯的無定形共聚物。在本發明方法中作為著色劑載體的結晶與無定形聚合物之比可在寬的範圍內變化。對於上述無定形和結晶聚合物的優選類型的混合物來說，優選的範圍是從50-99wt％無定形聚合物或共聚物到1-50wt％結晶聚合物或共聚物。在選擇充當成型製品的基礎樹脂用的材料時，優選選擇顯示良好抗刮力和具有良好表面硬度的材料。
任選的，但優選的背景色可以是不透明、半透明或透明的顏色。不透明的背景在成型製品表面上的隨機區域處提供色旋，並且提供二維效果。半透明的背景能產生具有某種深度的彩色條紋或色旋，並且提供三維效果的端倪。提供基本上透明著色的背景則產生完全展開的三維色旋，這是一種完美的「龜殼」效果。
優選使用單或雙螺杆擠塑機將顏料分散在載體中，但也可使用本領域公知的其它機械混合儀。一般地，取決於載體樹脂的熔點，通常在約250℃到約300℃的溫度下，在擠塑機中配製在含結晶聚合物的載體中的濃色母料。取決於載體樹脂的熔點，通常在約200℃到250℃的溫度下，在擠塑機中配製在含無定形聚合物和結晶聚合物混合物的載體中的濃色母料。在模塑或擠塑設備中的聚合物/濃色母料混合物升溫到至少等於步驟1)中的無定形聚合物和步驟2)中的可流動聚合物，優選熱塑性聚合物二者的熔融或流動溫度，但低於步驟1a)中的結晶聚合物的熔融或流動溫度之後，進行成型製品的形成。在此溫度點下，可擠塑熔化或流動的混合物或終止模塑工藝，從而提供具有所需色彩特徵的成型製品。優選地，在約200℃到小於275℃的溫度下注模成型製品。
實施例1在單螺杆擠塑機中，在約270℃的溫度下混合下述物質，提供第一種濃色母料1)1706.7g的BX0420 MIPS(來自BASF的中等抗衝擊聚苯乙烯，其玻璃化轉變溫度為95℃和流動溫度為160-200℃)，2)378.9g的QUESTRA QA 101(來自Dow Chemical的間規[結晶]聚苯乙烯，其玻璃化轉變溫度為95℃和熔融或流動溫度為275℃)，3)17.1g的MONARCHBLACK 700(來自Cabot的碳黑)，4)0.08g HUBERCARB Q6(來自J.M.Huber的碳酸鈣)，5)428.6g的SANDOPLAST RED G POWDER(來自Clariant Corp.的紅色染料)，6)15.0g POLYSOLVE YELLOW 33G(來自Polysolve的黃色染料)和7)K-RESIN KR05(來自Phillips的75％苯乙烯-25％丁二烯共聚物，其玻璃化轉變溫度為約90℃和流動溫度為160-200℃)。在單螺杆擠塑機中，在約225℃的溫度下混合苯乙烯-丙烯酸共聚物和藍色染料，從而提供含有1543.0g NAS 30 ACRYLIC(來自NovaChemicals的苯乙烯-丙烯酸共聚物，其玻璃化轉變溫度為100℃和熔融或流動溫度為160-200℃)和272.0g MACROLEX BLUE 3R(來自Bayer的藍色染料)的第二種濃色母料。將20g第一種濃色母料和20g第二種濃色母料與1.996kg無定形聚苯乙烯樹脂(其玻璃化轉變溫度為95℃和流動溫度為160-200℃)一起送入配有標準澆注系統的注模機中。注模機的溫度保持在約225℃，該溫度足夠高，從而引起苯乙烯-丁二烯共聚物和中等抗衝擊聚苯乙烯流動，但SPS不流動。濃色母料充分地分散在熔融混合物中和所得模塑的成型製品在所得成型製品的整個橫截面處具有基本上均勻的藍色背景和多重色旋效果。
實施例2除了第一種濃色母料含有476.7g QUESTRA QA 101(SPS)，885.3g390-11 GPPS(來自American P0lymers的通用聚苯乙烯，其玻璃化轉變溫度為95℃和熔融或流動溫度為160-200℃)和454.0g AFFLAIR 363SHIMMER GOLD(來自EM Industries的珠光顏料)之外，重複實施例1的方法。擠塑和模塑溫度與實施例1相同，和約225℃的注模溫度高於390-11 GPPS的流動溫度，但低於SPS的流動溫度。所得成型製品在所得成型製品的整個橫截面處具有基本上均勻的藍色背景和色旋效果。
實施例3除了第一種濃色母料含有476.7g QUESTRA QA 101(SPS)，885.3g390-11 GPPS和454.0g AFFLAIR 163 SHIMMER PEARL(來自EMIndustries的珠光顏料)之外，重複實施例1的方法。擠塑和模塑溫度與實施例1相同，和約225℃的注模溫度高於390-11 GPPS的流動溫度，但低於SPS的流動溫度。所得成型製品在所得成型製品的整個橫截面處具有基本上均勻的藍色背景和色旋效果。
