Концентрат добавки для полімерів

Реферат: Винахід стосується одержання концентрату, що містить речовину, яка являє собою рідкий носій, і щонайменше одну добавку для полімеру або полімерної суміші, в якому речовина, що являє собою рідкий носій, являє собою складний триефір жирної кислоти і триметилолпропану, де жирна кислота є С6-С16 жирною кислотою з нерозгалуженим або розгалуженим ланцюгом, олеатом або ізостеаратом, і де добавка являє собою, зокрема, речовину, що надає забарвлення, а саме барвник або пігмент. UA 108847 C2 (12) UA 108847 C2 UA 108847 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід спрямований на розробку концентрату добавки для введення добавки в полімер або полімерну суміш за допомогою змішування в розплаві. Якщо пластмасу або полімерний виріб необхідно забарвити, то це традиційно здійснюють змішуванням речовин, що надають забарвлення, подібних до барвників або пігментів, з полімером, який звичайно знаходиться в гранульованому або порошкоподібному вигляді, завантаженим в завантажувальний бункер екструдера або машини для лиття під тиском, що використовується для отримання бажаного пластмасового виробу. Цей виріб може являти собою заготовку пляшки, трубку, бак, пляшку, волокно, плівку або лист, але не обмежений ними. Подібний спосіб застосовують відносно добавок, які вводять в матеріал пластмаси. З метою введення добавок можна вводити добавку, таку як пігмент або суміш пігментів, у вигляді твердого концентрату, або в порошкоподібному вигляді, або у вигляді дисперсії в рідкому носії. Подібний рідкий носій, як правило, являє собою інертну речовину, яка є речовиною, подібною до вуглеводневих масел, харчових масел, складних ефірів, спиртів або сумішей двох або більше з них. Будь-який подібний носій необхідно вибирати так, щоб він мав хорошу сумісність з пластмасою. У доповнення, якщо необхідно використати литтьову композицію для виготовлення харчових контейнерів, носій повинен бути нетоксичним. У випадку, коли носій не має хорошої сумісності, виділення носія з полімеру може приводити до ускладнень, подібних до стороннього присмаку через виділення, каламутність (особливо, у випадку практичних застосувань, пов'язаних зі складними поліефірами), розшарування або механічного пошкодження. У будь-якому випадку, введення концентратів речовини, що надає забарвлення/добавки не повинно знижувати продуктивність процесу виготовлення пластмасового виробу. Приклади цього являють собою прослизання шнека екструдера або спад тиску лиття у випадку складних поліефірів. Носій повинен також бути нереакційноздатним при умовах переробки: повинні бути відсутніми термічна, гідролітична або окиснювальна деструкція або реакції полімерних ланцюгів. Чорні плями, які виникають через це, є звичайними явищами в щоденній практиці, приводячи до збільшення кількості не відповідного технічним вимогам матеріалу. Також введення рідкого концентрату самого по собі необхідно ретельно контролювати; в'язкість і стабільність концентрату повинні залишатися незмінними для запобігання зміні кольору в процесі виробництва. Як правило, кількість застосовуваного носія бажано зберігати настільки малою, щоб вона не впливала несприятливим чином на властивості пластмасового виробу. Кваліфікованому в даній галузі техніки фахівцеві відомо, що залежно від того, який використовують полімер, звичайно необхідно застосовувати певний носій. Як правило, вимоги для носія, прийнятного для складних поліефірів, відрізняються від тих, які існують для носія, придатного для поліолефінів або стирольних полімерів. Існує потреба в концентратах, які мають вищезгадані вигідні властивості, зокрема, більше усього в тих, які, як правило, придатні для широкого кола полімерів, які стійкі при типових умовах переробки і які не чинять несприятливого впливу на властивості полімерів. На здивування, автори даного винаходу виявили, що деякі складні триметилолпропанові ефіри можна застосовувати як носії для речовин, що надають забарвлення, і добавок, що використовуються для різних пластмас і при їх практичних застосуваннях. Ці носії виявляють чудові експлуатаційні якості навіть при надзвичайно високих кількостях, що вводяться. Крім того, різноманітність різних полімерів, для яких їх можна використовувати, є разючою. Ці полімери і суміші полімерів