專利名稱：新型濃縮添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造熱塑性制品的濃縮添加劑的制造，特別是著色添加劑濃縮物的制造。
已知的著色濃縮物由含有高含量顏料或染料的聚合物樹脂組合物組成，其通常為丸狀或方粒狀?！矃⒁姡?，現(xiàn)代塑料(Modern Plastics)，1991年10月中旬，155、156和158頁?！碀饪s物能夠包含較大的粒子，例如絨屑狀纖維或片狀材料如云母。制造商能夠以一種簡單的具有重現(xiàn)性的方法通過把聚合物樹脂和小比例如最高約4％(重量)的濃縮添加劑共混制造具有希望的色澤和外觀的制品。該聚合物樹脂也稱作稀釋樹脂，濃縮添加劑也稱作母料。使用粒狀母料而不是液體或干態(tài)著色劑或其他添加劑時，容易進行加工，并且比較干凈。使用母料也便于在貯藏、運輸和稱重時操作。這類已知濃縮物典型地是使用強力混合機如螺桿擠出機、班伯里型混煉機或配混輥煉機通過將著色劑或其他添加劑熔融配混到聚合物樹脂載體中制備的。著色濃縮物典型地包含50～80％(重量)顏料或染料。包含大粒子的濃縮物因為難以配混通常濃度較低。
Thomas B Reeve在題為“塑料顏料分散體的研究”中敘述了一種將顏料、二氧化鈦和樹脂干混生產(chǎn)淡色濃縮物，隨后擠出配混生產(chǎn)著色濃縮物的方法。該文發(fā)表在“塑料-迎接未來的挑戰(zhàn)”，1982年5月10～13日在加里福尼亞州圣弗蘭西斯科舉行的第40次技術(shù)年會和展覽會(ANTEC ′82)論文集，p 389-392(美國橡膠與塑料研究協(xié)會(RAPRA)文摘229169)。假如省去擠出配混工序，那末顯色強度則大大降低，并且還發(fā)現(xiàn)斑點化程度大得多。
美國專利US-A-5187202公開了一種粒狀著色濃縮物，它包含最多約80％(重量)的熱塑性聚合物，至少約5％、最多約30％(重量)的纖維素短纖維或絨屑，最多約10％(重量)的至少一種分散助劑。濃縮物可以在已知類型高剪切混合機或擠出設(shè)備中通過將各組分均勻混合制備。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)能包含高含量大粒子的特別是纖維狀或片狀粒子的濃縮添加劑的方法。
按照本發(fā)明，提供了一種制造添加劑著色濃縮物的方法，該濃縮物包含大小為5微米至10毫米的纖維和/或薄片的成形著色添加劑粒子以及熱塑性聚合物或預(yù)聚物或蠟粘結(jié)劑，該方法包括下列工序(a)將添加劑粒子和粘結(jié)劑在室溫下以干態(tài)混合；(b)任選采用足以使粘結(jié)劑軟化而又不足以使粒子顯著熔融的熱量，將所得混合物壓實，以便形成粘合體；和(c)任選粉碎所得粘合體。
在本發(fā)明生產(chǎn)的濃縮添加劑中的成形粒子包括纖維狀如纖維絨屑，或片狀例如有機片狀材料如切碎的或磨碎的基于聚合物的薄膜如粘膠膜或其他聚合物或基于交聯(lián)聚合物的薄膜材料，或無機材料如云母。粒子可以全部為基本相同的形狀和大小，或也可是不同的形狀和大小。假若使用片狀粒子作為濃縮物的基本部分，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)加入小比例纖維狀粒子是理想的，例如0.25～15％(重量)，優(yōu)選1～10％(重量)。這些粒子可以全部是同種顏色和材料，或者可以是不同的顏色和/或材料，或者可以是無色或未著色的即原色的。在一個實施方案中，濃縮物包含至少兩種不同顏色的粒子。該類濃縮添加劑是含有著色的例如染料染色或顏料著色的纖維、絨屑或薄片的著色濃縮物。
