Способ получения красящих композиций для полимерных материалов

 

Назначение: универсальная красящая композиция для окрашивания полимеров и материалов на их основе. Универсальную красящую композицию получают в экструдере путем пластикации при 80 - 90^oС в смеси носителя и красящего вещества, экструдирования расплава при 100 - 110^oС, охлаждения и гранулирования. При этом в качестве носителя используют эпоксиолигоэфиры с молекулярной массой 800 - 4500, эпоксидным числом 2 - 11% и кислотным числом 0,3 - 3,0 мгКОН/г общей формулы, приведенной в описании. Массовое соотношение эпоксиолигоэфир: красящее вещество 95 - 20 : 5 - 80. Красящий концентрат равномерно и интенсивно окрашивает различные полимеры с хорошей светостойкостью и миграционной устойчивостью окраски. 3 табл.

Изобретение относится к способу получения красящих композиций для сокращения различных полимеров и материалов на их основе.

Окрашивание полимеров в массе непосредственно при их переработке сдерживается недостаточной термической стабильностью большинства красящих веществ, значительным их расходом, необходимостью обработки гранул вспомогательными веществами для увеличения адгезии к ним высокодисперсных красящих веществ, длительностью цикла окрашивания, дополнительным расходом полимеров на очистку гранулятора при переходе с одного цвета на другой, возможным снижением прочности изделий при введении красящих веществ в массу полимера [1] Наиболее перспективным является окрашивание полимеров с использованием композиций с высоким содержанием пигментов и красителей [2,3] Однако основными недостатками указанных композиций являются: низкие термо- и миграционная стойкость; токсичность и наличие большого количества агломератов.

Известна композиция для окрашивания порошкообразных полимеров полиэтиленового воска [4] Эта композиция позволяет улучшить совместимость полимера с пигментом, достичь равномерного диспергирования пигментов.

Однако окрашенная предлагаемым составом полимерная композиция имеет невысокие термо- и светостойкость и обладает пониженной миграционной устойчивостью.

В промышленности широко используются концентраты пигментов (СКП) [5] Например, в состав СКП-301 желтый (ТУ 6-05-05-149-81) входят, кадмий желтый 30; двуокись титана 10; полиэтилен высокого давления 24; полиэтиленовый воск 36.

СКП добавляют к неокрашенному термопласту (полиолефину) в процессе переработки материала в количестве 4% для получения окрашенных пленочных материалов. Однако качество СКП невысокое, так как в СКП содержатся крупные агломераты частиц, которые практически не разрушаются в процессе диспергирования. При смешении СКП с полимером не происходит равномерного окрашивания полимерных изделий, особенно пленочных материалов. Кроме того, композиция обладает невысокой термостабильностью из-за присутствия низкомолекулярных соединений полиэтиленового воска, а также недостаточной устойчивостью к светотепловому старению. Следует указать на высокую токсичность СКП за счет наличия соединений кадмия.

Известен способ получения композиций с высоким содержанием пигментов [6] который включает следующие технологические стадии: предварительное смешение компонентов; пластикация исходной смеси компонентов; экструдирование расплава; грануляция.

Недостатками указанного способа являются: длительность технологического процесса;
повышенные температуры смешения компонентов композиции;
наличие агломератов;
неравномерность окраски и ограниченная цветовая гамма;
пониженные физико-механические характеристики окрашенных изделий.

Цель изобретения разработка способа получения универсальных красящих композиций, позволяющих равномерно и интенсивно окрашивать различные полимеры, снизить температуру и длительность процесса, улучшить свето- и миграционную устойчивость композиций в окрашенных изделиях.

Это достигается тем, что в способе получения универсальных красящих композиций в качестве носителя используют эпоксиолигоэфиры с м.м. 800-4500, эпоксидным числом 2-11% и кислотным числом 0,3-3,0 мгКОН/г общей формулы:
CCH-CH₂-OR-O-CH₂--CH₂-C-M (I) где R остаток эпоксидной смолы, содержащей ароматические и/или алифатические звенья цепи;
М арил, алкил или гетерил
при соотношении компонентов эпоксиолигоэфир: красящее вещество (95-20): (5-80) соответственно, пластикацию смеси проводят при 80-90^оС, а экструдирование расплава при 100-110^оС с последующими охлаждением расплава и гранулированием.

Предлагаемый способ позволяет получить универсальные красящие композиции на основе эпоксиолигоэфира, красителей и пигментов различной химической природы для окрашивания различных классов полимеров, таких как полиолефины, поливинилхлорид, полистирол, полиакрилаты и др. Указанные красящие композиции получают диспергированием в расплаве смолы-носителя пигментов и/или растворимых в нем органических красителей. Вариацией длины и состава олигомерной цепи и модифицирующего остатка карбоновой кислоты (М) удается достигать свойств смолы предложенного состава, нужных для универсального применения: агрегатного состояния, температуры плавления, вязкости расплава, а главное способности хорошо совмещаться с различными полимерами в пределах значительно превышающих содержание красящих веществ в полимере, необходимое для получения интенсивных окрасок в широкой цветовой гамме. Кроме того, обеспечивается ряд дополнительных положительных эффектов, которые обычно достигаются введением специальных добавок в полимерные композиции. В качестве красящих веществ используют органические и/или неорганические пигменты, полимерорастворимые красители, в том числе олигомерные, а также их смеси, например:
пигмент кадмиевый желтый;
двуокись титана рутильной модификации;
пигмент алый С; пигмент красный 5С;
пигмент голубой фталоцианиновый;
краситель жирорастворимый желтый "Ж";
N-CH₃
краситель жирорастворимый зеленый антрахиноновый.

