DE602004005423T2

DE602004005423T2 - Polymerverkapselung von materialien mit hohem aspektverhältnis und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE602004005423T2
Application number: DE602004005423T
Authority: DE
Inventors: Stanley Young Scotia Hobbs; Fazila Clifton Park SEKER; Daniel Clifton Park STEIGER; Christopher Mark Schenectady HARTSHORN; Ali Ersin Muallim Naci Caddesi Acar; Robert Edgar Niskayuna COLBORN; Eelco Michiel Van Hamersveld
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2006517602A; KR101077375B1; KR20050103473A; US7312257B2; CN1764691A; EP1590401B1; JP5382992B2; WO2004065475A1; DE602004005423D1; EP1590401A1; CN1764691B; US20070232724A1; US20040146641A1; ATE357478T1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Pigmente, aufweisend Materialien mit großem Längenverhältnis (aspect ratio), verkapselt in einem Polymer, um Kügelchen zu bilden, sowie Verfahren, um diese herzustellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Pigmente, aufweisend flockige Teilchen mit hohem Längenverhältnis, verkapselt in einem Polymer, um im Wesentlichen sphärische Kügelchen zu bilden, die für die Herstellung von Kunststoffprodukten verwendbar sind, die ein gefärbtes, glitzerndes und/oder metallisches oder metallähnliches Aussehen haben, sowie Verfahren, um diese herzustellen.
Derzeitige Trends bei Konsumerprodukten haben eine unvorhergesehene Nachfrage für Kunststoffe erzeugt, die einzigartige Farben und Aussehen haben. Z.B. sind Handys mit austauschbaren Plastikabdeckungen nun kommerziell erhältlich. Diese Abdeckungen erscheinen in einer Vielzahl von Farben und/oder Spezialeffekten, was den Verbrauchern Kontrolle über das ästhetische Design ihrer Telefone verleiht. Viele andere spritzgegossene Kunststoffprodukte, so wie z.B. Computer, Stereoanlagen und andere Konsumer- und/oder Büroausrüstung, Automobilinnenräume, etc. werden ebenfalls davon profitieren, einzigartige Farben und Aussehen zu haben.
Kunststoffprodukte mit einem glitzernden Aussehen, einem metallischen oder metallähnlichen Aussehen, einem echten Metallaussehen oder irgendeinem winkelabhängigen metameren Aussehen sind in vielen Fällen erwünscht. Kunststoffe mit einem glitzernden oder metallischen Aussehen können durch Einbringen von freien Metallflocken in Kunststoffgegenstände mit solchen Beladungen erzeugt werden, dass die individuellen Flocken durch das nackte Auge unterschieden werden können, was in einem Gegenstand resultiert, der ein glitzerndes oder metallisches Aussehen hat. Kunststoffe mit einem echten Metalllook können durch Verwendung von einer sehr viel höheren Beladung von freien Metallflocken erzeugt werden. Der Nachteil von Produkten, in welchen freie Metallflocken eingebracht sind ist, dass die freien Flocken ein hohes Längenverhältnis haben und daher dazu tendieren, an Knicklinien oder anderen Bereichen von nicht gleichförmiger Flussrichtung die Orientierung zu ändern, wobei sie sich selbst während der Verarbeitung mit dem Flussfeld ausrichten, was sichtbare Flusslinien, Knicklinien oder Schweißlinien im Endprodukt verursacht. Solche Flusslinien, Knicklinien oder Schweißlinien erzeugen unattraktive Streifen in dem Produkt. Daher gibt es eine ansteigende Nachfrage für glitzernde, metallische und/oder metallisch aussehende Kunststoffe, die nicht wirksam durch Einbringen von freien Metallflocken in Kunststoffgegenstände erhalten werden können.
Viele erwünschte Pigmente und Additive für Kunststoffe, wie z.B. Metallteilchen, haben ein hohes Längenverhältnis, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf, plattenähnliche oder flockige Teilchenstrukturen. Wie zuvor diskutiert, tendieren solche Teilchen während der Verarbeitung dazu, sich parallel mit dem Materialfluss zu orientieren. In einigen Fällen kann diese Bündelung vorteilhaft sein, wie z.B. zur Verbesserung des Biegemoduls von extrudierten Formblättern oder dünnwandigen Formteilen. In anderen Fällen kann diese Bündelung jedoch nachteilig sein, insbesondere in Situationen, in denen die Teile komplex sind und ein gleichförmiges Oberflächenaussehen erwünscht ist. Unter solchen Bedingungen können lokale Variationen in der Fließfeldrichtung unakzeptable Variationen in Farbe oder Reflektivität erzeugen. Metallische Teilchen/Flocken sind besonders empfindlich für dieses Bündelungsproblem, da ihre Reflektivität hoch und sehr richtungsabhängig ist.
Die Geometrie der Pigmentteilchen ist wichtig zur Bestimmung der optischen Effekte, die erzeugt werden. Die Verfügbarkeit von vielen Facetten maximiert die Reflektivität für eine gegebene Teilchenorientierung, während eine mehr sphärische Form hydrodynamisch isotroper ist, wobei die Reduktion oder Eliminierung von Fließlinien bevorzugt wird. Teilchen mit hohem Längenverhältnis offenbaren stark glitzernde Fähigkeit, was sie als metallische Pigmente sehr effektiv macht. Diese Teilchen sind jedoch auch für das Erscheinen von optisch störenden Fließlinien verantwortlich.
Es gibt derzeit keinen guten Weg um sicherzustellen, dass Pigmente und Additive, die ein hohes Längenverhältnis haben, optisch anisotrop und rheologisch isotrop sind, wenn sie zu Kunststoffprodukten verarbeitet werden. Würfel und Oktaeder scheinen diese beiden Bedingungen zu erfüllen, und tatsächlich haben bestehende Techniken versucht, das Bündelungsproblem von flockigen Materialien durch Verkapseln der flockigen Materialien in einem im Wesentlichen kubischen Material zu lösen. Während kubisch geformte Materialien weniger empfindlich für flussinduzierte Orientierung als Flocken sind und dabei das Auftreten von Fließlinien reduzieren, eliminiert diese Technik Fließlinien nicht. Zusätzlich ist das Erzeugen von Teilchen mit komplizierten Geometrien (d.h. anderen als Kugeln oder Blättchen) nicht trivial und bringt unnotwendige Füllermasse in das Endprodukt ein. Als ein Ergebnis haben sich beträchtliche Anstrengungen auf die Untersuchung einer Anzahl von Verarbeitungslösungen fokussiert, um Fließlinien zu eliminieren. Sequenzielles Ausblenden, die Verwendung von komplizierten Formtemperaturprofilen und Rühren der Form wurden gefunden, um das Auftreten von Fließlinien beträchtlich zu reduzieren. Diese Verfahren erfordern jedoch alle die Verwendung von hoch spezialisierter Ausrüstung, was sie extrem unökonomisch und unpraktisch macht. Alternativ wurde die Verwendung von Aluminiumkügelchen als eine mögliche Lösung erkundet. Aufgrund der Abwesenheit von Facetten oder ansehnlichen reflektiven Oberflächen bei Aluminiumkügelchen kann jedoch ein reflektierendes metallisches Aussehen im Endprodukt nicht erreicht werden.
Die japanische Kokai-Patentanmeldung Nr. Hei 11[1999]-279434 beschreibt ein metallisches Pigment, hergestellt durch Beschichten eines transparenten Harzes auf zumindest einer Facette von glänzenden Polyederteilchen. Japanische Kokai-Patentanmeldung Nr. Hei 11[1999]-21376 beschreibt gemischte Glitzermittel, die vernetzte Polymerteilchen sind, enthaltend glänzende Teilchen, Harzzusammensetzungen, enthaltend glitzernde Mittel und geformte Harzprodukte, die daraus hergestellt wurden. Jedoch behandelt keine dieser Referenzen das Problem der glänzenden Teilchen, die aus dem Komposit delaminieren. Zusätzlich behandelt keine Referenz die Wichtigkeit der Vernetzungsdichte bezüglich der physikalischen Gesamteigenschaften oder die Wichtigkeit, die Größe der Kompositkugelteilchen zu beschränken, um defektfreie Spritzguss-Formgegenstände zu erhalten.
Demzufolge besteht eine Notwendigkeit für Systeme und Verfahren sicherzustellen, dass eine winklige Verteilung von Materialien mit hohem Längenverhältnis (z.B. plattenähnliche/flockige Pigmente und Additive) in komplexen Flussfeldern optisch anisotrop und rheologisch isotrop verbleibt, wenn sie zu Kunststoffprodukten verarbeitet werden. Es besteht auch eine Notwendigkeit, dass solche Systeme und Verfahren weniger teuer und weniger hoch spezialisiert sind als bestehende Systeme und Verfahren. Es besteht weiterhin eine Notwendigkeit für solche Systeme und Verfahren, das Auftreten von Fließlinien im Wesentlichen zu eliminieren. Es besteht noch eine weitere Notwendigkeit für solche Systeme und Verfahren, Materialien mit hohem Längenverhältnis innerhalb eines vernetzten oder vernetzbaren Polymeren zu verkapseln. Es besteht auch eine Notwendigkeit für solche Systeme und Verfahren, höhere flockenverkapselnde Kugelausbeuten als derzeit möglich zur Verfügung zu stellen. Es besteht noch eine weitere Notwendigkeit für solche Systeme und Verfahren, verkapselte Materialien mit hohem Längenverhältnis als Pigmente in spritzgegossenen oder extrudierten Kunststoffen zu verwenden, um Kunststoffgegenstände zu erzeugen, die im Wesentlichen frei von Fließlinien sind und ein glitzerndes und/oder metallisches Aussehen haben. Es besteht ebenfalls eine Notwendigkeit, das Problem des Delaminierens von Materialien mit hohem Längenverhältnis aus den verkapselnden Kügelchen während des Kompoundier- und/oder Formvorgangs zu behandeln. Letztendlich besteht eine Notwendigkeit, Farbstoffe in solche Systeme und Verfahren einzubringen, um gefärbte, glitzernde und/oder metallisch aussehende Produkte zu erzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Demzufolge werden die oben identifizierten Nachteile von bestehenden Systemen und Verfahren durch erfindungsgemäße Ausführungsformen überwunden, welche Pigmente betreffen, aufweisend Materialien mit hohem Längenverhältnis, verkapselt in einem Polymer, um im Wesentlichen sphärisch e Kügelchen zu bilden, sowie Verfahren, um diese herzustellen. Diese Pigmentkügelchen sind zur Herstellung von Kunststoffprodukten mit einem gefärbten, glitzernden und/oder metallischen Aussehen verwendbar. Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen Systeme und Verfahren auf, die sicherstellen, dass die winklige Verteilung von Materialien mit hohem Längenverhältnis (z.B. plattenähnliche flockige Pigmente und Additive) in komplexen Fließfeldern optisch anisotrop und rheologisch isotrop verbleiben, wenn sie zu Kunststoffprodukten verarbeitet werden. In einigen Ausführungsformen können die erfindungsgemäßen Systeme und Verfahren weniger teuer und weniger hoch spezialisiert sein als bestehende Systeme und Verfahren. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Systeme und Verfahren im Wesentlichen das Auftreten von Fließlinien eliminieren. Ausführungsformen können auch Materialien mit hohem Längenverhältnis innerhalb eines vernetzten oder vernetzbaren Polymeren verkapseln, um ein Kügelchen zu bilden, und können höhere Kugelausbeuten zur Verfügung stellen als derzeit möglich. Weiterhin verwenden Ausführungsformen verkapselte Materialien mit hohem Längenverhältnis als Pigmente bei spritzgegossenen oder extrudierten Kunststoffen, um Kunststoffgegenstände zu erzeugen, die im Wesentlichen frei sind von Fließlinien und ein gefärbtes, glitzerndes und/oder metallisches Aussehen haben. Erfindungsgemäße Ausführungsformen betreffen spezifische Verarbeitungsbedingungen, die verwendet werden können, um die Delaminierung von Materialien mit hohem Längenverhältnis aus den verkapselnden Kügelchen während des Kompoundierens und/oder des Formvorgangs zu minimieren. Letztendlich können erfindungsgemäße Ausführungsformen Farbstoffe oder gefärbte Pigmente darin enthalten, um zu ermöglichen, gefärbte, glitzernde und/oder metallisch aussehende Produkte zu erzeugen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen ein Pigment auf, aufweisend ein oder mehrere im Wesentlichen sphärisch geformte Kügelchen, wobei jedes im Wesentlichen sphärisch geformte Kügelchen ein oder mehrere Teilchen mit hohem Längenverhältnis aufweist, das innerhalb eines Verkapselungsmaterials verkapselt ist. Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen auch Verfahren auf, um die genannten Pigmente herzustellen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen auch eine Harzzusammensetzung auf, aufweisend ein Kunststoffmatrixmaterial und ein Pigment, wobei das Pigment ein oder mehrere im Wesentlichen sphärisch geformte Kügelchen aufweist, wobei jedes sphärisch geformte Kügelchen ein oder mehrere Teilchen mit hohem Längenverhältnis aufweist, verkapselt innerhalb eines Verkapselungsmaterials.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen auch Formgegenstände auf, die aus den genannten Zusammensetzungen hergestellt werden.