實施例4除了第一種濃色母料含有476.7g QUESTRA QA-1(SPS)，454gKRATON G1651(來自Shell)和72g二氧化鈦白色顏料(以R-101的形式來自DuPont)之外，重複實施例1的方法。第二種濃色母料具有相同比例的相同樹脂，但帶有72g碳黑顏料(作為VULCAN 9A-32的形式來自Cabot)。除了擠塑和模塑溫度介於180-260℃之外，擠塑和模塑條件類似於實施例1。將濃色母料以1∶1的比例排入到PRO-FAX(來自Basell的聚丙烯)中，其中濃色母料佔所有物質的4％。所得成型製品具有透明的背景，其中不連續的黑色和白色形狀懸浮在該製品內。
權利要求
1.一種在所述成型製品的表面上具有色旋效果的成型製品的製備方法，該方法包括a)提供攜載在結晶有機聚合物和無定形有機聚合物混合物中的含第一種著色劑的第一種濃色母料，和任選地提供攜載在無定形有機聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無定形聚合物與第一種著色劑中用作載體的聚合物相容；b)提供與步驟a)的濃色母料相容的一種可流動的有機聚合物；c)將步驟a)的濃色母料和步驟b)的可流動有機聚合物轉移到能製備成型製品的擠塑機或模塑機中；d)提供充足的熱量，保持步驟c)中混合物的溫度高於步驟a)和b)中聚合物的玻璃化轉變溫度，也高於步驟a)中的無定形聚合物熔融或流動的溫度，但是低於步驟a)中結晶聚合物的熔融或流動溫度；e)通過提供充足的壓力和必要的混合，製備成型製品，從而使濃色母料進行分布，以便在所述成型製品的表面上賦予色旋效果來形成成型製品。
2.權利要求1的方法，其中步驟b)中的可流動有機聚合物是熱塑性的。
3.權利要求1的方法，其中第一種和第二種著色劑是顏料。
4.權利要求1的方法，其中步驟a)中的無定形有機聚合物是和步驟b)中的可流動有機聚合物均選自a)被C1-4烷基或氯原子取代的或未被取代的乙烯基芳族單體的聚合物，b)這種乙烯基芳族單體和被C1-4烷基取代的或未被取代的丙烯腈或甲基丙烯腈的共聚物，c)這種乙烯基芳族單體和丙烯酸C1-4烷基酯或甲基丙烯酸C1-4烷基酯的共聚物，和d)這種乙烯基芳族單體和C4-6共軛二烯烴的共聚物。
6.權利要求1的方法，其中步驟a)中的結晶有機聚合物是被C1-4烷基或氯原子取代的或未被取代的乙烯基芳族單體的聚合物。
7.權利要求1的方法，其中步驟c)中的擠塑機或模塑機是一種注塑機或吹塑機。
8.權利要求1的方法，其中步驟c)中的擠塑機或模塑機是一種擠塑機。
9.權利要求1的方法，其中第一種著色劑包括0.5wt％-5wt％的第一種濃色母料。
10.權利要求1的方法，其中第二種著色劑包括0.5wt％-5wt％的第二種濃色母料。
11.權利要求1的方法，其中成型製品是一種書寫工具用的筒體。
全文摘要
一種在表面上具有色旋效果的成型製品的製備方法，該方法包括a)提供攜載在結晶有機聚合物和無定形有機聚合物混合物中的含第一種著色劑的第一種濃色母料，和任選地提供攜載在無定形有機聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無定形聚合物與第一種著色劑中用作載體的聚合物相容；b)提供與步驟a)的濃色母料相容的一種可流動的有機聚合物；c)將步驟a)的濃色母料和步驟b)的可流動有機聚合物轉移到能製備成型製品的擠塑機或模塑機中；d)提供充足的熱量，保持步驟c)中混合物的溫度高於步驟a)和b)中聚合物的玻璃化轉變溫度，也高於步驟a)中的無定形聚合物熔融或流動的溫度，但是低於步驟a)中結晶聚合物的熔融或流動溫度；e)通過提供充足的壓力和必要的混合，製備成型製品，從而使濃色母料進行分布，以便在成型製品的表面上賦予色旋效果來形成成型製品。
文檔編號B29C45/16GK1396860SQ01804224
公開日2003年2月12日 申請日期2001年1月29日 優先權日2000年1月29日
發明者W·G·布拉休斯, R·D·卡萊斯, D·G·嘉伯瑞, D·Y·喬伊 申請人:科萊恩金融(Bvi)有限公司