охоплюють складні поліефіри, такі як PET, PEN, PBT, полікарбонат, полілактид, а також і етиленові полімери, пропіленові полімери і стирольні полімери. Відповідно до цього, в першому варіанті здійснення даний винахід спрямований на розробку концентрату, що містить речовину, що являє собою рідкий носій, і щонайменше одну добавку для полімеру або полімерної суміші, в якому речовина, що являє собою рідкий носій, є складним ефіром жирної кислоти і триметилолпропану, де жирна кислота являє собою С6-С16 жирну кислоту з нерозгалуженим або розгалуженим ланцюгом, олеат або ізостеарат. У додатковому варіанті здійснення даний винахід спрямований на використання подібного концентрату для введення добавки або речовини, що надає забарвлення, в полімер або полімерну суміш за допомогою змішування в розплаві концентрату з розплавом полімеру або полімерної суміші. У третьому варіанті здійснення даний винахід спрямований на спосіб отримання складнополіефірної речовини, що включає введення концентрату по даному винаходу в розплав складного поліефіру, змішування в розплаві концентрату і складного поліефіру, а також надавання отриманій таким способом суміші і інших форм заготовки, пляшки, волокна, плівки або листа. 1 UA 108847 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як відмічено вище, даний винахід спирається на використання складних ефірів С6-С16 жирних кислот, олеату або ізостеарату і триметилолпропану (2-етил-2-(гідроксиметил)-1,3пропандіол) як рідкий носій для добавок і/або речовин, що надають забарвлення (таких як барвники і пігменти) для полімерів. Незважаючи на те, що перевагу віддають застосуванню як концентрату, що надає забарвлення, також можливо використати даний носій для полімерних добавок, таких як зміцнювальний реагент, поглинаючий УФ-випромінювання реагент, АА поглинач, поглинач кисню, перешкоджаючий ковзанню реагент, антистатичний реагент. Як речовини, що надають забарвлення, можна використовувати різні фарбувальні речовини, відомі для фарбування складних поліефірів. Виявлено, що даний винахід є, особливо, прийнятним для надавання забарвлення заготовкам складноефірних пляшок. Переважно, коли складні ефіри являє собою складні триефіри. Компонент, що представляє собою жирну кислоту, може бути нерозгалуженим або розгалуженим, і його вибирають з числа С6-С16, олеатного або ізостеаратного залишку жирних кислот. Більш конкретно, переважно використати складні ефіри С6-С14 жирних кислот. Більш бажаними є гептаноат, капрат, каприлат, лаурат, ізостеарат і/або олеат. Найбільш переважними є складні триефіри триметилолпропану лаурату, капрату і каприлату, бажано у вигляді комбінації двох або більше з них. Переважні складні ефіри С6-С14 має важливу перевагу, яка полягає в тому, що вони мають значно поліпшені оптичні властивості, тобто вони мають чудові характеристики відносно каламутності, які виявляються в тому, що в порівнянні з іншими носіями полімер або полімерні суміші, їх що містять, мають набагато меншу каламутність. У цьому відношенні необхідно зазначити, що дані жирні кислоти являють собою природні продукти, що означає те, що, як добре відомо, вони є сумішами, які містять кислоти з різними довжинами ланцюгів з переважанням тих, які мають вказане значення, тобто, відповідно, С8жирна кислота крім основної кількості С8, буде також містити деякі кількості жирних кислот С6 і С10 або навіть деякі кількості жирних кислот С4 або С12. Таким чином, потрібно усвідомлювати, що приведену для жирної кислоти довжину ланцюга необхідно розуміти в значенні, прийнятому в даній галузі техніки, а саме, що довжини ланцюгів кислот в суміші розподілені близько позначеного значення, причому кислота зі вказаною довжиною ланцюга присутня як основна фракція. Склад концентрату, тобто вміст складного ефіру триметилолпропану і добавки, може істотно змінюватися залежно від фактичного застосування, а також від типу речовин. Переважно, коли вміст речовини, що являє собою рідкий носій, у вищезгаданому концентраті складає від 1 до 95 % (ваг.), бажаніше від 5 до 75 % (ваг.), причому залишок є добавкою або добавками. Даний концентрат вводять в полімер або полімерну суміш на деякій стадії в ході їх отримання або переробки. Переважно вводити концентрат при переробці/змішуванні полімерної речовини в