Weitere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leichter während des Verlaufs der folgenden Beschreibung offensichtlich, wo Bezug auf die begleitenden Figuren genommen wird, welche einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und wo gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den Zeichnungen bezeichnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die erfindungsgemäßen Systeme und Verfahren werden hier im Folgenden mit Bezug auf die verschiedenen Figuren beschrieben, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Querschnitt eines spritzgegossenen Teils zeigt, der senkrecht zu einer Knicklinie genommen wurde und die Orientierung von nicht verkapselten anisotropen Teilchen zeigt,
2 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Querschnitt eines spritzgegossenen Teils zeigt, der senkrecht zu einer Knicklinie genommen wurde und die zufällige Orientierung von verkapselten anisotropen Teilchen zeigt,
3 ist ein schematisches Diagramm, welches zeigt, wie die Kügelchen durch Schwerkraftsedimentation (das flüssige Medium in dieser Ausführungsform kann eine 5–20 gewichts-%ige Kaliumchloridlösung enthalten, die 3–6 Tropfen einer 0,1% Triton-X-Tensidlösung enthalten kann) getrennt werden,
4 ist ein Graph, der die Aluminiumflockenverteilung zeigt, die durch zwei erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden,
5 zeigt die chemischen Strukturen von verschiedenen Additiven, die zur erfindungsgemäßen Ausführungsform zugegeben werden können.
Eingehende Beschreibung
Um ein Verständnis der Erfindung voranzutreiben, wird nun auf einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wie sie in 1–5 veranschaulicht ist, und spezielle Sprache verwendet, um diese zu beschreiben. Die hier verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung, nicht der Einschränkung. Spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart sind, sind nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine Basis für die Ansprüche als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedentlich zu verwenden. Jegliche Modifikationen und Variationen in den beschriebenen Systemen und Verfahren, sowie solche weiteren Anwendungen der Prinzipien der hier veranschaulichten Erfindung, die dem Fachmann normalerweise auftreten, werden als innerhalb des Geistes dieser Erfindung liegend betrachtet.
Numerische Werte in der Beschreibung und Ansprüchen dieser Anmeldung, insbesondere wenn sie sich auf Polymerzusammensetzungen beziehen, stellen mittlere Werte für eine Zusammensetzung dar, die individuelle Polymere mit anderen Charakteristiken enthalten kann. Weiterhin sollen die numerischen Werte so verstanden werden, dass numerische Werte enthalten sind, welche die gleichen sind, wenn sie auf die gleiche Anzahl von signifikanten Figuren reduziert werden und numerische Werte, die von dem angegebenen Wert durch weniger als den experimentellen Fehler der in der vorliegenden Anwendung verwendeten Messtechnik abweichen, um den Wert zu bestimmen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen im Wesentlichen sphärische Kügelchen auf, gebildet durch Verkapseln von Materialien mit hohem Längenverhältnis innerhalb eines Polymeren. Diese Kügelchen können in verschiedenen Verfahren verwendet werden (z.B. Spritzgießen, Extrusion, Blattformen, auf Lösung basierenden Verarbeitungstechniken, wie z.B. Spin-Coating oder Lösungsgießen, etc.), um Kunststoffprodukte zu bilden, die ein gefärbtes, glitzerndes und/oder metallisches Aussehen haben.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist dort ein schematisches Diagramm gezeigt, welches die Richtungsorientierung von nicht verkapselten (d.h. freien) Flocken in einem spritzgegossenen Polymermaterial zeigt. Die hier gezeigten Flocken oder plattenähnlichen Partikel mit hohem Längenverhältnis tendieren dazu, ihre Orientierung mit dem Fließfeld an der Knicklinie 10 zu verändern, sich selbst mit der Knicklinie auszurichten und die Sichtbarkeit der Knicklinie zu erhöhen. Diese Erfindung versucht, die Sichtbarkeit dieser Knicklinien/Fließlinien zu minimieren oder zu eliminieren.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist dort ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die zufällige Orientierung von in einem Polymermaterial verkapselten Flocken gezeigt. Wenn die Flocken einmal verkapselt sind, sind sie im Wesentlichen hydrodynamisch isotrop und sind damit im Wesentlichen unempfindlich gegenüber Fließrichtung. Dies reduziert oder eliminiert das Auftreten der Knicklinien 10. Zusätzlich behalten die innerhalb der transparenten, durchscheinenden und/oder gefärbten, im Wesentlichen sphärischen Polymerkügelchen verkapselten Flocken ihre stark spiegelnden oder spiegelähnlichen Reflektionscharakteristiken. In dieser Ausführungsform ist das flockenverkapselnde Kügelchen optisch anisotrop (d.h. der gewünschte optische Effekt wird bewahrt), aber rheologisch isotrop (d.h. es gibt keine bevorzugte Flockenorientierung an Knicklinien oder anderen Bereichen mit hoch gerichteter und/oder nicht gleichförmiger Fließrichtung).
Die vorliegende Erfindung weist Materialien mit hohen Längenverhältnissen auf (z.B. Flocken oder plattenähnliche Teilchen), die in im Wesentlichen sphärischen Tröpfchen oder Kügelchen eingebettet oder verkapselt sind. So wie hier verwendet weisen Materialien mit hohem Längenverhältnis solche Materialien auf, die in verschiedenen Ausführungsformen ein Längenverhältnis von mehr als etwa 1,5:1, mehr als etwa 2:1, mehr als etwa 4:1, mehr als etwa 5:1, mehr als etwa 8:1, mehr als etwa 9:1, bzw. mehr als etwa 40:1 haben. In anderen Ausführungsformen weisen Materialien mit hohen Längenverhältnissen in verschiedenen Ausführungsformen solche Materialien auf, die ein mittleres Längenverhältnis von etwa 2:1 bis etwa 40:1, von etwa 5:1 bis etwa 40:1, bzw. von etwa 9:1 bis etwa 40:1 haben.
Materialien mit hohem Längenverhältnis, die geeignet sind für die Verwendung in dieser Erfindung, weisen in verschiedenen Ausführungsformen Materialien auf, die zumindest zwei Facetten, etwa 2 bis etwa 100 Facetten, etwa 3 bis etwa 50 Facetten, etwa 4 bis etwa 10 Facetten, weniger als 4 Facetten, etwa 2 bis etwa 4 Facetten, bzw. etwa 2 bis etwa 3 Facetten haben.
Die erfindungsgemäß verwendeten Materialien mit hohem Längenverhältnis können jegliches geeignete Material aufweisen, das das gewünschte, gefärbte, metallische, glitzernde und/oder metallähnliche Aussehen in einer Harzzusammensetzung zur Verfügung stellt. Einige nicht einschränkende Beispiele für solche Materialien weisen Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Titan, rostfreien Stahl, Nickelsulfid, Kobaltsulfid, Mangansulfid, Metalloxide, weißen Glimmer, schwarzen Glimmer, künstlichen Glimmer, Glimmer, der mit Titandioxid beschichtet ist, metallbeschichtete Glasflocken, Färbemittel, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf, Perylen Rot oder jedes andere geeignete Material mit hohem Längenverhältnis auf, das dafür anfällig ist, Fließlinien zu bilden, wenn es selbst in einer nicht verkapselten Form in einer Harzzusammensetzung verwendet wird. Mischungen aus Materialien mit hohem Längenverhältnis sind in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ebenfalls eingeschlossen. Zum Beispiel kann eine Mischung aus einem Färbemittel mit einem hohen Längenverhältnis und einem Additiv mit einem hohen Längenverhältnis verwendet werden, um ein metallisches, glitzerndes und/oder metallähnliches Aussehen zur Verfügung zu stellen. In vielen Ausführungsformen wird lediglich ein Additiv mit hohem Längenverhältnis eingesetzt.
Diese im Wesentlichen sphärischen Kügelchen können in verschiedenen Ausführungsformen ein mittleres Längenverhältnis von weniger als etwa 2:1, von weniger als etwa 1,5:1, von weniger als etwa 1,2:1, von weniger als etwa 1,1:1 bzw. von etwa 1:1 haben. Allgemein ist es erwünscht, dass die Kügelchen, welche verkapseltes Material mit hohem Längenverhältnis enthalten, ein mittleres Längenverhältnis von etwa 1:1 haben, um sicherzustellen, dass wenig oder keine Vorzugsorientierung oder Ausrichtung in der Nähe von Knicklinien, Fließlinien, etc. auftritt. So wie hier verwendet werden die Bezeichnungen „Knicklinie", „Fließlinie" und „Schweißlinie" alle austauschbar verwendet, um Bereiche mit hoher Ausrichtung und/oder nicht gleichförmiger Flussrichtung zu bezeichnen. Weiterhin bedecken die Bezeichnungen „Verkapselung", „flockenverkapselnd" und alle ähnlichen Variationen, so wie hier verwendet, sowohl Flocken, die vollständig innerhalb des Kügelchens verkapselt sind, als auch Flocken, die an das Kügelchen oberflächenlaminiert sind. Beide Typen von Kügelchen können in verschiedenen Anteilen in durch hier beschriebene Verfahren hergestellten Materialien vorhanden sein, und abhängig davon, welche Art von Kügelchen die Hauptmenge der Kügelchenpopulation aufweist, können die geeigneten Verarbeitungsbedingungen, so wie hier im Folgenden beschrieben, angewendet werden, um Kunststoffgegenstände zu erhalten, die im Wesentlichen frei von sichtbaren Fließlinien sind.
Die im Wesentlichen sphärischen Kügelchen werden in dieser Anmeldung auch als eine verkapselte Pigmentzusammensetzung bezeichnet. Die Kügelchen oder Partikel in der verkapselten Pigmentzusammensetzung sind von einer Größe, die geeignet ist, um herkömmlichen Objekten, wie z.B. Telefonabdeckungen, Handys, Computerblenden, Keyboards, Tastaturtasten und Mäusen, Fernsehblenden, Stereoanlagen, Druckern und weiterer Konsum- und Büroausrüstung, sowie Automobilinnerem und -äußerem und Ähnlichem, Farbe und andere optische Effekte zu verleihen. Als solches ist es willkommen, dass die Partikel in dem erfindungsgemäßen Pigment klein sind im Vergleich zur Wanddicke von solchen Gegenständen, so dass Dispersion innerhalb des Gegenstandes möglich ist.
