專利名稱：制備具有色旋效果的成型制品的方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引證本申請(qǐng)要求2000年1月29日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/179339的優(yōu)先權(quán)。
可通過(guò)擠塑或模塑(如注模或吹模)制備適于用作書寫工具筒體的成型制品。當(dāng)制備基本上恒定直徑的成型制品時(shí)，有時(shí)可優(yōu)選使用一種或多種螺桿的擠塑工藝，因?yàn)榭梢砸赃B續(xù)或半連續(xù)成型制品的形式制備擠塑物。當(dāng)與模塑工藝，特別是那些要求隨后的切割和/或碾磨步驟的模塑工藝相比時(shí)，這可使人們以顯著較高的產(chǎn)率制造更均勻的部件，。過(guò)去通過(guò)諸如以下所列出的工藝制備書寫工具用的筒體。
1.通過(guò)混合碾碎的多重著色的CA碎片制備具有分散在整個(gè)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(jī)中并與合適的增塑劑混合。通過(guò)施加足夠的熱量和壓力，將混合材料熔化成固體塊狀物。接著切割著色塊并碾磨成適于用作書寫工具筒體的單個(gè)多色部件。
2.使用單或雙螺桿擠塑機(jī)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(guò)在模頭的多個(gè)平面里交叉配置的螺線，以便在擠塑物的整個(gè)橫截面插入著色的濃縮的樹(shù)脂。接著切割擠塑物并碾磨成適用于筆筒的單個(gè)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(diǎn)的結(jié)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仍是固體并且通過(guò)熔化進(jìn)行分散，從而提供三維旋轉(zhuǎn)效果。通常使用柱塞式注模機(jī)，因?yàn)樾枰怪苯踊旌献钚』?，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(jié)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于書寫工具筒體的管狀部件，接著使用預(yù)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(dòng)的、優(yōu)選熱塑性的基礎(chǔ)樹(shù)脂混合，該樹(shù)脂用于制備適于用作書寫工具筒體的成型制品。這一優(yōu)選的基礎(chǔ)熱塑性樹(shù)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(dāng)需要背景色時(shí)，也可在無(wú)定形聚合物載體中提供另一著色劑。
優(yōu)選地，色旋效果不是僅在表面上，而是在本發(fā)明所制備的成型制品的整個(gè)橫截面存在。通常在本發(fā)明方法中使用約1％到約10％，優(yōu)選約1％到5％，(基于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(fā)明方法所提出的濃色母料可提供成型制品，其中這種濃色母料與用作制備這種部件的基礎(chǔ)樹(shù)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?nèi)菀椎刂圃煊米鲿鴮懝ぞ咄搀w的具有充足整體性、界面粘合力以及強(qiáng)度的薄壁部件。
本發(fā)明的方法包括1)提供一種含下列物質(zhì)混合物的第一種濃色母料a)攜載在結(jié)晶有機(jī)聚合物和無(wú)定形(非結(jié)晶或很低結(jié)晶度)有機(jī)聚合物混合物中的第一種著色劑，和任選的b)攜載在無(wú)定形有機(jī)聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無(wú)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(dòng)的聚合物，優(yōu)選熱塑性的無(wú)定形有機(jī)聚合物，其中可流動(dòng)聚合物在施加足夠的熱量和壓力下，能形成成型制品；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(dòng)有機(jī)聚合物轉(zhuǎn)移到能制備成型制品的擠塑機(jī)或模塑機(jī)中；4)提供充足的熱量，保持步驟3)中混合物的溫度高于步驟1)和2)中的結(jié)晶和無(wú)定形聚合物二者的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，也高于步驟1)中的無(wú)定形聚合物和步驟2)中的熱塑性聚合物熔融或流動(dòng)的溫度(熔體或流動(dòng)溫度)，但是還低于步驟1a)中的結(jié)晶聚合物的熔融或流動(dòng)溫度；5)通過(guò)提供充足的壓力，并且在必要的擠塑機(jī)或模塑機(jī)中混合，制備成型制品，從而使1a)中的濃色母料至少分布在成型制品的表面上，以便至少在成型制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(gè)成型制品的表面上，提供基本均勻的背景色，從而形成成型制品。
