使用生物衍生油的液体色母料或添加剂母料

摘要

揭示了一种液体母料，其包含生物衍生油载体；至少一种着色剂或功能添加剂；任选的表面活性剂、粘度调节剂和其它功能添加剂或特性着色剂。着色剂可以是一种或多种颜料、一种或多种染料或它们的组合。功能添加剂可以是性能添加剂或加工添加剂。生物衍生油与各种生物衍生的聚合物树脂、特别是聚乳酸和聚羟基烷酸酯相容。

说明书

优先权要求

本申请要求于2006年10月9日提交的美国临时专利申请序列第60/828,668号(代理机构案卷号12006019)的优先权，其通过参考结合于此。

发明领域

本发明涉及使用衍生自生物来源的油作为着色剂和/或功能添加剂的载体，用作母料(concentrate)制备着色的或添加了添加剂的塑料制品。

发明背景

在许多工业中，塑料已经替代了其它材料。在包装工业中，塑料已经替代玻璃，从而最大程度地减少了破损，减轻了重量，并且降低了制造和运输中消耗的能量。在其它工业中，塑料已经替代了金属，从而最大程度地减少了腐蚀，减轻了重量，并且提供了整体带色的产品。

吸引消费者购买适合个人或全家使用的容器的因素包括商标和商品外观。有价值的商品外观的要素包括容器的颜色。而且，这种颜色可能需要与半透明性、透明性或该瓶子的其它特殊效果结合在一起。

现有的液体色母料和/或添加剂母料技术使用基于表面活性剂、油和/或增塑剂的载体体系。这些产品通常与许多聚合物不相容，结果导致其丧失物理性质，引起螺钉滑移之类的加工问题。

目前，使用颗粒基母料和预着色的树脂。但是，这种应用仍然面临一些问题。用于染色应用的颗粒基母料必须在高度稀释或“减浓(letdown)”比例的情况下使用，以获得良好的颜色分布。预着色的树脂的制造和库存成本很高。这类树脂也经历两个热过程(首先是配混过程，然后是模塑过程)，这对一些聚合物可能是有害的。

目前，受到重点关注的是在塑料制品中使用生物衍生的树脂，以避免使用合成树脂，这一方面是因为石化产品花费较高，另一方面是因为这种合成树脂在使用期限过后不易在环境中降解。

发明概述

本领域所需要的是用于色母料的生物衍生的液体载体，要求该载体能均匀且精确地将着色剂计量加入化合物中，该化合物由生物衍生的聚合物树脂制成，用于在单步或多步工艺中制备塑料制品。

本发明通过以下方法解决了本领域中的问题：使用来自生物源的液体、优选所谓的生物衍生油，作为待减浓的母料载体加入生物衍生的聚合物树脂中。

本发明的一方面是用于塑料制品的母料，其包括：(a)包含生物衍生油的载体；(b)至少一种着色剂或功能添加剂；任选的(c)表面活性剂；任选的(d)粘度调节剂；和任选的(e)至少另一种功能添加剂或特性着色剂。

本发明的一个特征是，使用生物衍生油作为载体配混本发明的母料，可以使母料经由添加至配混设备的流体而减浓进入该设备中。

本发明的另一个特征是，着色剂可根据聚合物工程师和产品设计者的需要包括颜料、染料或这两者，以实现所需的颜色效果。

本发明的另一个特征是，用于本发明的生物衍生油与目前常用的适合作为塑料制品基质的生物衍生的聚合物树脂相容。

通过本发明实施方式的描述可以清楚地了解其它特征。

发明实施方式

生物衍生油

能够从生物可再生资源中分离和纯化的任何油都被认为是适合用于本发明的生物衍生油。来自动物和植物的油是备选对象，因为这些油已为人所知，它们经历自然生物过程如降解后，可在自然循环中腐烂。

任何常用的可食用油可用于本发明，作为着色剂和/或添加剂的载体，用于制备将稀释到其它合成或天然聚合物树脂中的母料或母体混合物，从而制得挤出或模塑的着色塑料制品。

可用的油包括但不限于：扁桃仁油、杏仁油、蓖麻油、椰子油、棕榈油、玉米油、棉籽油、橄榄油、棕榈仁油、花生油、葡萄籽油、低芥酸菜籽油(canolaoil)、米糠油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花籽油、麦胚芽油、高粱油(sorghum)、可可油(coco butter)、以及它们的组合。目前优选的是葡萄籽油。