Die im Wesentlichen sphärischen Kügelchen haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser, der zumindest gleich der mittleren Länge des darin verkapselten Partikels mit hohem Längenverhältnis ist, oder diese leicht übersteigt. Diese Kügelchen können in verschiedenen Ausführungsformen einen mittleren Durchmesser von zwischen etwa 10 μm bis etwa 300 μm, von zwischen etwa 15 μm bis etwa 300 μm, von zwischen etwa 20 μm bis etwa 300 μm, von zwischen etwa 40 μm bis etwa 250 μm, von zwischen etwa 80 μm bis etwa 200 μm bzw. von zwischen etwa 90 μm bis etwa 140 μm haben. Der Fachmann wird erkennen, dass in diesen verschiedenen Ausführungsformen individuelle Kügelchen mit einem Durchmesser von weniger als oder mehr als den angegebenen mittleren Durchmessern existieren können, ohne zu verursachen, dass der mittlere Kügelchendurchmesser der Kügelchenpopulation außerhalb der angegebenen Bereiche fällt. Die Partikel mit hohem Längenverhältnis, die in den Kügelchen verkapselt sind, haben vorzugsweise mittlere Werte für ihre größte Abmessung in dem gleichen Bereich wie die mittleren Durchmesser der Kügelchen, in denen sie verkapselt sind, wobei der Mittelwert für die größte Abmessung der Partikel mit hohem Längenverhältnis vorzugsweise gleich oder leicht geringer ist als der mittlere Durchmesser der Kügelchen, in denen sie verkapselt sind. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform die in den Kügelchen verkapselten Partikel mit hohem Längenverhältnis Flocken mit einer maximalen Abmessung von etwa 100 μm oder leicht weniger aufweisen, wobei die Kügelchen einen mittleren Durchmesser von etwa 100 μm haben.
Die mittlere Menge (d.h. Gewicht) von Material mit hohem Längenverhältnis, das in dem polymeren verkapselnden Kügelchenmaterial verkapselt ist, ist typischerweise eine Menge die notwendig ist, um ein gewünschtes gefärbtes, metallisches, glitzerndes und/oder metallähnliches Aussehen für eine bestimmte Konzentration von Kügelchen in einer Harzzusammensetzung zu erreichen, wobei die mittlere Menge von Material mit hohem Längenverhältnis bestimmt werden kann, indem das Gesamtgewicht des verwendeten Materials mit hohem Längenverhältnis durch das Gesamtgewicht der Kügelchen geteilt wird. Die mittlere Menge des in dem polymeren verkapselnden Kügelchenmaterial verkapselten Materials mit hohem Längenverhältnis kann in verschiedenen Ausführungsformen weniger als etwa 25 Gew.-% sein, zwischen etwa 0,1 und etwa 25 Gew.-%, zwischen etwa 1 und etwa 20 Gew.-%, zwischen etwa 2 und etwa 15 Gew.-%, zwischen etwa 5 und etwa 10 Gew.-%, zwischen etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%, zwischen etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-%, bzw. zwischen etwa 0,1 bis etwa 4 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Pigmentkügelchens. Der Fachmann wird erkennen, dass in den Gesamtkügelchenpopulationen dieser verschiedenen Ausführungsformen individuelle Kügelchen vorkommen können, die kein darin verkapseltes Material mit hohem Längenverhältnis haben, und dass einzelne Kügelchen vorkommen können, die mehr als 25 Gew.-% Material mit hohem Längenverhältnis darin verkapselt haben, ohne zu verursachen, dass die mittlere Menge an in den Polymerkügelchen einer gegebenen Kügelchenpopulation verkapseltem Material mit hohem Längenverhältnis außerhalb der angegebenen Bereiche fällt.
Das Polymermaterial (d.h. das Verkapselungsmaterial), welches die Partikel mit hohem Längenverhältnis umgibt, kann jedes Material aufweisen, das eine ausreichende Menge an Transparenz und/oder Transluzenz hat, um den erwünschten optischen Effekt in einem Kunststoffprodukt zu erreichen. Einige nicht einschränkende Beispiele für solche Materialien weisen ein duroplastisches Harz, ein Polymer, hergestellt durch Suspensionspolymerisation, oder ein Polymer, das ein Thermoplast ist auf.
Solche Duroplaste können zum Beispiel Epoxy-, phenolische, acrylische, Alkyd-, Polyester-, Polyimid-, Polyurethan-, Silikon-, Bismaleimid-, Cyanatester-, Vinyl- und/oder Benzocyclobutenharze aufweisen. Die Duroplastzusammensetzung kann auch verschiedene Katalysatoren, Flammhemmer, Härtungsmittel, Füller, Verstärkungsmittel und andere Bestandteile aufweisen, falls erwünscht. Die verschiedenen Duroplastbestandteile können alleine, in Kombination miteinander oder in Kombination mit (einem) anderen thermoplastischen Harzen) verwendet werden.
Solche Thermoplasten können zum Beispiel Polyester, wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN), Polybutylennaphthalat (PBN), Polycyclohexandimethanolterephthalat (PCT), Polyethylenco-cyclohexandimethanolterephthalat (PETG), Flüssigkristall-Polyester (LCP) und Ähnliches, Polyolefine, wie z.B. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polybutylen, Polymethylpenten und Ähnliches, Harze mit Struktureinheiten, die aus Styrolmonomer erhalten werden, wie z.B. Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acrylnitril-Styrol-Butadien (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Bisphenol A-Polycarbonat, Polyvinylchlorid (PVC), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylenether (PPE), Polyimid (PI), Polyamidimid (PAI), Polyetherimid (PEI), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyketon (PK), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyarylat (PAR), Phenolharze (vom Novolaktyp oder Ähnliches), Phenoxyharze, Fluorkohlenstoffharze oder weiterhin thermoplastische Elastomere aufweisen, von denen Beispiele einen Polystyroltyp, einen Polyolefintyp, einen Polyurethantyp, einen Polyestertyp, einen Polyamidtyp, einen Polybutadientyp, einen Polyisoprentyp, einen Fluortyp, einen Siloxantyp, einen natürlichen Kautschuk, einen synthetischen Kautschuk oder Ähnliches beinhalten, aber nicht darauf eingeschränkt sind, oder Copolymere oder Modifikationen von irgendeiner dieser Substanzen oder Kombinationen von zwei oder mehreren von diesen Substanzen oder Ähnliches. Beispiele für Copolymere beinhalten, sind aber nicht eingeschränkt auf, Polydimethylsiloxan-Polycarbonat-Copolymer, Polyestercarbonat-Copolymer, Ethylen-Propylen-Copolymer und Ethylen-Propylen-Dien-modifiziertes Copolymer (EPDM). Thermoplasten und Elastomere können wahlweise geeignet unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen modifiziert werden, um vernetzbare Stellen darin einzubringen. In einer besonderen Ausführungsform können Thermoplaste oder Elastomere allyl- oder olefinische Gruppen aufweisen und können aus Monomeren hergestellt werden, aufweisend allyl- oder olefinische Gruppen. Vorzugsweise weist im Falle der Suspensionspolymerisation das Verkapselungsmaterial Polystyrol (PS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Methylmethacrylat-Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA)-Harze, oder Kombinationen davon auf.
Zumindest ein Vernetzungsmittel kann in dem Polymermaterial (d.h. dem Verkapselungsmaterial), welches die Partikel mit hohem Längenverhältnis umgibt, enthalten sein und das Enthalten eines Vernetzungsmittels ist von besonderer Wichtigkeit, wenn ein Suspensionspolymerisationsverfahren verwendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Einschluss eines Vernetzungsmittels den Pigmentkügelchen mechanische Festigkeit und/oder Schmelzstabilität verleihen, wenn sie in einer Zusammensetzung verarbeitet werden, um ein extrudiertes oder geformtes Endprodukt herzustellen. Ein anschauliches Vernetzungsmittel ist Divinylbenzol. Die Menge an Vernetzungsmittel, die verwendet wird, kann die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen. Die Menge an Vernetzungsmittel, die in das Verkapselungsmaterial eingebracht werden kann, wird durch solche Faktoren wie die physikalischen Eigenschaften, die für das Endprodukt erwünscht sind, die Eigenschaften des thermoplastischen Trägerharzes und die Kompoundierungsbedingungen, die verwendet werden (z.B. Komplettzufuhr gegenüber Stromabwärtszufuhr während der Extrusion), bestimmt werden und kann vom Fachmann ohne ungebührliches Experimentieren bestimmt werden. Zum Beispiel können in manchen Ausführungsformen bei der gleichen Vernetzerbeladung Zusammensetzungen, die unter Verwendung von Stromabwärtszufuhr extrudiert wurden, weniger duktil sein als solche, die durch Verwendung einer Komplettzufuhr hergestellt wurden.
In einigen Ausführungsformen können geformte Teile mit erhöhter Vernetzerbeladung weniger duktil sein. Erhöhung der Beladung mit Pigmentkugeln selbst kann in gewissen Ausführungsformen ebenfalls in verringerter Duktilität resultieren. Die Duktilität des geformten Endprodukts hängt zum Teil von den Eigenschaften des verwendeten Trägerharzes ab.
Andere Additive können in dem verkapselnden Kügelchenmaterial enthalten sein. Solche Additive können aus verschiedenen Gründen enthalten sein. Solche Additive können dabei helfen, einen gewünschten optischen Effekt aufrecht zu erhalten und/oder können den Kügelchen dabei helfen, ihre im Wesentlichen sphärische Form zu behalten, während sie zu dem Endprodukt verarbeitet werden. Andere Additive können zugegeben werden, um die Kügelchenausbeute gegenüber der derzeit möglichen zu verbessern. Zum Beispiel können Kettenübertragungsmittel zugegeben werden und/oder Verzögerer und/oder Inhibitoren können zugegeben werden, um den Kügelchenherstellungsprozess zu verbessern. Zusätzlich können Farbstoffe zugegeben werden, so dass gefärbte, glitzernde und/oder metallisch aussehende Produkte erzeugt werden können. Einige nicht einschränkende Beispiele für geeignete Additive weisen alle geeigneten Färbemittel auf, Solvent Blau 35, Solvent Blau 36, Disperse Violet 26, Solvent Grün 3, Anaplast Orange LFP, Perylen Rot, Morplas Rot 36, thermische Stabilisatoren, Oxidationsinhibitoren, butyliertes Hydroxytoluol (BHT), Radikalfänger, irgendein Monomer auf Vinylbasis, Füller (z.B. Titandioxid, Ruß und/oder Graphit), Schlagmodifizierer, UV-Absorber und/oder Feuerhemmmittel, etc.
Diese Pigmentkügelchen, aufweisend Material mit hohem Längenverhältnis, eingekapselt in einem Polymer, können verwendet werden, um Kunststoffprodukte zu erzeugen, die ein gefärbtes, glitzerndes, metallisches, metallähnliches, metallisch echtes und/oder ein winkliges metameres Aussehen haben. Solche Produkte können durch Dispergieren von solchen Pigmentkügelchen in einer Kunststoffmatrix erzeugt werden. Geeignete Kunststoffmatrixmaterialien weisen solche Materialien auf, die zur Bildung von sichtbaren Fließlinien neigen, wenn sie lediglich nicht verkapselte Materialien mit hohem Seitenverhältnis enthalten. In besonderen Ausführungsformen beinhalten geeignete Kunststoffmatrixmaterialien, sind aber nicht darauf eingeschränkt, all jene Kunststoffe und Elastomer-Materialien, wie hier oben zum Verkapseln für Materialien mit hohem Längenverhältnis aufgeführt. Zusätzlich zu den Pigmentkügelchen können diese Kunststoffmatrizen auch Additive aufweisen, so wie z.B. Farbstoffe oder andere geeignete Färbemittel, thermische Stabilisatoren, Oxidationsinhibitoren, Radikalfänger, Füller (z.B. Titandioxid, Ruß und/oder Graphit), Schlagmodifizierer, UV-Absorber und/oder Feuerhemmmittel, vorausgesetzt, dass das gewünschte farbige, glitzernde, metallische, metallisch echte oder winklig metamere Aussehen bewahrt wird, wenn solche Additive vorhanden sind. In einigen Ausführungsformen können die Kunststoffmatrizen nicht verkapseltes Material mit hohem Längenverhältnis zusätzlich zu dem in verkapselter Form zugegebenen aufweisen. Die Gegenwart von allem oder zumindest einem Teil des unverkapselten Materials in Zusammensetzungen, aufweisend verkapseltes Material, kann aus Delaminierung von verkapseltem Material während des Verarbeitens, aus Verunreinigung von verkapseltem Material mit unverkapseltem Material, oder aus freier Zugabe von unverkapseltem Material zu der Zusammensetzung resultieren. Die Menge von unverkapseltem Material mit hohem Längenverhältnis in Zusammensetzungen, aufweisend verkapseltes Material ist derart, dass die Anwesenheit von Fließlinien, Knicklinien oder Schweißlinien in geformten Teilen, die aus den genannten Zusammensetzungen erhalten werden, im Wesentlichen eliminiert oder zumindest reduziert ist, verglichen mit Zusammensetzungen, die kein verkapseltes Material mit hohem Längenverhältnis enthalten.