розплаві, наприклад, в змішувальній установці або екструдері. Однак також можна додавати концентрат в ході отримання полімеру або безпосередньо після цього. Кількість концентрату, яку необхідно використати в полімерній речовині, залежить від типу різних композицій, концентрації добавки в концентраті, кількості добавки/речовини, що надає забарвлення, необхідної для полімеру, і тому подібного. Температура, при якій концентрат можна переробляти, є відносно варійованою. Як указано вище, речовина надзвичайно стійка у всьому інтервалі зміни температури. Це означає, що необхідність відхилятися від температури переробки полімеру, що звичайно застосовується, як правило, відсутня. Концентрат можна використовувати для введення добавок в полімери при всіх типах практичних застосувань, таких як лиття під тиском РЕТ заготовок, але без обмеження цим. Крім того, можливе надавання забарвлення складноефірним листам, волокнам і їм подібним. У самому загальному значенні концентрат можна використовувати в комбінації зі складними поліефірами, такими як РЕТ, PEN, РВТ, полікарбонатом, полілактидом, етиленовими полімерами, пропіленовими полімерами і стирольними полімерами. Концентрат можна легко виготовляти за допомогою змішування (подрібнення) компонентів у прийнятному обладнанні, такому як бак для змішування, обладнаний прийнятним (ракельним) ножем для змішувачів, і/або кульовий млин. Потрібно зазначити, що складні ефіри триметилолпропану являють собою відомі продукти, які мають широкий спектр практичних застосувань в хімічній промисловості. Прикладами є мастильні речовини, стабілізатори, ливарні технологічні змазки і диспергуючі речовини. Даний винахід тепер буде пояснений за допомогою деяких не обмежуючих прикладів. Приклад 1 Отримання концентрату, що надає забарвлення 2 UA 108847 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зразки концентрату отримували, використовуючи фрезер-павук Disperlux. 0,3 кг (300 грам) 3 трилаурату триметилолпропану поміщали в 0,001 м (1 літрову) склянку і потім поступово змішували з ним забарвлений порошок (0,45 кг (450 грам) в співвідношенні 13:30:50 Solvent Blue 67:Solvent Yellow 114:Solvent Red 195). Цю суміш диспергували при швидкості перемішування 33,33 об/сек (2000 об/хв) протягом 1800 сек (30 хвилин). Тонкість диспергування перевіряли за допомогою каліброметра Хегманна (Hegmann). Виміряна кінцева тонкість складала менше за -5 . 2×10 м (20 мікрон) Приклад 2 Заготовка і виготовлення пляшки Концентрат, що надає забарвлення, за прикладом 1 використали для отримання 3 складноефірних (РЕТ) заготовок (Invista T94N полімер (IV=0,084 м /кг (0,84 дл/г)), 0,025 кг (25 3 грамова) заготовка для 0,0005 м (0,5 літрової) пляшки з шийкою типу РСО) на обладнанні Arburg Allrounder 320 (температурний профіль екструдера, температури ливників, що обігріваються, встановлювали таким, що дорівнює 558,15 К (285С)), оснащеного сушаркою Piovan T200 і регулятором DB-60 (PET сушили до температури конденсації 228,15 К (-45С)). Дозування концентрату, що надає забарвлення, з розрахунку 0,6 % здійснювали, використовуючи насос для рідкої речовини, що надає забарвлення Maguire MPA 6-51. Заготовки видували на обладнанні Corpoplast LB01, використовуючи стандартні установки для видування РЕТ-пляшок. Аналогічні заготовки отримували без додавання концентрату, що надає забарвлення. Характеристичну в'язкість (IV) заготовок вимірювали в розчиннику мета-крезолі згідно з ЄС 00.02.03. РЕТ деталі розчиняли в мета-крезолі при температурі 408,15 К (135С) протягом 900 сек (15 хвилин). Вимірювання здійснювали при температурі 298,15 К (25С). Слідували способу випробування по стандарту ASTM для вимірювання каламутності і світлопроникності прозорих пластмас (D1003-61). Все сканування проводили, використовуючи фотометричну сферу (Diffuse Reflectance Accessory). Результати приведені нижче. На фіг.1 показаний незначний вплив дозування на тиск лиття. 