與制備具有特殊表面色彩效果的成型制品所使用的現(xiàn)有技術(shù)(上面列舉了其中的一些方法)相比，本發(fā)明的方法提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)是1)當(dāng)形成成型制品時(shí)，能使用標(biāo)準(zhǔn)的螺桿構(gòu)型，2)不需要柱塞式模塑機(jī)，3)在制備所需的成型制品中，能使用典型的機(jī)器安裝，4)在制備這一成型制品中，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(jié)晶聚合物中的著色劑單獨(dú)提供在沒(méi)有熔融的丸粒或彩色珍珠的成型制品中的分散性。僅僅使用作為著色劑載體的無(wú)定形聚合物提供著色劑的精細(xì)分散，但這僅用于制備基本上均勻著色的成型制品，而不是至少在表面上具有色旋效果的成型制品。在本發(fā)明方法中，使用作為著色劑載體的無(wú)定形聚合物和結(jié)晶聚合物的混合物，使人們能制備至少在表面上具有色旋效果和條紋的成型制品，該方法也能提供三維色彩效果。
優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明在形成成型制品的濃色母料和最終的聚合物混合物二者中，著色劑(優(yōu)選包括一種或多種顏料)的濃度取決于所需色彩效果的程度和色彩強(qiáng)度。然而，在使用無(wú)定形聚合物和結(jié)晶聚合物作為載體的濃色母料中，著色劑的濃度基于該濃色母料的總重量?jī)?yōu)選為約0.5wt％，優(yōu)選為約1wt％到約5wt％，其中所述的濃色母料提供背景色。在含結(jié)晶和無(wú)定形聚合物混合物的載體中的著色劑，其濃度基于該濃色母料的總重量?jī)?yōu)選為約0.5wt％到5wt％。濃色母料優(yōu)選分布在整個(gè)成型制品的橫截面中，以便能制備在其表面上具有三維色彩效果的成型制品。
可用作著色劑的載體或用作成型制品基礎(chǔ)樹(shù)脂的優(yōu)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(jié)晶或無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)定形共聚物。在本發(fā)明的方法中，有必要使用作著色劑載體的結(jié)晶和無(wú)定形聚合物之間以及載體聚合物與用作成型制品基礎(chǔ)樹(shù)脂的聚合物之間的相容性最大。因此，通常優(yōu)選使用化學(xué)上類似的聚合物以完成所有這些功能。例如，若無(wú)定形聚苯乙烯是成型制品的基礎(chǔ)樹(shù)脂，則結(jié)晶和無(wú)定形苯乙烯聚合物可用作著色劑的載體樹(shù)脂。
特定的優(yōu)選聚合物是結(jié)晶和無(wú)定形聚苯乙烯、苯乙烯和丙烯腈或甲基丙烯腈的無(wú)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(wú)定形共聚物以及苯乙烯和丁二烯或戊二烯的無(wú)定形共聚物。在本發(fā)明方法中作為著色劑載體的結(jié)晶與無(wú)定形聚合物之比可在寬的范圍內(nèi)變化。對(duì)于上述無(wú)定形和結(jié)晶聚合物的優(yōu)選類型的混合物來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的范圍是從50-99wt％無(wú)定形聚合物或共聚物到1-50wt％結(jié)晶聚合物或共聚物。在選擇充當(dāng)成型制品的基礎(chǔ)樹(shù)脂用的材料時(shí)，優(yōu)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(yōu)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制品表面上的隨機(jī)區(qū)域處提供色旋，并且提供二維效果。半透明的背景能產(chǎn)生具有某種深度的彩色條紋或色旋，并且提供三維效果的端倪。提供基本上透明著色的背景則產(chǎn)生完全展開(kāi)的三維色旋，這是一種完美的“龜殼”效果。