Wenn der Gegenstand, in welchem erfindungsgemäß verkapselte Pigmentzusammensetzung enthalten ist, in der Abmessung größer ist, z.B. für Laptopcomputerabdeckungen, TV-Blenden und andere große Gegenstände, kann zusätzliches Feinbearbeiten und Kontrolle des Verfahrens erforderlich sein, um die beste Sanierung von optischen Defekten, die für große und/oder dünnwandige Anwendungen spezifisch sind, zu erreichen. Es wurde insbesondere beobachtet, dass für dünnwandige (< 1,5 mm) und/oder große Teile, bei denen laminarer Fluss von > 4–6 Inch erforderlich ist, um das Teil beim Spritzgießen zu füllen, gefunden wurde, dass sich größere Kügelchen an der (den) Schmelzfront(en) eher versammeln, als sich gleichmäßig durch das Teil hindurch zu verteilen. Dies resultiert in störenden optischen Defekten, bei welchen diese Bereiche dunkler in der Farbe sind als der Rest des geformten Teils. Dieses Problem ist umso extremer, je größer die Kugelteilchen werden, und wird mit zunehmend dünneren Wandabschnitten abgeschwächt. Zusätzlich zu Defekten aus Kugelgrößensegregation an der Schmelzfront werden bei geringeren Vernetzungsdichten, d.h. wenn die Divinylbenzolkonzentration geringer als ungefähr 0,2 Teile pro hundert bei der Kugelbildungsreaktion ist, größere Kügelchen auch stärker als Flecken von nicht gleichförmigem hohem Aluminiumgehalt stören. Dieses Problem wird umso extremer, je dunkler die begleitende Pigment/Harz-Packung wird. Der Grund, dass diese bei geringeren Vernetzungsdichten stärker störend sind ist, dass diese Kügelchen weicher sind und daher beim Spritzgießen in der Richtung des Harzflusses verstreckt werden. Für lange Teile mit laminarem Fluss, für welche die Harzgeschwindigkeit signifikant höher sein kann als in kleineren Anwendungen, ist dieses Kügelchenverstreckungsphänomen sogar noch extremer. Geringere Vernetzungsdichten sind wünschenswert, um akzeptable physikalische Eigenschaften, insbesondere duktilen Schlag, zu erreichen. Je kleiner die erreichte Kügelchengröße ist, umso besser wird die Gesamtästhetik eines spritzgegossenen Teils sein.
Um diese beiden Probleme zu lösen, während physikalische Eigenschaften sowie akzeptable Ausbeuten aus dem Prozess aufrecht erhalten werden, werden Kügelchen mit einer Größe von nicht mehr als 150 Mikron mit Vernetzungsdichten, die sowohl für Tensid- als auch Monomerverhältnisse optimiert wurden, bei der Herstellung der Kügelchen, sowie dem verwendeten thermoplastischen Harz verwendet. Zum Beispiel stellt die Verwendung eines 92:8 Styrol/Acrylnitril-Monomer-Verhältnisses und eines PVA-Tensidsystems eine Vernetzungsdichte von 0,2 Teilen pro 100 DVB, den idealen Kompromiss zwischen Kügelchenstabilität und physikalischen Gesamteigenschaften für ein gegebenes Harz, zur Verfügung. Die Vernetzungsdichten sind relativ zur anfänglichen Menge an Vernetzungsmittel, in diesem Fall DVB, und sind keine absoluten Zahlen. Verwendung eines anderen Monomerverhältnisses kann eine Veränderung in der Vernetzungsdichte erfordern. Zum Beispiel erfordert die Verwendung eines 85:15 Styrol/Acrylnitril-Verhältnisses mit einem PVA-Tensidsystem eine Vernetzungsdichte von um 0,25 Teilen pro hundert je Äquivalentflusslinie und physikalische Leistung. Zusätzlich erfordert ein 92:8 Styrol/Acrylnitril-Monomer-Verhältnis, aber ein PVA/KJ-Tensidsystem, um 0,3 Teile je hundert DVB für ähnliche Ergebnisse zu einem 0,2 Teilen pro hundert Material, hergestellt in einem PVA-Tensidsystem. Ebenso erfordert als Effekt von Faktoren, die mit Kügelchen und Tensidzusammensetzung zusammen hängen, das Einbringen von Kügelchen in ein Harz, welches höhere Verarbeitungstemperaturen erfordert, wiederum ein Kügelchen mit erhöhter Vernetzungsdichte. Zum Beispiel ist ein Kügelchen mit Vernetzungsdichte, die für ein bei 275°C kompoundiertes Harz optimiert ist, nicht ausreichend stabil zur Verwendung in einem Harz, das bei 310°C kompoundiert wurde, was in dem Auftreten von Fließlinien in geformten Teilen resultiert. Demzufolge ist, um alle potenziellen thermoplastischen Harze abzudecken, ein weiter Bereich von Vernetzungsdichten erforderlich. Diese beiden Schlüsselfacetten, um dieses Ziel zu erreichen, sind Prozessoptimierung innerhalb der Suspensionspolymerisationsreaktion, die verwendet wird, um die Kügelchen herzustellen (d.h. Auswahl der geeigneten Menge an Vernetzungsmittel und der Menge an Verkapselungsmaterial, relativ zu der Menge an Pigment) und Nachreaktionssieben/Selektieren der isolierten Kügelchen, um diese großen Teilchen zu entfernen. Wie in der Beschreibung und Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet, betrifft die Bezeichnung „maximaler Durchmesser" die nominale Siebgröße. Demzufolge sind Teilchen mit einem maximalen Durchmesser von 150 Mikron Teilchen, die ein 150 Mikron Drahtsieb oder Sieb passiert haben. Es wird angenommen, dass Teilchen, die nicht perfekt symmetrisch sind, die jedoch durch das Drahtsieb/Sieb in einer Richtung hindurchpassen, auch wenn sie größer als 150 Mirkon im Durchmesser in einer anderen Richtung sind, in dieser Definition enthalten sind.
Die Beladung von solchen Pigmenten, aufweisend Materialien mit hohem Längenverhältnis, dispergiert innerhalb solcher Kunststoffmatrizen, ist typischerweise in einer Menge die notwendig ist, um das gewünschte farbige, glitzernde, metallische, metallähnliche, metallisch echte und/oder winklig metamere Aussehen in dem Kunststoffendgegenstand, der damit erzeugt wird, zu erreichen. Zum Beispiel kann die Beladung von solchen Pigmenten in verschiedenen Ausführungsformen Werte in dem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 10 Gew.-%, von etwa 0,05 bis etwa 5 Gew.-%, von etwa 0,05 bis etwa 4 Gew.-%, von etwa 0,05 bis etwa 3 Gew.-%, bzw. etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-% aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das polymere Verkapselungsmaterial der Kügelchen im Wesentlichen dem Brechungsindex der Kunststoffmatrix entsprechen, in welchem die Kügelchen enthalten sind. Zum Beispiel kann der Brechungsindexunterschied zwischen dem polymeren Verkapselungsmaterial der Kügelchen und der Kunststoffmatrix, in welcher die Kügelchen enthalten sind, weniger als etwa 0,01 sein, um ein im Wesentlichen transparentes Endprodukt zu ergeben (wenn die Kunststoffmatrix selbst im Wesentlichen transparent ist und keine weitere Pigmentierung zugegeben wird). Alternativ kann der Brechungsindexunterschied zwischen dem polymeren Verkapselungsmaterial der Kügelchen und der Kunststoffmatrix, in welcher die Kügelchen enthalten sind, in dem Bereich von zwischen etwa 0,01 und etwa 0,05 sein oder kann sogar größer als etwa 0,05 sein, um Endprodukte zu ergeben, die verschiedene Grade an Transluzenz haben.
Das Verkapseln von Material mit hohem Längenverhältnis und ein optionales weiteres Vernetzen des polymeren Verkapselungsmaterials kann in einer Anzahl von verschiedenen Arten und Weisen ausgeführt werden, so wie z.B. Sprühtrocknungstechniken, dem Wurster-Prozess, oder in situ Suspensionspolymerisation. In einigen Ausführungsformen kann, wenn Suspensionspolymerisation verwendet wird, das Verfahren den Schritt des Dispergierens von Teilchen mit hohem Längenverhältnis in zumindest einem aus einem Monomer oder einem Polymer und einem Vernetzungsmittel aufweisen, um eine Suspensionsmischung zu bilden, Zugabe der Suspensionsmischung in eine wässrige Mischung, aufweisend ein Suspensionsmittel, Erwärmen und Mischen der wässrigen Reaktionsmischung, um die Bildung von Kügelchen anzuregen, wobei die meisten Kügelchen ein oder mehrere Teilchen mit hohem Längenverhältnis verkapseln, quenchen der wässrigen Reaktionsmischung, nachdem sich die Kügelchen gebildet haben und Sammeln der Kügelchen. Dieses Verfahren kann weiterhin das Suspendieren von einem oder mehreren Teilchen mit hohem Längenverhältnis in der Suspensionsmischung aufweisen, indem die Suspensionsmischung vor der Zugabe der Suspensionsmischung zu der wässrigen Mischung beschallt wird. Es kann auch die Verwendung von Schwerkraftsedimitation oder Zentrifugation aufweisen, um die Kügelchen in verschiedene Batches aufzutrennen und die Kügelchen danach zu trocknen.
Im Falle von Suspensionspolymerisation stellt die Verwendung eines Vernetzungsmittels, wie z.B. Divinylbenzol, überragende Teilchenstabilität in dem Produkt zur Verfügung, da dies das Schmelzen und die Dispersion des Partikels und des verkapselten Pigments während des Kompoundierens in das Harz der Wahl verhindert. Zusätzlich ist es zur wirksamsten Verkapselung von Pigment erwünscht, dass sich das Pigment zwischen der Suspensionsmischung (suspendierte Phase) und der wässrigen Phase in einer solchen Art und Weise verteilt, dass das Pigment sich während des Ablaufs der Polymerisation im Wesentlichen in der suspendierten Phase befindet. So wie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet, zeigt der Ausdruck „sich im Wesentlichen befindet" an, dass sich zumindest 95% des Pigments in der suspendierten Phase befinden. Stärker bevorzugt befinden sich mehr als 99% des Pigments in der suspendierten Phase. Größere Mengen, die sich in der wässrigen Phase befinden, führen zu geringeren Ausbeuten an verkapseltem Pigment und können in nicht verkapseltem Pigment in dem Endprodukt resultieren, was zu Fließlinien führt, wenn in Spritzgussanwendungen verwendet. Oberflächenmodifizierung der Pigmentteilchen, z.B. um Hydrophobizität zu erhöhen, kann verwendet werden, um das Verteilungsverhältnis eines gegebenen Pigments zu erhöhen.
Die Schwerkraftsedimentation, die in erfindungsgemäßen Ausführungsformen verwendet wird, kann aufweisen: a) Entfernen der Mikroemulsion, die durch den Suspensionspolymerisationsprozess verursacht wurde, von den Kügelchen, b) Filtern der Kügelchen, c) Wiederaufschlämmen der Kügelchen in einer Salzlösung (z.B. 5–20 Gew.-% Kaliumchlorid), um ein Abtrennsystem zu bilden, das ein Originalvolumen hat, d) Vermischen des Abtrennsystems, z.B. durch Aufschütteln des Systems, e) Zulassen, dass das Abtrennsystem stillsteht, um zu einem Gleichgewicht zu kommen, f) Entfernen einer Fraktion von verwendbaren Kügelchen aus dem Abtrennsystem, g) Filtrieren der Fraktion von verwendbaren Kügelchen, die aus dem Abtrennsystem erhalten wurden, h) Waschen der gefilterten Fraktion von verwendbaren Kügelchen, um jeglichen Überschuss an Aufschlämmungslösung zu entfernen, i) Zugabe einer Menge an deionisiertem Wasser zu den verbleibenden Kügelchen und Aufschlämmungslösung in dem Abtrennsystem, um das Volumen des Auftrennsystems zurück auf das Originalvolumen zu bringen und j) Wiederholen der Schritte d)–i), sofern notwendig, bis alle Kügelchen aus dem Abtrennsystem entfernt wurden. Falls notwendig kann die erste Fraktion von Kügelchen, die erhalten wird, weggeworfen werden, da diese Fraktion auch freie (d.h. nicht verkapselte) Partikel mit hohem Längenverhältnis enthalten kann, die Fließlinien in dem Endprodukt verursachen können.