П р и м е р 1. В гранулятор (экструдер) непрерывного действия загружают эпоксиолигоэфир 1 (см. табл. 1) и пигмент голубой фталоцианиновый альфа стабильной модификации в соотношении 80:20. Процесс пластикации проводят при 80-90^оС, а экструдирование расплава при 100-110^оС в течение 3-4 мин. Полученная композиция красящего вещества в виде пасты применяется для окраски алкидных или ненасыщенных полиэфирных лаков и эмалей, нитроцеллюлозных материалов, а также различных термопластов.

П р и м е р 2. В гранулятор (экструдер) непрерывного действия загружают эпоксиолигоэфир 2 (см. табл.1) и пигмент алый С в соотношении 50:50. Процесс пластикации проводят при 80-90^оС, а экструдирование расплава при 100-110^оС в течение 3-4 мин. Полученная композиция красящего вещества в виде пасты применяется для окраски лакокрасочных материалов и различных полимеров.

П р и м е р 3. В гранулятор непрерывного действия загружают эпоксиолигоэфир 3 (см. табл.1) и пигмент кадмиевый желтый в соотношении 70:30. Процесс проводят, как указано в примере 1. Полученную композицию применяют, как указано в примерах 1 и 2.

П р и м е р 4. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 4 (см. табл.1), пигмент голубой фталоцианиновый и двуокись титана в соотношении 80:10:10. Процесс проводят как указано в примере 1. Полученная композиция гранулируется с помощью охлаждающей головки. Гранулы сферической или цилиндрической формы размером 3-5 мм применяются для окраски полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, полиакрилатов, полиуретанов и др. термопластов.

П р и м е р 5. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 5 (см. табл.1), пигмент кадмиевый желтый и двуокись титана в соотношении 80:15:5. Процесс проводят как указано в примере 1. Полученные гранулы композиции красящего вещества применяют, как указано в примере 4.

П р и м е р 6. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 6 (см. табл.1) и краситель жирорастворимый желтый "Ж" в соотношении 95:5. Процесс и получение гранул проводят, как указано в примере 6. Применяют для окраски полистирола и др. термопластов.

П р и м е р 7. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 7 (см. табл.1) и краситель зеленый антрахиноновый в соотношении 20:80. Процесс и получение гранул проводят, как указано в примере 4. Применение описано в примере 6.

П р и м е р 8. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 8 (см. табл.1), краситель жирорастворимый зеленый антрахиноновый и двуокись титана в соотношении 60:35:10. Процесс получения композиции и ее применение описаны в примере 4.

П р и м е р 9. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 9 (см. табл.1), краситель жирорастворимый желтый "Ж" и двуокись титана в соотношении 60:35: 10. Процесс получения композиции и ее применение описаны в примере 4.

П р и м е р 10. В гранулятор загружают эпоксиолигоэфир 10 (см. табл.1) и пигмент красный 5С в соотношении 60:40. Процесс получения и применения композиции проводят, как указано в примере 4.

На основе полученных композиций красящих веществ изготовлены окрашенные полимерные композиции с содержанием красящих веществ 0,3% Свойства красящих композиций и окрашенных полимерных материалов приведены в табл.2 и 3.

Применение предлагаемого способа получения универсальных красящих композиций позволяет значительно (в 1,5-3 раза) улучшить физико-механические свойства различных окрашенных полимерных материалов, повысить свето- и миграционную устойчивость, сократить длительность процесса и уменьшить энергозатраты, а также расширить области применения новых композиций красящих веществ. Высокая красящая способность предлагаемых композиций позволяет в 5-10 раз сократить содержание красящих композиций в окрашиваемом полимерном материале по сравнению с традиционно применяемыми концентратами пигментов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРАСЯЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий загрузку носителя и красящего вещества в бункер экструдера, пластикацию их смеси, экструдирование расплава с последующим охлаждением и гранулированием, отличающийся тем, что в качестве носителя используют эпонсиолигоэфир с молекулярной массой 800 - 4500, эпоксидным числом 2 - 11% и кислотным числом 0,3 - 3,0 мг КОН/г общей формулы:

где R - остаток эпоксидной смолы, содержащей ароматические и/или алифатические звенья цепи;
M - арил, алкил или гетерил,
при массовом соотношении эпоксиолигоэфир : красящие вещества 95 - 20 : 5 - 80 соответственно, пластикацию смеси проводят при 80 - 90^oС, а экструдирование расплава - при 100 - 110^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5