優(yōu)選使用單或雙螺桿擠塑機(jī)將顏料分散在載體中，但也可使用本領(lǐng)域公知的其它機(jī)械混合儀。一般地，取決于載體樹(shù)脂的熔點(diǎn)，通常在約250℃到約300℃的溫度下，在擠塑機(jī)中配制在含結(jié)晶聚合物的載體中的濃色母料。取決于載體樹(shù)脂的熔點(diǎn)，通常在約200℃到250℃的溫度下，在擠塑機(jī)中配制在含無(wú)定形聚合物和結(jié)晶聚合物混合物的載體中的濃色母料。在模塑或擠塑設(shè)備中的聚合物/濃色母料混合物升溫到至少等于步驟1)中的無(wú)定形聚合物和步驟2)中的可流動(dòng)聚合物，優(yōu)選熱塑性聚合物二者的熔融或流動(dòng)溫度，但低于步驟1a)中的結(jié)晶聚合物的熔融或流動(dòng)溫度之后，進(jìn)行成型制品的形成。在此溫度點(diǎn)下，可擠塑熔化或流動(dòng)的混合物或終止模塑工藝，從而提供具有所需色彩特征的成型制品。優(yōu)選地，在約200℃到小于275℃的溫度下注模成型制品。
實(shí)施例1在單螺桿擠塑機(jī)中，在約270℃的溫度下混合下述物質(zhì)，提供第一種濃色母料1)1706.7g的BX0420 MIPS(來(lái)自BASF的中等抗沖擊聚苯乙烯，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為95℃和流動(dòng)溫度為160-200℃)，2)378.9g的QUESTRA QA 101(來(lái)自Dow Chemical的間規(guī)[結(jié)晶]聚苯乙烯，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為95℃和熔融或流動(dòng)溫度為275℃)，3)17.1g的MONARCHBLACK 700(來(lái)自Cabot的碳黑)，4)0.08g HUBERCARB Q6(來(lái)自J.M.Huber的碳酸鈣)，5)428.6g的SANDOPLAST RED G POWDER(來(lái)自Clariant Corp.的紅色染料)，6)15.0g POLYSOLVE YELLOW 33G(來(lái)自Polysolve的黃色染料)和7)K-RESIN KR05(來(lái)自Phillips的75％苯乙烯-25％丁二烯共聚物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為約90℃和流動(dòng)溫度為160-200℃)。在單螺桿擠塑機(jī)中，在約225℃的溫度下混合苯乙烯-丙烯酸共聚物和藍(lán)色染料，從而提供含有1543.0g NAS 30 ACRYLIC(來(lái)自NovaChemicals的苯乙烯-丙烯酸共聚物，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為100℃和熔融或流動(dòng)溫度為160-200℃)和272.0g MACROLEX BLUE 3R(來(lái)自Bayer的藍(lán)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(wú)定形聚苯乙烯樹(shù)脂(其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為95℃和流動(dòng)溫度為160-200℃)一起送入配有標(biāo)準(zhǔn)澆注系統(tǒng)的注模機(jī)中。注模機(jī)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沖擊聚苯乙烯流動(dòng)，但SPS不流動(dòng)。濃色母料充分地分散在熔融混合物中和所得模塑的成型制品在所得成型制品的整個(gè)橫截面處具有基本上均勻的藍(lán)色背景和多重色旋效果。
實(shí)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(lái)自American P0lymers的通用聚苯乙烯，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為95℃和熔融或流動(dòng)溫度為160-200℃)和454.0g AFFLAIR 363SHIMMER GOLD(來(lái)自EM Industries的珠光顏料)之外，重復(fù)實(shí)施例1的方法。擠塑和模塑溫度與實(shí)施例1相同，和約225℃的注模溫度高于390-11 GPPS的流動(dòng)溫度，但低于SPS的流動(dòng)溫度。所得成型制品在所得成型制品的整個(gè)橫截面處具有基本上均勻的藍(lán)色背景和色旋效果。
實(shí)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(lái)自EMIndustries的珠光顏料)之外，重復(fù)實(shí)施例1的方法。擠塑和模塑溫度與實(shí)施例1相同，和約225℃的注模溫度高于390-11 GPPS的流動(dòng)溫度，但低于SPS的流動(dòng)溫度。所得成型制品在所得成型制品的整個(gè)橫截面處具有基本上均勻的藍(lán)色背景和色旋效果。