In einer Ausführungsform werden Aluminiumflocken mit einem Durchmesser von weniger als etwa 100 Mirkometern in einem Polymer verkapselt. Diese Verkapselung kann über Suspensionspolymerisation von Monomeren in der Gegenwart der Aluminiumflocken erreicht werden. Ein Vernetzungsmittel kann enthalten sein, um den verkapselten Kügelchen mechanische Festigkeit und Schmelzstabilität zu verleihen, wenn sie zu dem extrudierten oder geformten Endprodukt verarbeitet werden. Die Flocken können auch Oberflächenfunktionalisierung darauf beinhalten, so dass Wachstum des verkapselnden Polymeren ein oberflächenvorangetriebener Prozess ist. In dem Fall von Suspensionspolymerisation kann Oberflächenfunktionalisierung auch für Flocken notwendig sein, die eine hydrophile Oberfläche haben.
Um Materialien mit hohem Längenverhältnis, wie z.B. Flocken, die eine hydrophile Oberfläche haben, mit organischen Monomeren kompatibel zu machen, müssen solche Materialien mit einem Kompatibilisierer behandelt werden, so wie z.B. Oleinsäure. Verkapselte Materialien mit hohem Längenverhältnis können in zwei Kategorien bezüglich ihres Verhaltens in organischen Medien eingeteilt werden: organisch kompatibel und organisch nicht kompatibel. Das Verhalten des Materials kann getestet werden, indem eine zweiphasige Mischung aus Toluol/Wasser hergestellt wird und dann das Material in diese Mischung zugegeben wird. Wenn das Material in dem organischen Teil der Mischung verbleibt, ist das Material organisch kompatibel (d.h. hydrophob). Wenn das Material die wässrige Phase der Mischung bevorzugt, ist das Material organisch nicht kompatibel (d.h. hydrophil). Der Test ist ein Indikator für die Präferenz des Materials für eine von diesen beiden Phasen: hydrophob oder hydrophil. Für höhere Verkapselungseffizienz ist es erwünscht, organisch kompatible (d.h. hydrophobe) Materialien zu haben. Daher kann, in den Fällen, bei denen gefunden wird, dass Materialien nicht kompatibel sind, Oberflächenbehandlung/Modifikationen ausgeführt werden, um solche Materialien organisch kompatibel zu machen.
Organisch kompatibel machen von solchen Materialen kann die Verwendung von organischen Molekülen mit sich bringen, die auf die Oberfläche des Materials binden können. Wenn Bindung einmal erreicht wird, sollte die organische Schicht hydrophob genug sein, um das Material organisch kompatibel zu machen. Im Allgemeinen weisen solche Moleküle, oftmals Oberflächenmodifizierer genannt, eine lange Alkylkette und eine polare Endgruppe auf, so wie z.B. Thiole, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Carbonsäuren, Carboxylate, Amine und/oder quaternäre Ammoniumsalze. Oberflächenmodifizierer können polymer sein und können z.B. sulfoniertes Polystyrol, Polystyrol, enthaltend Aminogruppen, sowie sulfoniertes EPDM aufweisen. Die Art der polaren Endgruppe hängt von der Natur der Oberfläche ab. Abhängig von dem Substrat kann eine geeignete Endgruppe ausgewählt werden, um eine Wechselwirkung zu erreichen, die ionisch, kovalent oder nicht kovalent in ihrer Art sein kann. Der Oberflächenmodifizierer kann auch neben der Endgruppe und dem hydrophoben Teil andere reaktive Gruppen enthalten. Solche reaktiven Gruppen können verwendet werden, um weitere Reaktionen auszuführen. Diese Prozedur, um solche Materialien organisch kompatibel zu machen, kann auch verwendet werden, wenn das Material oder der Oberflächenmodifizierer feucht ist oder organische Bestandteile enthält, die durch bekannte Verfahren entfernt werden können, so wie z.B. einfache oder azeotrope Destillation. Eine Vielzahl von Flockenteilchen ist kommerziell erhältlich, so wie z.B. Aluminiumflocken. Oftmals sind diese Flockenteilchen in einem Trägermittel, wie z.B. Mineralöl, enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen können die Flocken wie erhalten verwendet werden, oder das Trägermittel kann durch Waschen der Flocken in einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. In jedem Fall können die Flocken direkt zu der Suspension von Reaktanden in Wasser zugegeben werden, oder die Flocken können zunächst in dem (den) Monomer(en) durch Beschallung bei Raumtemperatur suspendiert werden und dann zu einer wässrigen Lösung, aufweisend Polyvinylalkohol (PVA) als ein Suspensionsmittel, zugegeben werden.
Beispiel Eins: Beschichtete Glaspigmente können unter Verwendung von Oleinsäure kompatibilisiert werden (d.h. mit organischen Monomeren kompatibel gemacht werden).
In einer Ausführungsform werden etwa 11,4 g beschichtete Glasflocken (30 Mikrometer), etwa 50 ml Toluol und etwa 2,85 g Oleinsäure als Oberflächenmodifizierer (20 Gew.-% bezüglich der Flocke, 90% Reinheit, von Aldrich) in einen Rundkolben gegeben, der mit einer Dean-Stark-Falle und einem Rührer ausgerüstet ist. Die Mischung wird unter azeotropen Bedingungen für etwa 2 Stunden gerührt. Die Kompatibilität der Flocken wird dann wie oben erwähnt getestet, indem Wasser und Toluol zugegeben werden. Es wird gefunden, dass die Oberfläche dieser behandelten Flocken nun hydrophob ist, wie durch die Tatsache belegt wird, dass die meisten der oberflächenbehandelten Flocken in Toluol verbleiben, wohingegen lediglich einige der nicht oberflächenbehandelten Flocken in Toluol verbleiben.
BEISPIEL ZWEI: Etwa 11,4 g beschichtete Glasflocken (30–90 Mikrometer), etwa 50 ml Styrol und etwa 2,85 g Oleinsäure (20 Gew.-% bezüglich der Flocke, 90% Reinheit, von Aldrich) werden in einen Rundkolben gegeben, der mit einem Kühler und einem Rührer ausgerüstet ist. Die heterogene Lösung wird bei etwa 80°C für etwa 2 Stunden gerührt. Die erhaltene Mischung wird dann für die Suspensionspolymerisation verwendet. Die erhaltenen Kügelchen enthalten eine höhere Menge an verkapselten Glasflocken, als die Kügelchen tun, die unter Verwendung von Glasflocken hergestellt wurden, die nicht oberflächenbehandelt waren.
Sowohl in BEISPIEL EINS als auch in BEISPIEL ZWEI werden Oberflächenmodifizierer, enthaltend eine Carbonsäureendgruppe, zum Zweck der Flocken/Monomer-Kompatibilität verwendet. Aluminiumflocken werden auch mit Vinylbenzoesäure und 4,4''-Azobis(4-cyanovaleriansäure) modifiziert. Vinylbenzoesäure und 4,4''-Azobis(4-cyanovaleriansäure) können als reaktive Oberflächenmodifizierer eingeordnet werden, da sie als Monomere bzw. Initiatoren bei radikalischer Polymerisation eingesetzt werden können.
Einmal gebildet, können die Kügelchen über Schwerkraftsedimentation (auch Schwerkraftabtrennung, Gradientensedimentation und/oder Gradientenseparation oder Ähnliches genannt) in verschiedene Chargen von Kügelchen mit unterschiedlichen Dichten aufgetrennt werden. Die Kügelchen können auch mittels Zentrifugieren oder in irgendeiner anderen geeigneten Art und Weise getrennt werden. Eine allgemeine Beschreibung des Schwerkraftssedimentationsprozesses, dem in erfindungsgemäßen Ausführungsformen gefolgt wird, wird nun beschrieben. Nach Entfernen der Mikroemulsion (d.h. Weißwasser) von den Kügelchen werden die Kügelchen filtriert. Filtrieren wird durchgeführt unter Verwendung eines Buchner-Trichters und Filterpapier. Danach werden die feuchten Kügelchen in einem Originalvolumen von etwa 5–20 Gew.-% Kaliumchlorid oder Natriumchlorid wieder aufgeschlämmt. In einer besonderen Ausführungsform werden die feuchten Kügelchen in einer 15 gew.-%igen Kaliumchlorid- oder Natriumchlorid-Lösung wieder aufgeschlämmt und werden dann in einen 4-Liter-Scheidetrichter überführt. Zeitweise werden zwei bis drei Tropfen einer 0,1 gew.-%igen Triton-X-100-Lösung in Wasser zugegeben, um die Befeuchtung der Kügelchen zu verbessern, wenn es notwendig ist. Die Aufschlämmung wird dann aufgeschüttelt und für etwa 15 bis 30 Minuten stehen gelassen, bis sich das System im Gleichgewicht befindet. Die leeren Kügelchen tendieren dazu, oben auf der Aufschlämmung zu schwimmen, die flockenverkapselnden Kügelchen tendieren dazu zu schwimmen, verbleiben aber unterhalb der leeren Kügelchen in der Aufschlämmung und die freien Flocken tendieren dazu, auf den Boden der Aufschlämmung abzusinken, wie in 3 gezeigt. Die erste Fraktion der verwendbaren Kügelchen (etwa 250 ml Volumen) wird entfernt/gespült, filtriert und mit deionisiertem Wasser gewaschen, um jeglichen Überschuss an Kalium- oder Natriumchlorid zu entfernen. Die erste Fraktion Kügelchen wird üblicherweise weggeworfen, falls notwendig, da diese Fraktion oftmals einige freie Aluminiumflocken enthält, welche Fließlinien in dem Endprodukt verursachen können. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ausschließlich Styrol als Monomer verwendet wird. Als nächstes wird deionisiertes Wasser in den Scheidetrichter zugegeben, um das Volumen in dem Trichter auf ungefähr das Originalvolumen wiederherzustellen und die Aufschlämmung zu verdünnen und ihre Dichte zu verringern. Indem die Dichte der Aufschlämmung verändert wird, können Kügelchen, die eine andere Menge an Aluminiumflockengehalt haben, in jedem Durchgang gesammelt werden, wie durch Fotografie bestätigt wird, wobei das Ergebnis graphisch in 4 gezeigt ist. Diese zulässigen Kügelchen haben spezifische Aluminiumgehalte, die in einem gegebenen Produkt verwendet werden sollen, wobei es ermöglicht wird, verschiedene visuelle/optisch Effekte zu erzeugen, einfach indem die Kügelchen variiert werden, die für die Herstellung des Endprodukts kombiniert werden. Nach dem Schütteln wird die Stehenlass-, Entfernungs-/Abspül-, Filter-, Wasch- und Verdünnungsprozedur wiederholt, bis nahezu keine Kügelchen mehr in dem Trichter verbleiben, was typischerweise etwa 12–15 Verdünnungen benötigt. Die Kügelchen werden dann in einem Vakuumofen bei etwa 50 bis 60°C für zumindest etwa 48 Stunden getrocknet. Nach Sieben durch ein 300 μm rostfreies Stahlsieb sind die Kügelchen fertig zur Verwendung in solchen Verfahren wie Kompoundieren, Extrudieren und/oder Spritzgießen.