3 Безбарвна РЕТ заготовка: IV=0,080 м /кг (0,80 дл/г); 3 Забарвлена заготовка IV=0,079 м /кг (0,79 дл/г) Результати для стандартного безбарвного РЕТ Освітлювальний засіб = CIE А Загальна світлопроникність: Tt=0,8838 Дифузна світлопроникність: Td=0,0018 Каламутність = 0,2014 % Результати для забарвленої заготовки Освітлювальний засіб = CIE А Загальна світлопроникність: Tt=0,8829 Дифузна світлопроникність: Td=0,0019 Каламутність = 0,2155 % Вищезазначені результати показують, що характеристична в'язкість, а також значення каламутності не залежать від дозування концентрату, що надає забарвлення. Приклад 3 3 0,15 кг (150 грам) трилаурату триметилолпропану поміщали в 0,0005 м (0,5 літрову) склянку, а потім поступово змішували з ним залізний порошок (відновлені воднем частинки губчастого заліза, що отримуються від фірми Hoganas, Швеція) до сумарного вмісту 25 %. Дану суміш диспергували при швидкості перемішування 16,67 об/сек (1000 об/хв) протягом 1800 сек (30 хвилин) в інертній атмосфері азоту. Тонкість дисперсії перевіряли на каліброметрі Хегманна -5 . (Hegmann). Певна кінцева тонкість складала менше за 5×10 м (50 мікрон) Приклад 4 Концентрат-добавку за прикладом 3 дозовано вводили з розрахунку 0,5 % і 1 % в поліпропіленовий полімер (полімер Lyondell Basell Stretchene 1903) за допомогою обладнання Arburg Allrounder 320. У порівнянні з прикладом 2 температурний профіль екструдера встановлювали на 518,15-518,15-523,15-523,15-523,15 К (245-245-250-250-250С). Температуру системи ливника, що обігрівається, підтримували такою, що дорівнює 523,15 К (250С). На фіг. 2 показано, що сумарний час циклу залишався незалежним і що тиск лиття не знижувався, незважаючи на високий вміст носія. Заготовки видували на обладнанні Corpoplast LB01. Концентрацію кисню визначали за допомогою обладнання Oxysense, використовуючи флуоресценцію. На фіг. 3 показані експлуатаційні властивості відносно поглинання кисню пляшкою, яка містить 1 % рідини, що містить поглинач кисню, які вказують на те, що добавка 3 UA 108847 C2 була успішно введена в полімерну матрицю за допомогою носія, що являє собою трилаурат триметилолпропану. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 1. Концентрат, який складається з речовини, яка являє собою рідкий носій, і щонайменше однієї добавки для полімеру або полімерної суміші, причому вказаний концентрат призначений для введення в полімер або полімерну суміш за допомогою змішування в розплаві, де речовина, що є рідким носієм, являє собою складний триефір жирної кислоти і триметилолпропану, де жирна кислота вибрана з групи С6-С16 жирних кислот, що мають нерозгалужені або розгалужені ланцюги. 2. Концентрат за п. 1, в якому вміст речовини, що являє собою рідкий носій, у вищезгаданому концентраті складає від 1 до 95 % мас. 3. Концентрат за п. 1, в якому вміст речовини, що являє собою рідкий носій, у вищезгаданому концентраті складає від 5 до 75 % мас. 4. Концентрат за п. 1, в якому жирна кислота являє собою С6-С14 жирну кислоту. 5. Концентрат за п. 1, в якому вищезгаданий складний ефір являє собою гептаноат, капрат, каприлат і/або лаурат. 6. Концентрат за п. 1, в якому вищезгаданий складний ефір являє собою лаурат, капрат і/або каприлат. 7. Концентрат за п. 1, в якому вищезгаданий складний триефір містить щонайменше дві різні жирні кислоти. 8. Концентрат за п. 1, в якому добавка являє собою речовину, що надає забарвлення, зміцнювальний реагент, поглинаючу УФ-випромінювання речовину, поглинач ацетальдегіду (АА), поглинач кисню, перешкоджаючий прослизанню реагент, антистатичний реагент. 9. Концентрат за п. 1, в якому добавка являє собою пігмент або барвник. 10. Застосування концентрату за будь-яким з пп. 1-9 для введення добавки в полімер або полімерну суміш за допомогою змішування в розплаві вказаного полімеру або полімерної суміші з вказаним концентратом. 11. Застосування за п. 10, де добавка являє собою пігмент або барвник. 12. Застосування за п. 10 або 11, де полімер або полімерну суміш вибрано з групи складних поліефірів, пропіленових полімерів, етиленових полімерів, стирольних полімерів, полікарбонату і їх сумішей. 13. Застосування за п. 12, де складні поліефіри вибрані з поліетилентерефталату і полілактиду. 14. Застосування за п. 13, де складний поліефір являє собою поліетилентерефталат. 15. Спосіб одержання складноефірної речовини, що включає додавання концентрату за будьяким з пп. 1-9 до розплаву складного поліефіру, змішування в розплаві концентрату і складного поліефіру і надавання одержаній таким способом суміші форми заготовки, пляшки, волокна, плівки або листа. 4 UA 108847 C2 5 UA 108847 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6