實(shí)施例4除了第一種濃色母料含有476.7g QUESTRA QA-1(SPS)，454gKRATON G1651(來(lái)自Shell)和72g二氧化鈦白色顏料(以R-101的形式來(lái)自DuPont)之外，重復(fù)實(shí)施例1的方法。第二種濃色母料具有相同比例的相同樹(shù)脂，但帶有72g碳黑顏料(作為VULCAN 9A-32的形式來(lái)自Cabot)。除了擠塑和模塑溫度介于180-260℃之外，擠塑和模塑條件類似于實(shí)施例1。將濃色母料以1∶1的比例排入到PRO-FAX(來(lái)自Basell的聚丙烯)中，其中濃色母料占所有物質(zhì)的4％。所得成型制品具有透明的背景，其中不連續(xù)的黑色和白色形狀懸浮在該制品內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在所述成型制品的表面上具有色旋效果的成型制品的制備方法，該方法包括a)提供攜載在結(jié)晶有機(jī)聚合物和無(wú)定形有機(jī)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(wú)定形有機(jī)聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無(wú)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(dòng)的有機(jī)聚合物；c)將步驟a)的濃色母料和步驟b)的可流動(dòng)有機(jī)聚合物轉(zhuǎn)移到能制備成型制品的擠塑機(jī)或模塑機(jī)中；d)提供充足的熱量，保持步驟c)中混合物的溫度高于步驟a)和b)中聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，也高于步驟a)中的無(wú)定形聚合物熔融或流動(dòng)的溫度，但是低于步驟a)中結(jié)晶聚合物的熔融或流動(dòng)溫度；e)通過(guò)提供充足的壓力和必要的混合，制備成型制品，從而使?jié)馍噶线M(jìn)行分布，以便在所述成型制品的表面上賦予色旋效果來(lái)形成成型制品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟b)中的可流動(dòng)有機(jī)聚合物是熱塑性的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中第一種和第二種著色劑是顏料。
4.權(quán)利要求1的方法，其中步驟a)中的無(wú)定形有機(jī)聚合物是和步驟b)中的可流動(dòng)有機(jī)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(quán)利要求1的方法，其中步驟a)中的結(jié)晶有機(jī)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(quán)利要求1的方法，其中步驟c)中的擠塑機(jī)或模塑機(jī)是一種注塑機(jī)或吹塑機(jī)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)中的擠塑機(jī)或模塑機(jī)是一種擠塑機(jī)。
9.權(quán)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(quán)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(quán)利要求1的方法，其中成型制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制品的制備方法，該方法包括a)提供攜載在結(jié)晶有機(jī)聚合物和無(wú)定形有機(jī)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(wú)定形有機(jī)聚合物中的含第二種著色劑的第二種濃色母料，其中無(wú)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(dòng)的有機(jī)聚合物；c)將步驟a)的濃色母料和步驟b)的可流動(dòng)有機(jī)聚合物轉(zhuǎn)移到能制備成型制品的擠塑機(jī)或模塑機(jī)中；d)提供充足的熱量，保持步驟c)中混合物的溫度高于步驟a)和b)中聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，也高于步驟a)中的無(wú)定形聚合物熔融或流動(dòng)的溫度，但是低于步驟a)中結(jié)晶聚合物的熔融或流動(dòng)溫度；e)通過(guò)提供充足的壓力和必要的混合，制備成型制品，從而使?jié)馍噶线M(jìn)行分布，以便在成型制品的表面上賦予色旋效果來(lái)形成成型制品。
文檔編號(hào)B29C45/16GK1396860SQ01804224
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月29日
發(fā)明者W·G·布拉休斯, R·D·卡萊斯, D·G·嘉伯瑞, D·Y·喬伊 申請(qǐng)人:科萊恩金融(Bvi)有限公司