BEISPIEL DREI: In dieser Ausführungsform werden neue Spezialeffekte beim Spritzgießen oder extrudierten Kunststoffen unter Verwendung von herkömmlichen Polymerverarbeitungstechniken erzeugt. Diese Ausführungsform weist Aluminiumflocken auf, die in Polystyrol verkapselt sind. Dieses Reaktionssystem beinhaltet die Verwendung von etwa 1 bis 2 Gew.-% wässriger Lösung von Polyvinylalkohol (PVA) (Molekulargewicht 124 000 bis 186 000, 87–89% hydrolysiert) als suspendierendes Medium. Das Monomer, in dieser Ausführungsform Styrol, wird mit etwa 1–2 Gew.-% (basierend auf dem Monomer) Divinylbenzol (einem Vernetzer) vermischt und die Mischung wird dann beschallt. Nach Beschallung werden etwa 0,3 Gew.-% (basierend auf dem Monomer) Benzoylperoxid (ein Initiator) zu der Styrolmischung zugegeben und die neue Mischung wird kurz geschüttelt. Das Monomersystem, aufweisend Styrolmonomer und Initiator, wird zu dem wässrigen Suspensionsmittel (PVA, gelöst in Wasser) ohne Rühren zugegeben und weist etwa 10 bis 20 Gew.-% Suspensionsmedium/mittel auf. Die Aluminiumflocken werden direkt zu der Suspension von Reaktanden in Wasser zugegeben, oder die Flocken werden zunächst in dem reinen Monomer durch Beschallung bei Raumtemperatur suspendiert und dann zu der wässrigen PVA-Lösung zugegeben. Die Reaktionsmischung wird dann bei etwa 300 Upm gerührt und für etwa 1 Stunde auf etwa 80°C erwärmt, gefolgt von Erwärmen für etwa 2 weitere Stunden auf etwa 85°C. Die Reaktionsmischung wird dann gequencht (z.B. durch Abkühlen oder Verdünnen der Mischung), die Mikroemulsion wird entfernt und die resultierenden Kügelchen werden dann durch Filtration gesammelt (z.B. durch Schwerkraftsedimentation, wie im Detail oben beschrieben, oder durch Zentrifugation) und mit Wasser gewaschen.
Die Produktkügelchen, aufweisend metallische Flocken, verkapselt innerhalb der vernetzten Polymerkugeln, können dann zu einem Harzzielsystem, (d.h. eine Kunststoffmatrix), unter Verwendung von traditionellen Polymerverarbeitungstechniken (z.B. Extrusion, Spritzgießen, Blattformen, Verarbeitungstechniken auf Lösungsbasis, wie z.B. Spincoating oder Lösungsgießen etc.) kompoundiert werden. Diese Ausführungsform ergibt Pigmentteilchen, aufweisend facettierte Aluminiumflocken/Partikel, die in einem im Wesentlichen sphärischen Polymerkügelchen verkapselt sind. Diese im Wesentlichen sphärische Form macht die Partikel relativ unempfindlich für Fließfelder, wenn diese Kügelchen zu Kunststoffprodukten verarbeitet werden. Die im Wesentlichen sphärische Form, kombiniert mit der facettierten Natur der eingebetteten Flocken/Partikel, sollte theoretisch Teile erzeugen, die nahezu keine sichtbaren Fließlinien haben und ein glitzerndes, metallisches oder metallisch echtes Aussehen, abhängig von der Konzentration des verkapselten Aluminiumpigments, das verwendet wird.
Wenn Styrol und Divinylbenzol als die einzigen Monomere unter Verwendung des Herstellungsverfahrens von BEISPIEL DREI verwendet werden, ist das Verkapselungsverfahren nicht 100% effektiv. Die Hauptzahl der Aluminiumflocken ist lediglich an die Polymerkügelchen oberflächenlaminiert, anstatt vollständig innerhalb der Kügelchen eingekapselt zu sein, und viele leere Kügelchen werden mittels optischer Mikroskopie offensichtlich. Zusätzlich gibt es einige sichtbare Fließlinien in dem geformten Endprodukt, welches diese Kügelchen in einer Kunststoffmatrix aus Polystyrol beinhaltet, wenn die Zusammensetzung durch Extrusionskompoundieren mit allen Zusammensetzungsbestandteilen, die in den Hals zugeführt werden, verarbeitet wird (vor dem Formen). Die Untersuchung zeigt, dass einige dieser oberflächenlaminierte Flocken von den verkapselnden Kügelchen unter den Hochscherbedingungen während Extrusion und/oder Spritzgießen delaminiert werden, was einige sichtbare Fließlinien verursacht.
Wenn oberflächenlaminierte Flocken eher als vollständig verkapselte Flocken in Kunststoffmatrizen vorhanden sind, kann Extrusionskompoundierung durch Zufuhr von allen Zusammensetzungsbestandteilen über Hals im Auftreten von Fließlinien in anschließend geformten Teilen resultieren. Obwohl diese Erfindung in keiner Art und Weise von Theorie abhängt, wird angenommen, dass das Auftreten von Fließlinien allgemein ein Resultat von laminierten Flocken ist, die sich von der Oberfläche der Kügelchen ablösen, um unter den Hochscherbedingungen, die mit der Extrusion assoziiert sind, freie Flocken zu bilden. Die Menge an freiem (d.h. nicht verkapseltem) Material mit hohem Längenverhältnis, die tolerierbar in Zusammensetzungen, aufweisend verkapseltes Material mit hohem Längenverhältnis in einer Kunststoffmatrix vorhanden sein kann, kann in verschiedenen Ausführungsformen weniger als etwa 1 Gew.-%, weniger als etwa 0,5 Gew.-%, weniger als etwa 0,2 Gew.-%, weniger als etwa 0,1 Gew.-%, weniger als etwa 0,05 Gew.-%, weniger als etwa 0,01 Gew.-% oder weniger als 0,005 Gew.-% sein, basierend auf dem Gewicht der vollständigen Zusammensetzung. Diese Bereichsgrenzen für nicht verkapseltes Material in Zusammensetzungen, aufweisend verkapseltes Material, treffen zu, wenn die Gegenwart von allem oder zumindest einem Teil des nicht verkapselten Materials aus Delaminierung von verkapseltem Material resultiert, oder aus Verunreinigung von verkapseltem Material durch nicht verkapseltes Material, oder wenn alles oder zumindest ein Teil des nicht verkapselten Materials frei zu der Zusammensetzung zugegeben wird. Im Allgemeinen wird beobachtet, dass bei vergleichbaren Gewichtsprozenten Beladung in der Zusammensetzung, je kleiner der Durchmesser von freien Flocken ist, umso markanter sichtbare Fließlinien hervortreten, als bei freien Flocken mit größerem Durchmesser.
Ein Weg, um laminierte Flocken zu stoppen, die sich von der Oberfläche von Kügelchen ablösen ist, das Pigmentkugelmaterial zu dem Kunststoffmatrixharz vor dem Formen zuzugeben und dann während des Formens zu kompoundieren. Dies resultiert typischerweise in solchen Flocken, die auf die Kugeloberfläche laminiert verbleiben und kann in einem ästhetisch zufriedenstellenden, geformten Teil resultieren, wenn die Pigmentkügelchen in der Kunststoffmatrix gut dispergiert werden können. In einigen Ausführungsformen kann die Dispersion, wenn Pigmentkügelchen nicht leicht in der Kunststoffmatrix dispergiert werden, verbessert werden, indem alle oder zumindest ein Teil des Kunststoffmatrixharzes in der Form eines Pulvers eingesetzt wird, welches einen höheren Oberflächenbereich hat und daher Vermischen und Dispersion von Pigment während des Formens vorantreibt. Eine weitere Lösung dieses Problems ist, die Menge an Zeit zu verringern, während der Harzkügelchen des Typs II hohen Scherbedingungen ausgesetzt sind, welche Delaminierung vorantreiben können. In einer Ausführungsform wird alles oder zumindest ein Teil von Pigmentkügelchen in einen Extrusionskompounder an einem Zufuhreinlass an einem Barrel-Segment zur Verfügung gestellt, welches dem Zufuhrtrichter folgt, wobei alles oder zumindest ein Teil der verbleibenden Blendbestandteile, aufweisend Kunststoffmatrixharz, über den Hals zugeführt werden (sogenanntes „zuführen Stromabwärts"). Dies resultiert darin, dass die Pigmentkügelchen eine Hochscherumgebung für kürzere Zeiträume erfahren, was zu einem Abfall bei der Delaminierung und daher Eliminierung von störenden Fließlinien führt, oder einer Abnahme von störenden Fließlinien im Vergleich zu einer ähnlichen Zusammensetzung, hergestellt durch Halszufuhr von allen Bestandteilen.
BEISPIEL VIER: Verkapselte Aluminiumflocken werden in Kügelchen hergestellt, aufweisend Polystyrol, vernetzt mit Divinylbenzol. Die Kügelchen in jeder dieser Zusammensetzungen enthalten im Mittel etwa 3,9 Gew.-% Aluminiumflocken, gemessen durch Thermogravimetrieanalyse (TGA). Drei verschiedene Zusammensetzungen werden hergestellt, aufweisend Pigmentkügelchen und Polystyrolmatrixharz, wobei die Zusammensetzungen jeweils 0,3 Gew.-% (7,6 Gew.-% Kügelchen), 0,7 Gew.-% (17,9 Gew.-% Kügelchen) und 1,2 Gew.-% (30,8 Gew.-% Kügelchen) Aluminiumflocken aufweisen. Ein Teil des Polystyrolmatrixharzes hat die Form von Pulver. Individuell wird jede dieser Zusammensetzungen direkt in eine Formmaschine zum Herstellen von Formteilen zugegeben. Die resultierenden Formteile, die aus diesen verkapselten Kügelchen hergestellt werden, zeigen keine Fließlinien. Zum Vergleich werden drei ähnliche Zusammensetzungen unter Verwendung von nicht verkapselten Aluminiumflocken hergestellt und jede dieser Zusammensetzungen wird dann auch direkt in eine Formmaschine zugegeben, um Formteile herzustellen. Die erhaltenen Formteile, die aus Zusammensetzungen hergestellt wurden, aufweisend diese nicht verkapselten Aluminiumflocken, zeigen sichtbare Fließlinien.
BEISPIEL FÜNF: Drei verschiedene Zusammensetzungen aus verkapselten Aluminiumflocken werden als Kügelchen hergestellt, aufweisend Polystyrol (PS), vernetzt mit Divinylbenzol. Diese Kugelzusammensetzungen werden dann zusammen mit einem Polystyrolmatrixharz extrudiert, wobei zumindest ein Teil der Blendbestandteile halszugeführt werden und zumindest ein Teil der Blendbestandteile stromabwärts über eine Seitenzufuhr an Barrel 5 eines 8-Barrel-Extruders zugeführt werden. Tabelle 1 zeigt die Blendzusammensetzungen und Verarbeitungsbedingungen, die in diesem Beispiel verwendet werden. Zum Vergleich wird eine ähnliche Zusammensetzung (5-D) durch Halszufuhr aller Blendbestandteile hergestellt und eine weitere ähnliche Zusammensetzung (5-E) wird durch Stromabwärtszufuhr aller nicht verkapselten Aluminiumflocken in der Zusammensetzung hergestellt. Alle Bestandteile in diesem Beispiel sind in Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der vollständigen Zusammensetzung. Teile, die aus Zusammensetzungen 5-A, 5-B und 5-C geformt wurden, haben alle signifikant weniger sichtbare Fließlinien als Teile haben, die aus Zusammensetzungen 5-D und 5-E geformt wurden.

^a halszugeführtes PS, enthaltend 0,5 Teile organisches Gleitmittel.
^b unverkapselte Al-Flocken.

Um die Designflexibilität zu erhöhen und die Möglichkeit zur Variation des Brechungsindex des Verkapselungsmaterials zu verbessern, um mit einem breiteren Bereich von Matrixharzen zusammenzupassen, wäre es sehr stark erwünscht, ein Verfahren zu haben, welches die Verwendung von mehr als einem Monomer zulässt. Daher weisen in einigen Ausführungsformen die Polymerkügelchen eine Kombination aus Monomeren in variablen Verhältnissen mit wahlweiser Vernetzung auf. Jedes Monomer, das in freier radikalischer Suspensionspolymerisation verwendet werden kann, kann hier verwendet werden, so wie zum Beispiel Styrol in Kombination mit zumindest einem der Folgenden: Acrylnitril, Methylmethacrylat (MMA), Butadien oder irgendeinem anderen vinylischen oder olefinischen Monomer.