使用可食用的生物衍生油的重要意义在于这些材料已经被管理食品、药物或医疗物质或者与它们接触的材料的政府机构认为“一般是安全的”(GRAS)。

着色剂

如上所述，着色剂可以是一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。着色剂的选择取决于塑料制品的设计者所需的最终颜色。

颜色科学是本领域技术人员所熟知的。不需要过多的实验，就可以使用颜色匹配技术来确定在球形色空间中的具体位置。例如，本领域技术人员可以利用PCT公开WO 2004/095319的说明来通过数字技术作出使用具体聚合物载体和着色剂作为原料成分的色空间图。或者，可以制备小样品，即用于视觉检查的色板(plaques)。

着色剂可从许多本领域技术人员熟知的来源购得。可商购的颜料是本领域技术人员众所周知的，包括有机和无机化学着色剂。可商购的染料是本领域技术人员众所周知的，包括所有有机化学物质。颜料和染料的商业来源包括跨国公司，例如巴斯夫(BASF)、蓝克斯(LanXess)、汽巴-吉瑞(Ciba-Geigy)、颜色化学国际公司(Color-Chem International)、太阳化学(Sun Chemical)、珠海高空化学(Zhuhai Skyhigh Chemicals)和一些英特网网站列出的其它公司，这些网站例如http://www.colorpro.com/info/vendors/colorant.html和http://dir.yahoo.com/Business and Economy/Business to Business/Chemicals and Allied Products/Pigments and Dyes/。

表1列出了51种可商购的颜料着色剂，类型为原色和复色，47种彩色，3种黑色和1种白色。

＊由商品生产者发布，或由申请人测试，或两者同时发生。

表2 显示了14种可商购的染料。

＊由商品生产者发布，或由申请人测试，或两者同时发生。

较佳地，着色剂包括用于透明或半透明塑料制品的着色剂，但是用于不透明塑料制品的着色剂也不排除在外。

凭借设计人员的创造力或预先设定的颜色标准(例如来自可商购的着色剂目录的颜色标准)，实现色板的颜色与所需颜色的匹配对于配色技术人员来说是非常简单的，即使需要进行一些重复操作以满足消费者的要求。

功能添加剂

功能添加剂的母料也可以得益于本发明。功能添加剂通常分为两类：影响最终化合物的性能的性能添加剂，或有助于最终化合物在配混过程中或者挤出或模塑过程中加工性能的加工添加剂。

任何目前已知的功能添加剂或以后发现的适用于通过母料混入化合物的功能添加剂都可与本发明的生物衍生油一起使用。

性能添加剂的非限制性例子包括滑爽剂、抗粘连剂、紫外光过滤剂、抗静电剂、防雾剂、发泡剂或起泡剂、抗微生物剂、刮擦和损害减少剂、阻挡剂等，以及它们的组合。

加工添加剂的非限制性例子包括润滑剂、脱模剂、成核剂、流动剂、填模(mold fill)增强剂、循环时间缩短剂、清洗剂等，以及它们的组合。

不需要过多的实验，本领域普通技术人员就可以从普立万公司(www.polyone.com)的OnCap^TM牌添加剂母料列表中选择功能添加剂，用于制备使用上述生物衍生油的本发明母料。

任选的表面活性剂

有时需要表面活性剂来辅助染料和颜料的分散。可商购的表面活性剂包括来自空气产品和化学公司(Air Products and Chemicals)的Surfynol牌消泡环氧乙烷(oxirane)表面活性剂。

任选的粘度调节剂

有时需要粘度调节剂来调节液体母料的粘度，以使它们容易给料。可商购的调节剂包括来自卡伯特公司(Cabot Corporation)的Cab-O-Sil牌硅酸盐。

任选的功能添加剂和特性着色剂

如果产物是色母料，则可以依据本领域技术人员的喜好，任选地加入上述功能添加剂以提高本发明的色母料或聚合物或两者的加工性质或性能。来自普立万公司的Smartbatch^TM产品同时包括浓缩物形式的着色剂和功能添加剂，用于与热塑性聚合物混合，制得热塑性化合物。本领域技术人员不需要过多的实验就可以确定合适的浓度。