優(yōu)選基本上所有粘結(jié)劑粒子的最大尺寸為10～100微米。
優(yōu)選纖維的直徑可以為5微米至60微米，經(jīng)常為7～30微米，纖維長度為500微米至10毫米或者100微米或250微米至10毫米。這類纖維通常稱為短纖維，也可以稱為絨屑，特別是當(dāng)纖維長度為約5毫米以下時。纖維絨屑可以通過將較長的纖維切斷成長度為約250微米或250微米以上的方法制備。較短的絨屑可以通過研磨如深冷磨碎的方法制備。優(yōu)選薄片以薄膜平面計的單位重量可以為10～50克/米2，最大尺寸可以為50微米至5毫米或者10微米或25微米至5毫米。適合的薄片可以通過例如將聚合物薄膜切斷或研磨或撕碎(包括深冷磨碎)的方法制備。顯然，要求粒子的形狀和組成應(yīng)該不損壞如磨蝕加工設(shè)備。所以，與玻璃纖維相比，玻璃薄片通常很少使用。
成形粒子可以基本上由天然有機聚合物、合成有機聚合物或玻璃組成。其可以基本由加工了的天然聚合物組成，例如基本可以由天然纖維素或再生粘膠形式的纖維素組成。可以優(yōu)選使用合成有機聚合物或加工了的天然有機聚合物。另一方面，在某些應(yīng)用中可以優(yōu)選使用玻璃粒子。適當(dāng)類型的玻璃的實例包括A-、C-、E-和S-玻璃。每種聚合物粒子通常含有一種聚合物但是可以含有一種以上聚合物的混合物。在共混物中的粒子可以由同種或不同種聚合物或聚合物混合物組成。選擇聚合物粒子的材料應(yīng)該考慮該材料與待加入的粒子粘結(jié)劑之間的相容性。一種具體類型的聚合物粒子是未增塑的纖維素薄膜，任選顏料著色，例如由粘膠法制造的再生纖維素薄膜，將該薄膜磨碎到規(guī)定尺寸并任選染料染色或顏料著色。
聚合物粒子優(yōu)選在加工溫度下既有機械穩(wěn)定性又有熱穩(wěn)定性，特別是在熱塑性加工中，以便基本保持聚合物粒子的原有形狀并且在該加工過程中不降解。在加工期間粒子變形可以引起由此制成的塑料制品外觀有條紋。在生產(chǎn)濃縮添加劑時，聚合物粒子應(yīng)彼此保持分立。只要在壓制過程中粒子不發(fā)生顯著變形，聚合物就可以是熱塑性聚合物?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，某些熱塑性聚合物，特別是半結(jié)晶聚合物，可以在高于其玻璃化溫度下加工，且不發(fā)生這種變形。其他熱塑性聚合物，特別是無定形聚合物，優(yōu)選在低于其玻璃化溫度下加工。聚合物可以是交聯(lián)聚合物，可以是熱固性聚合物。聚合物可以是在接近其分解溫度的溫度下仍具有其原有機械穩(wěn)定性的聚合物，該分解溫度高于壓制時的溫度(有或沒有外加熱)。例如，聚合物可以是纖維素，特別是再生粘膠，或者丙烯腈聚合物或共聚物，特別是含有至少85％(重量)丙烯腈單元的共聚物?？梢允褂玫牧硪活愑袡C聚合物包括聚酰胺如聚酰胺6∶6和聚酰胺4∶6、聚酯、聚乙烯(如高密度或低密度聚乙烯)和可交聯(lián)的乙烯共聚物?？梢酝ㄟ^用堿金屬鹽(saline)形成接枝或輻射實現(xiàn)聚合物交聯(lián)。
聚合物粒子能夠顏料著色或染料染色成所選擇的顏色。假若使用聚合物粒子的共混物，那末該共混物可以包含小比例的白色和/或黑色顏料著色的粒子，例如消光顏料著色纖維，除了個別顏色的粒子之外。也能使用纖維素和丙烯腈共聚物。當(dāng)然，可以得到精確可控制的廣泛濃色范圍的有機聚合物粒子。聚合物粒子可以在制造時顏料著色染料染色，或者可以在制造后染色。玻璃粒子或玻璃纖維也是可用的一類著色劑。優(yōu)選的是著色的聚合物粒子具有優(yōu)良光牢度。