BEISPIEL SECHS: In dieser Ausführungsform ergibt ein höherer Feststoffgehalt (d.h. höhere Monomeren/Wasser-Verhältnisse) im Bereich von etwa 20–49 Gew.-% eine höhere Menge an Kügelchen pro Batch. Die PVA-Konzentration in Wasser in dieser Ausführungsform rangiert von etwa 0,25 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-%. Ein anderes Temperaturprofil während der Anfangsstufen der Suspensionspolymerisation wird hier ebenfalls verwendet. Weiterhin wurde gefunden, dass durch Veränderung der Art, wie die Monomer/Flocken-Mischung zu der wässrigen PVA-Lösung zugegeben wird, die endgültige Aluminiumflockenverteilung in den Kügelchen beeinflusst werden kann. In dieser Ausführungsform wird gefunden, dass durch Zugabe der zuvor beschallten Monomer/Flocken-Mischung zu einer gerührten wässrigen PVA-Lösung (im Gegensatz zu der nicht turbulenten, nicht gerührten wässrigen PVA-Lösung, die in den vorhergehenden Beispielen verwendet wurde) eine sehr viel gleichförmigere Gesamtaluminiumflockenverteilung in den Kügelchen hergestellt wird.
Diese Ausführungsform wird unter Verwendung eins ummantelten 6-Liter-Kesselreaktors, ausgerüstet mit einem sechsblättrigen Rushton-Rührer, erzeugt. In diesem Reaktor werden eine wässrige Lösung von 59 Gramm PVA (d.h. etwa 87–89% hydrolysiert, MW = 124 000–186 000) und 2250 Gramm deionisiertes Wasser bei 40°C gehalten, bei etwa 100 Upm gerührt und mit Stickstoff für etwa 60 Minuten gespült. Etwa 1 128 Gramm Styrol, etwa 373 Gramm Acrylnitril, etwa 23 Gramm Divinylbenzol und etwa 28 Gramm Aluminiumflocken werden in einem Messkolben, der sich in einem Ultraschallbad befindet, kombiniert und für etwa 10 Minuten beschallt, während gelegentlich geschüttelt wird. Nach Beschallung werden etwa 4,5 Gramm Benzoylperoxid (der Radikalinitiator) zu der Mischung zugegeben.
Die Monomer/Flocken/Initiator-Mischung wird dann zu der wässrigen PVA-Lösung auf einem von zwei Wegen zugegeben: (1) Zu der nicht turbulenten, nicht gerührten PVA-Lösung in einer solchen Art, dass ein Zweiphasensystem erhalten wird. Nachdem die Zugabe der Monomer/Flocken/Initiator-Mischung vollständig ist, wird das Rühren bei etwa 250 Upm eingeschaltet, oder (2) zu der gerührten PVA-Lösung, während sie bei etwa 250 Upm gerührt wird.
In jedem Fall wird, wenn die Monomer/Flocken/Initiator-Mischung einmal zugegeben ist, das System für etwa 15 Minuten bei 40°C äquilibrieren lassen, dann wird die Temperatur innerhalb etwa 30 Minuten auf etwa 70°C angehoben. Nachdem bei etwa 70°C für etwa 90 Minuten gehalten wurde, wird die Temperatur auf etwa 75°C angehoben und für etwa 120 Minuten gehalten. Dann wird die Temperatur auf etwa 80°C angehoben und für etwa 150 Minuten gehalten, während bei etwa 300 Upm gerührt wird. Letztendlich wird die Temperatur auf etwa 85°C angehoben und für etwa 120 Minuten gehalten, während bei etwa 350 Upm gerührt wird. Gewinnung, Isolierung und Abtrennung der Kügelchen wird in der gleichen Art wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ausgeführt.
Wenn Zugabeverfahren (1) verwendet wird, werden typischerweise ungefähr 700 Gramm Kügelchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 300 μm pro Batch erhalten. Dies ist ungefähr eine 47%ige Ausbeute, basierend auf den verwendeten Monomeren. Der mittlere Durchmesser dieser Kügelchen ist etwa 100 ± 50 μm. Der Aluminiumgehalt dieser Kügelchen rangiert von etwa 15 bis etwa 1 Gew.-%, bestimmt durch Thermogravimetrieanalyse (TGA).
Wenn Zugabeverfahren (2) verwendet wird, werden typischerweise ungefähr 900 Gramm Kügelchen mit einem Durchmesser kleiner als etwa 300μm pro Batch erhalten. Dies ist ungefähr eine 60%ige Ausbeute, basierend auf den verwendeten Monomeren. Der mittlere Durchmesser dieser Kügelchen ist etwa 100 ± 50 μm. Der Aluminiumgehalt dieser Kügelchen rangiert von etwa 8,5 bis etwa 1,2 Gew.-%, wie durch TGA bestimmt. Die Aluminiumflockenverteilungen, die durch die beiden Verfahren aus diesem Beispiel erhalten werden, sind in 6 gezeigt.
Die Kügelchen, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, werden mit klarem ABS kompoundiert und zu fließlinienempfindlichen Teilen geformt. Die erhaltenen Ergebnisse sind vorteilhaft. Die erhaltenen Teile zeigen keinerlei Fließlinien, auch wenn Hochscherverarbeitungsbedingungen (d.h. Halszufuhr aller Blendbestandteile) verwendet wird. Dies zeigt, dass dieses Verfahren (BEISPIEL SECHS) Kügelchen ergibt, die weniger oberflächenlaminierte Flocken oder freie Flocken haben. Weiterhin zeigen BEISPIELE VIER, FÜNF und SECHS die Wichtigkeit des Verhältnisses zwischen Kugelmorphologie und den Kompoundierungs-/Verarbeitungs-Bedingungen die notwendig sind, um ein Endprodukt mit einem fließlinienfreien Aussehen zu erreichen.
BEISPIEL SIEBEN: In dieser Ausführungsform werden verschiedene Farbstoffe zusammen mit Aluminiumflocken in vernetzte Polymerkügelchen eingebracht, um einen gefärbten optischen Effekt in einem Matrixharz zu erzeugen. Einige der in dieser Ausführungsform verwendeten Farbstoffe sind in 7 gezeigt. Die Ausführungsform ergibt Flocken, die innerhalb kleiner, gefärbter Kügelchen verkapselt sind. Dieses Beispiel lässt den Effekt der Molekularstruktur des Farbstoffes auf die Reaktionsausbeute außer Acht.
In dieser Ausführungsform wird Farbstoff zu der Mischung aus Aluminiumflocken und Monomer aus BEISPIEL SECHS vor dem Beschallen zugegeben. Idealerweise sollte der Farbstoff in der Monomerlösung löslich sein und vorzugsweise sollte der Farbstoff signifikant besser löslich in der organischen/Monomerphase sein als in der wässrigen Phase, die in der Suspensionspolymerisationsreaktion verwendet wird. Nach Auflösung des Farbstoffes und anschließender Beschallung wird die Mischung dann zu der wässrigen Phase in normaler Art und Weise zugegeben und die geeigneten Rühr- und Temperaturprofile für das Monomer werden verwendet (d.h. die Profile, die oben in BEISPIEL SECHS beschrieben sind). Isolierung der fertigen Kügelchen wird dann unter Verwendung von Standardgravimetrie-Sedimentationstechnik ausgeführt, wie zuvor oben diskutiert.
Indem die Beladung des Farbstoffes variiert wird, werden Farbe und Stärke des Endeffekts variiert. Mehr Beladung des Farbstoffes erzeugt Kügelchen mit einer lebhafteren Farbe, während geringere Beladung des Farbstoffs Kügelchen erzeugt, die weniger Farbe haben. Zusätzlich resultiert hohe Beladung der gefärbten Kügelchen in einer gefärbten, glitzernden Matrix, die sich im glitzernden Aussehen nicht signifikant von einem Harz unterscheidet, das farblose Kügelchen enthält. Bei niedrigen Beladungen der Kügelchen verbleiben die gefärbten Kügelchen jedoch abgelöst (d.h. optisch abgetrennt) von der Farbe der umgebenden Harzmatrix, was einen fließlinienfreien Glitzereffekt ergibt, wobei die Aluminiumflocken gefärbt zu sein scheinen.
Wenn diese Kügelchen einmal erzeugt wurden, werden 40 Gramm dieser gefärbten Kügelchen kompoundiert und in 500 Gramm klarem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kunststoff (ABS) spritzgegossen. Diese Kügelchen ergeben ein gefärbtes glitzerndes Produkt, das im Wesentlichen frei von sichtbaren Fließlinien ist.
BEISPIEL ACHT: In dieser Ausführungsform werden spezifische Farbstoffe zusammen mit Aluminiumflocken in die vernetzten Polymerkügelchen eingebracht. Diese spezifischen Farbstoffe stellen bessere Kugelausbeuten zur Verfügung als Ausführungsformen, die ohne jeglichen Farbstoff hergestellt werden. Typische Kugelausbeuten bei der Copolymerisation von Styrol und Acrylnitril ohne jeglichen Farbstoff sind in dem Bereich von 50 bis 60%. Eine solche Ausbeute ist unterhalb der typisch akzeptablen Ausbeute für industrielle Prozesse in großem Maßstab aus Gründen wie z.B. Rohmaterialkosten, Abtrennung von Produkt von Verunreinigungen und Kosten für das Wegwerfen von Nebenprodukten. Es wurde gefunden, dass in der Gegenwart von gewissen Farbstoffen, die aus Anthrachinon erhalten werden, Styrol-Acrylnitril (SAN)-Kugelausbeuten von mehr als etwa 90% erhältlich sind. Zusätzlich zu der dramatisch erhöhten Ausbeute der Suspensionspolymerisation verringert dieses Verfahren auch die Menge an Mikroemulsion und unerwünschtem Nebenprodukt.
In dieser Ausführungsform werden Solvent Blau 35 oder stärker bevorzugt Solvent Blau 36 zu der Mischung von Aluminiumflocken und Monomer vor der Beschallung zugegeben. Die chemischen Strukturen von Solvent Blau 35 und Solvent Blau 36 sind in 5 gezeigt. Nach Auflösen des Farbstoffs und anschließender Beschallung wird die Mischung dann zu der wässrigen Phase in der normalen Art und Weise zugegeben, und die geeigneten Rühr- und Temperaturprofile für das Monomer werden verwendet.
Zum Beispiel wird eine Mischung aus etwa 1 125 Gramm Styrol, etwa 375 Gramm Acrylnitril, etwa 22,5 Gramm Divinylbenzol, etwa 28,5 Gramm Aluminiumflocken und etwa 900 mg Solvent Blau 36 hergestellt und für etwa 15 Minuten beschallt. Etwa 4,5 Gramm Benzoylperoxid werden dann zu dieser Mischung zugegeben und die erhaltene Mischung wird dann zu einer stickstoffgespülten Lösung von etwa 59 Gramm Polyvinylalkohol in etwa 2 250 ml Wasser zugegeben. Standard-Rühr- (bei etwa 250 bis 280 Upm) und Temperaturprofile, wie in BEISPIEL SECHS im Detail angegeben, werden dann verfolgt. Wiedergewinnung, Isolierung und Abtrennung der Kügelchen wird in der gleichen Art und Weise wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ausgeführt.
Die Farbe der Mischung beginnt, sich nach ein paar Minuten zu verändern, nachdem die Monomerlösung zu PVA/Wasserlösung zugegeben wurde. Nach etwa 3 Stunden ist die Reaktion ausreichend dick, dass etwa 200 ml Wasser zugegeben werden, und Rühren wird dann auf etwa 350 Upm erhöht. Die Reaktion wird gestoppt und das Produkt in der gleichen Art und Weise wie oben in den vorhergehenden Beispielen ausgeführt isoliert. Die fertigen Kügelchen in diesem Beispiel sind merklich violett in der Farbe und es wird etwa eine 90%-ige Ausbeute (basierend auf dem Monomeren) erhalten.