通常，制备有色塑料制品不仅仅涉及颜色，还涉及特殊的效果特征，例如花岗岩状的(Granite)、半透明的、珠光的(Pearls)、金属状的、荧光的、晕彩效果的、大理石状的(Marbles)等，以及它们的组合。为了本发明的目的，这些特殊效果特征涉及特性着色剂。

这类任选的功能添加剂和任选的特性着色剂的非限制性例子可从美国俄亥俄州埃文湖的普立万公司(PolyOne Corporation of Avon Lake，Ohio，USA)(www.polyone.com)购得，它们以下列品牌出售：OnColor FX着色剂，普立万着色剂、OnCap添加剂等。

表3 显示了本发明的母料中各成分的可接受的、所需的和优选的重量百分数。

母料的制备

用于制备母料的混合设备可以是现有技术中已经用于制备常规母料的任何合适的设备。例如，这类设备包括高速“考瓦斯(Cowles)”型分散器、介质研磨机、三辊研磨机、转子-定子型分散器、具有陶瓷球或钢球的水平或筐式研磨机。

混合设备可以在约100rpm-10,000rpm、优选约500-8000rpm的混合速度下运行。混合设备可以在约25℃-100℃、优选约40℃-80℃的温度下运行。

母料的减浓

一方面着色剂或功能添加剂成分具有较高的成本，另一方面着色剂或添加剂需要均匀且精确地混合并分散到载体中，然后在母料于混合设备中“减浓”的过程中，均匀且精确地稀释到塑料树脂和其它化合物成分中，在此之后形成预成形生坯瓶或其它制品，因此，着色剂或功能添加剂在载体中的浓度非常重要。

减浓的比率取决于母料中着色剂或添加剂的浓度，以及最终模塑制品需要是不透明的、半透明的还是透明的。

在减浓到最终模塑或挤出产品中之后，母料的浓度约为这样模塑或挤出的最终化合物的约0.05-0.2重量％，优选约0.1-0.5重量％。

本发明的实用性

如上文所述，生物衍生聚合物树脂特别适合与本发明的母料一起使用。这种生物衍生聚合物树脂的非限制性例子是聚乳酸(PLA)；聚羟基烷酸酯类(PHA)，例如聚羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基丁酸-共-戊酸酯(PHBV)；聚己内酯(PCL)；聚琥珀酸丁二酯(PBS)；聚琥珀酸-己二酸丁二酯(PBSA)；聚酯碳酸酯或聚琥珀酸-碳酸丁二酯(PEC)；聚琥珀酸乙二酯(PES)；聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)；聚己二酸-对苯二甲酸四亚甲基酯(polytetramethyleneadipate-terephthalate，PTMAT)；淀粉基聚合物；聚乙烯醇(PVA或PVOH)；乙酸纤维素酯(CA)；由烷醇原料制备的聚烯烃；以及它们的组合。

或者，生物衍生聚合物树脂可与来自化石资源的任何可生物降解的聚合物一起使用，该聚合物与用于制备本发明的色母料或添加剂母料的生物衍生聚合物树脂相容。例如，母料可与聚对苯二甲酸1，3-丙二酯((PTT))一起使用。

在本发明中没有任何内容旨在将本发明母料的应用限制为生物衍生聚合物树脂或衍生自化石资源的可生物降解的聚合物。如果生物衍生的聚合物树脂是不合要求的，本发明的母料还可与任何合成的聚合物树脂一起使用。与本发明母料相容的所有合成聚合物树脂都可与这类母料一起使用。这类合成聚合物树脂的非限制性例子包括基于烯烃、基于苯乙烯和基于乙烯基的聚合物树脂。

但是较佳地，因为生物衍生油载体能够与许多不同的生物衍生聚合物树脂相容，所以可以将颜色均匀且精确地分散在塑料制品中，并且可以以方便的液体形式递送。

塑料制品可以是不透明、半透明或透明的，即使它具有本发明的母料所产生的颜色。可以实现精确的颜色匹配和对颜色进行均匀计量，计量时母料含量可低至0.08重量％。

以下实施例展示了其它实施方式。

实施例

表4显示了实施例1和2。表5显示了实施例1和2的制备以及它们的性质。

本发明不限于上述实施方式。