另一方面本發(fā)明使用的成形粒子可以是同色而不同形狀。例如，添加劑可以包含相同或相似顏色的纖維和薄片的混合物。也可以使用無色聚合物粒子。這類無色粒子的實例包括有機纖維如既不含染料也不含顏料的粘膠纖維和丙烯酸酯類纖維和玻璃纖維。
除了成形粒子之外，本發(fā)明的濃縮物可以另外包含一種或多種小比例常規(guī)顏料。雖然在某些應(yīng)用中會希望顏料比例較高，例如5～10％，但是通常優(yōu)選顏料比例不大于約5％，以成形粒子重量計，包括任何顏料的百分比。優(yōu)選的顏料是白色顏料如二氧化鈦。濃縮物可以另外包含小比例常規(guī)染料。
可以使用的其他粒子包括云母片，石英粒子、短切碳纖維、乳光、珠光和熒光顏料，金屬顏料和玻璃纖維。
本發(fā)明使用的粘結(jié)劑通常是熱塑性樹脂，用于將成形粒子粘結(jié)在一起。優(yōu)選粘結(jié)劑易于與稀釋樹脂相溶混。事實上優(yōu)選粘結(jié)劑與稀釋樹脂完全相同。這樣能使粒子均勻分散。母料技術(shù)眾所周知的粘結(jié)劑實例包括低密度聚乙烯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯和礦物蠟。所以粘結(jié)劑是熱塑性聚合物，優(yōu)選為小顆粒狀(一種沉淀粉末)，熱塑性產(chǎn)物前體或蠟(例如聚乙烯蠟)，例如以粉末形式。樹脂或蠟的典型粒度為10～100微米，優(yōu)選為30～90微米。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，當(dāng)添加劑為例如能涂一層粘結(jié)劑的薄膜狀或纖維狀材料時，本發(fā)明方法的(a)工序以如下工序代替(i)添加劑至少用粘結(jié)劑部分涂敷；和(ii)將這樣涂敷的添加劑粉碎，以提供大小為5微米～10毫米的纖維和/或片粒。
然后將工序(ii)生產(chǎn)的成形粒子按照本發(fā)明方法的(b)和(c)工序以正常方式處理。這樣本發(fā)明的這個實施方案事實上提供了一種優(yōu)選的混合粒子和粘結(jié)劑方法。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的優(yōu)點在于在粉碎如研磨步驟之前，將粘結(jié)劑層有控制地涂敷到添加劑表面能提高隨后的壓實能力使粒子“焊接”成粘合體；能降低所需要的粘結(jié)劑總量；并且省去了干混步驟。
當(dāng)添加劑是可擠出形式時，優(yōu)選實施方案的工序(i)可以通過將添加劑與粘結(jié)劑共擠出形成涂層薄膜或纖維實施?？梢宰魈砑觿┦褂玫目蓴D出材料在工業(yè)上亦可稱為鑄塑材料，其實例包括合成有機聚合物或加工了的天然有機聚合物例如熱塑性聚合物、丙烯腈聚合物或共聚物、聚酰胺、聚酯和乙烯共聚物。
另外，如果添加劑已經(jīng)是薄膜狀或纖維狀，那末涂敷工序(i)可以通過例如輥涂或噴涂的方法。將粘結(jié)劑涂層沉積到薄膜或纖維表面上實施，以薄膜與纖維狀應(yīng)用的添加劑的適當(dāng)材料的實例包括上述任何材料以及玻璃纖維和纖維素纖維或再生粘膠纖維。
當(dāng)優(yōu)選實施方案的工序(i)形成的涂層添加劑為薄膜狀時，薄膜可以有一層添加劑(a)和一層粘結(jié)劑(b)或兩層粘結(jié)劑，后者可以描述為(b-a-b)。優(yōu)選添加劑薄膜的厚度為10～250微米。優(yōu)選添加劑纖維的直徑為5～250微米。優(yōu)選涂敷到添加劑上的粘結(jié)劑層的厚度為0.5～25微米。
當(dāng)濃縮添加劑包含小比例常規(guī)顏料和/或其他粒子時，可以在各工序加入這些顏料和粒子。例如能夠在擠壓之前加在添加劑中或者加在粘結(jié)劑中。也能象工序(a)一樣，與濃縮物干混。
優(yōu)選實施方案的粉碎工序(ii)可以通過將薄膜研磨成薄片成形粒子或?qū)⒗w維研磨成長度短的纖維粒子。粒子還可以替代地采用切斷或撕碎法生產(chǎn)。上述方法優(yōu)選不要產(chǎn)生足以致使聚合物或粘結(jié)劑軟化的熱量。所以深冷磨碎、切斷或撕碎的方法是優(yōu)選的。
通過本發(fā)明方法制備的濃縮添加劑可以包含至少約50％(重量)成形粒子?？梢园疃嗉s80％或最多約90％(重量)的這些粒子。如此高含量大粒子的著色添加劑濃縮物一般不能采用其他方法得到。
本發(fā)明方法中的混合工序(a)可以用適于本目的的已知類型的設(shè)備便利地完成。壓實(壓制)工序(b)可以分批完成，例如在熱金屬板間，該金屬板可以涂敷脫膜劑。這樣通過在模具中壓制添加劑混合物能形成粒料、塊狀料或小扁片料也可替代地使用生產(chǎn)藥丸和片劑通常使用的壓機無論是齒輪型還是活塞型均可。壓制工序可以任選連續(xù)或半連續(xù)進行，例如將固體混合物喂入加熱輥筒間的輥隙中。如此能使混合物經(jīng)沖壓機處理。然后粘合體將壓成棒狀或其他成形延伸體狀如板狀成形體。粉碎工序(c)，假若需要，可以采用以下方法方便地完成，將在壓制工序(b)中形成的粘合體切斷或壓碎成為大小或堆積密度相似的粒子，無論哪個對于塑料加工工業(yè)中常規(guī)作原料使用的粒料等都是更重要的。
顯然，施加壓力會有使粘結(jié)劑受熱軟化的趨勢。如果在工序(b)中粘結(jié)劑不軟化或者沒有充分軟化與粒子形成粘合體，那末通常可在壓制時或恰在壓制之前進行加熱。當(dāng)然應(yīng)該監(jiān)控施加的熱(和壓力)，以保證沒有明顯熔融、化學(xué)降解或粒子的不可逆機械損壞，除非需要這樣。
本發(fā)明方法制造的濃縮添加劑還可以包含少量除大粒子之外的其他物質(zhì)，例如顏料、潤滑劑、抗氧劑、紫外線穩(wěn)定劑或塑料工業(yè)已知的其他化學(xué)或機械性能促進劑。
本發(fā)明的方法能夠簡便地制造含有高比例較大粒子的濃縮添加劑。制造該添加劑能夠通過在粒狀物上施加很小的剪切力來完成，因此能夠在接近模塑機原來的工況下制得這種濃縮添加劑。這類著色濃縮物特別適于生產(chǎn)具有光潔表面的制品，如WO 95/15353所述。
以下通過實例來說明本發(fā)明，其中份數(shù)和比例均以重量計。
實 例制備粘膠纖維絨屑(3.3分特、0.5毫米長、未顏料著色)和乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)粉末(可從赫斯特公司買到，商標(biāo)名MOWLITHDM200P)的干混料。然后將該共混物在熱壓機中在150℃下壓制5分鐘，形成尺寸為約10厘米×10厘米×4毫米的片。用剪刀將這些片剪碎，以制備適于塑料模塑加料的濃縮添加劑。制備含有50、60、70、80和90％絨屑的濃縮物，每種情況均以EVA平衡。所有情況壓實的濃縮物均為可用手弄碎的疏松粘合的固體。含有60％絨屑的片稍有柔性，含有90％絨屑的片柔性較大。但往往易于破碎。
將濃縮添加劑與聚丙烯粒料混合，得到含有6％絨屑的混合物。將該混合物經(jīng)220℃模頭擠塑成薄膜。顯微檢驗表明纖維絨屑均勻分布于薄膜中。
權(quán)利要求
1.一種制造添加劑著色濃縮物的方法，該濃縮物包含大小為5微米至10毫米的纖維和/或薄片的著色添加劑粒子以及熱塑性聚合物或產(chǎn)物前體或蠟粘結(jié)劑，該方法包括下列工序(a)將添加劑粒子和粘結(jié)劑在室溫下以干態(tài)混合；(b)任選采用足以使粘結(jié)劑軟化而又不足以使粒子顯著熔融的熱量，將所得混合物壓實，以便形成粘合體；和(c)任選粉碎所得粘合體。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中粘結(jié)劑是大小為10～100微米的粒子。
3.一種制造添加劑著色濃縮物的方法，該濃縮物包含能涂一層粘結(jié)劑的著色添加劑粒子和熱塑性聚合物或產(chǎn)物前體或蠟粘結(jié)劑，該方法包括如下工序(i)用粘結(jié)劑至少部分涂敷添加劑；(ii)將這樣涂敷的材料粉碎，以提供大小為5微米至10毫米的纖維和/或片粒；(iii)任選采用足以使粘結(jié)劑軟化但不足以使粒子顯著熔融的熱量，將粉碎的材料壓實，以便形成粘合體；和(iv)任選粉碎所得粘合體。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中工序(1)包括用粘結(jié)劑輥涂添加劑。
5.按照權(quán)利要求3或4的方法，其中添加劑原來為膜狀，工序(i)包括將其一側(cè)涂膜。
6.按照權(quán)利要求3或4的方法，其中添加劑原來為膜狀，工序(i)包括將其兩側(cè)涂膜。
7.按照權(quán)利要求3的方法，其中工序(i)包括將添加劑和粘結(jié)劑共擠出。
8.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中使用至少兩種不同類型的粒子。
9.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中粒子包含長度為500微米～10毫米的纖維。
10.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中粒子包含最大尺寸為10微米～5毫米的薄片。
11.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中粘結(jié)劑是熱塑性樹脂。
12.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中濃縮物含有至少50％(重量)的粒子。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中濃縮物含有50～80％(重量)的粒子。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其中濃縮物含有50～90％(重量)的粒子。
15.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中工序(b)或(iii)在熱金屬板之間進行，通過將固態(tài)混合物喂入熱輥之間或喂入沖壓機完成。
16.按照上述權(quán)利要求任何一項的方法，其中濃縮物也含有最多10％(重量)的顏料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造包含大小為5微米至10毫米的粒子和粘結(jié)劑的濃縮添加劑的方法,該方法包括如下工序:(a)將粒子和粘結(jié)劑以干態(tài)混合;(b)任選采用足以使粘結(jié)劑軟化而又不足以使粒子顯著熔融的熱量,壓制所得的混合物,以便形成粘合體;和(c)任選粉碎所得粘合體。
文檔編號B29B13/10GK1185168SQ9619405
公開日1998年6月17日 申請日期1996年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月24日
發(fā)明者約翰·古爾德 申請人:約翰·古爾德