Alternativ wird eine geringere Menge an Farbstoff verwendet (etwa 238 mg Solvent Blau 36). Dies stellt eine etwa 78%-ige Ausbeute zur Verfügung und die Kügelchen haben lediglich eine leichte violette Tönung.
Die Verwendung von etwa 238 bis 900 mg Solvent Blau 36 stellt eine Ausbeute von etwa 78 bis 90% zur Verfügung. Anschließende Acetonwaschung/-aufschlämmung ergibt Kügelchen mit wenig oder keiner Violettfärbung.
Kügelchen mit unterschiedlichen Mengen an eingebrachtem Farbstoff werden mit ABS kompoundiert oder mit ABS, aufweisend Methylmethacrylat als Comonomer, und zu fließlinienempfindlichen Teilen geformt. Sichtbare Fließlinien sind eliminiert. Erhöhung der Menge des aktiven Farbstoffes induziert einen ansteigend positiven Effekt auf die Ausbeute und resultiert in Kügelchen mit stärkerer Farbe. Eine Beladung von Farbstoff, die ausreichend gering ist, um in insignifikanter Verfärbung der SAN-Kügelchen zu resultieren (z.B. etwa 240 mg) resultiert in Ausbeuten um 80%. Nach Kugelisolierung entfernt Waschen mit einem Lösungsmittel, was eine gewisse Quellung der Kügelchen verursacht (d.h. Aceton), eine signifikante Menge des Farbstoffes aus der Kugelmatrix. Dies stellt einen Weg zur Verfügung, um im Wesentlichen farblose Kügelchen bei sehr viel höherer Ausbeute als zuvor möglich herzustellen. Es wurde auch beobachtet, dass wenn diese Kügelchen aus dem Polymerisationsprozess erhalten werden, sie winzige Blasen enthalten, nachdem sie aber mit Aceton gewaschen wurden sind die Kügelchen frei von Blasen. Solche Blasen werden in keinen der in den vorhergehenden Beispielen hergestellten Kügelchen beobachtet.
Indem die Beladung des Farbstoffes variiert wird und indem die Menge an Waschen, die mit den Kügelchen getan wird variiert wird, kann die Farbe und Stärke des Endeffektes variiert werden. Mehr Beladung des Farbstoffes und weniger Waschen der Kügelchen erzeugt Kügelchen mit einer lebhafteren Farbe, während geringere Beladung des Farbstoffes und mehr Waschen der Kügelchen Kügelchen produziert, die weniger Farbe haben.
BEISPIEL NEUN: In dieser Ausführungsform wird eine modifizierte Reaktion von der obigen beim Aufskalieren der Reaktion von 1 und 6 Liter-Glasreaktoren auf einen 40 Liter-Stahlreaktor verwendet. Der Reaktor wird mit einer wässrigen PVA-Lösung beladen, aufweisend 1,2 kg PVA, gelöst in 24,5 Litern Wasser, und mit 400 Upm bei 75°C gerührt. In einen Beladungstank, der mit dem Reaktor verbunden ist, werden 9,2 kg Styrol zugegeben und das Rühren auf 950 Upm eingestellt. Dazu werden 28,54 g Divinylbenzol zugegeben, gefolgt von 1 186 g Aluminiumflocken. Dies wird 20 Minuten gerührt, nach welcher Zeit 797 g Acrylnitril und 30 g Benzoylperoxid zugegeben werden. Diese Mischung wird 10 Minuten gerührt und dann durch Auslösen eines Ventils zwischen den beiden Tanks zu dem Reaktor zugegeben. Die Reaktion wird dann bei 400 Upm für 4 Stunden gerührt. Zu dieser Zeit wird eine Lösung aus 1 050 g PVA in 2 Litern Wasser über 10 Minuten zugegeben. Rühren bei 400 Upm und 75°C wird für weitere 4 Stunden fortgesetzt, dann auf 82°C erhöht und für weitere 3 Stunden gerührt. Die erhaltenen Kügelchen werden aus dem Mikroemulsionsprodukt abgetrennt, dann unter Verwendung von Standardtechniken gewaschen und getrocknet.
Der zusätzliche PVA-Batch, der während der Reaktion zugegeben wird, verbessert wesentlich den Prozess im Vergleich zum Aufskalieren des exakten Prozesses wie zuvor im 1- und 6-Liter-Maßstab beschrieben. Das zusätzliche PVA reduziert die Menge an Reinigung, die in dem Reaktor nach Vervollständigung erforderlich ist, führt zu weniger Agglomeration von Kügelchen und erhöht die Ausbeute an Kügelchen.
BEISPIEL ZEHN: In dieser Ausführungsform wird ein alternatives Tensidsystem für eine Reaktion in einem 40 Liter-Stahlreaktor verwendet. Der Reaktor wird mit einer wässrigen Lösung, aufweisend 1,53 kg PVA und 1,4 g Kaliumjodid, gelöst in 24,2 Litern Wasser beladen und mit 400 Upm bei 75°C gerührt. In einen Beladungstank, der mit dem Reaktor verbunden ist, werden 9,2 kg Styrol zugegeben und das Rühren auf 950 Upm eingestellt. Dazu werden 28,54 g Divinylbenzol, gefolgt von 1 186 g Aluminiumflocken zugegeben. Dies wird 20 Minuten gerührt, nach welcher Zeit 797 g Acrylnitril und 78,9 g Benzoylperoxid zugegeben werden. Diese Mischung wird 10 Minuten gerührt und dann durch Auslösen eines Ventils zwischen den beiden Tanks zu dem Reaktor zugegeben. Die Reaktion wird dann bei 450 Upm zwei Stunden gerührt, dann für weitere sechs Stunden bei 400 Upm und 75°C. Letztendlich wird die Temperatur auf 82°C angehoben und für weitere 3 Stunden gerührt. Die erhaltenen Kügelchen werden aus dem Mikroemulsionsprodukt abgetrennt, dann unter Verwendung von Standardtechniken gewaschen und getrocknet.
Die Verwendung eines modifizierten Tensidsystems vermeidet die Notwendigkeit für einen zusätzlichen PVA-Schritt während der Reaktion. Sie stellt auch größere Kontrolle über die Größe der hergestellten Kügelchen zur Verfügung mit einer sehr viel kleineren Größenverteilung innerhalb einer Reaktionscharge. Dieser Ansatz führt auch zu höherer Ausbeute und einer reduzierten Menge von kleinen Mikroemulsionspartikeln, die anschließend entfernt werden müssen.
Die aus diesen Verfahren isolierten Kügelchen erfordern einen Extraschritt, bevor sie kompoundiert werden, da sie sich nicht wirksam in den Zufuhrtrichter eines Extruders in ihrer derzeitigen Form zuführen lassen. Dies kann gelöst werden, indem eine 0,2 gew.-%ige Menge von feinstzerteiltem Bariumsulfat zu den Kügelchen zugegeben wird.
BEISPIEL ELF: Eine Serie von Experimenten wird ausgeführt, in welchen zwei verschiedene Tensidsysteme, PVA und PVA/KJ, verwendet werden und der Divinylbenzol-Vernetzergehalt wird zwischen 0,1 und 0,3 Teilen pro hundert variiert und die resultierenden Kügelchen werden auf Siebgrößen von 106, 150, 180, 212 und 250 Mikron gesiebt. Diese Kügelchen werden dann mit 9% Kügelchenbeladung in ein Harz auf LEXAN EXL-Basis kompoundiert und Laptopabdeckungen, bei denen die oben beschriebenen optischen Defekte häufig sind, geformt.
Die resultierenden Teile werden optisch beurteilt, um die optischen Defekte für jede Formulierung zu vergleichen und in erfüllt/durchgefallen einzuteilen. Für das PVA-System wird ein geringer Unterschied in Kügelchen gesehen, die von 0,2 bis 0,3 pph DVB rangieren. Demzufolge ist 0,2 pph DVB favorisiert, da dies dafür bekannt ist, die besten physikalischen Harzeigenschaften innerhalb dieses Bereiches zur Verfügung zu stellen. Für das PVA/KJ-System sind Kügelchen mit der nominalen Vernetzungsdichte von 0,2 pph DVB nicht ausreichend stabil, wenn sie in der gleichen LEXAN EXL-Qualität kompoundiert werden. Es wird gefunden, dass Kügelchen mit 0,3 pph DVB, hergestellt unter PVA/KJ-Bedingungen, ähnliche Gesamtleistung wie 0,2 pph DVB-Kügelchen zeigen, die unter PVA-Bedingungen hergestellt wurden.
Das Sieben von Kügelchen mit 106 Mikron ergibt die besten Ergebnisse in Bezug sowohl auf die Beobachtung von großen Partikeln als auch Schmelzfrontansammlung. Partikelgrößen von 212 und 250 Mikron ergeben unakzeptable Defekte bezüglich der Schmelzfront, sowie große Flecken, die beobachtet werden. Sowohl 180 als auch 150 Mikron ergeben akzeptable Schmelzfrontleistung, aber die großen Flecken sind optisch störend für Kügelchen, die bei ≤ 180 Mikron gesiebt wurden.
Wie oben beschrieben erlauben die erfindungsgemäßen Systeme und Verfahren einem Anwender, Materialien mit hohem Längenverhältnis innerhalb eines Polymeren zu verkapseln, um im Wesentlichen sphärische Kügelchen zu bilden. Diese Kügelchen können dann verwendet werden, um Kunststoffprodukte zu erzeugen, die ein glitzerndes und/oder metallisches Aussehen haben. 8 zeigt einen Vergleich von zwei geformten Teilen, jedes aufweisend eine Polystyrolmatrix, wobei ein Teil unter Verwendung von freien metallischen Flocken und das andere Teil unter Verwendung von Aluminiumflocken, die in Polystyrol, vernetzt mit Divinylbenzol, verkapselt hergestellt wurden. Jede Zusammensetzung wird durch Vermischen der Blendbestandteile in einer Formmaschine hergestellt. Vorteilhafterweise erzeugen diese Systeme und Verfahren Kunststoffprodukte, die optisch fließlinienfrei sind, etwas, was vor dieser Erfindung nicht leicht oder ökonomisch zu erhalten war.
Verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen wurden in der Erfüllung der verschiedenen Notwendigkeiten, welche die Erfindung erfüllt beschrieben. Es sollte bemerkt werden, dass diese Ausführungsformen lediglich anschaulich für die Prinzipien der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind. Reaktionsbedingungen können von Ausrüstung zu Ausrüstung variieren und daher können Einstellungen bei diesen oben beschriebenen Verfahren notwendig sein, um gute Kügelchen herzustellen. Viele andere Modifikationen und Anpassungen davon werden dem Fachmann offensichtlich, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demzufolge ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung alle geeigneten Modifikationen und Variationen abdeckt, die innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.

Claims

Eine verkapselte Pigmentzusammensetzung umfassend ein oder mehrere im Wesentlichen sphärisch-geformte Kügelchen, wobei jedes im Wesentlichen sphärisch-geformte Kügelchen ein oder mehrere Partikel mit hohem Aspektverhältnis umfasst, die in einem verkapselnden Material verkapselt sind, wobei der Gehalt an Partikeln mit hohem Aspektverhältnis, die in dem verkapselnden Material verkapselt sind, etwa 0,1 bis 25 Gewichtsprozent ist, bezogen auf das Gewicht der Kügelchen, und wobei die im Wesentlichen sphärisch-geformten Kügelchen einen mittleren Durchmesser von 10μm bis 300μm haben.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Partikel mit hohem Aspektverhältnis Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Titan, Edelstahl, Nickelsulfid, Kobaltsulfid, Mangansulfid, Metalloxide, weißen Glimmer, schwarzen Glimmer, synthetischen Glimmer, Glimmer beschichtet mit Titandioxid, metallbeschichtete Glasflocken und/oder Farbstoffe umfassen.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verkapselnde Material ein Polymer mit Struktureinheiten umfasst abgeleitet von wenigstens einem Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol, alpha-Mehtylstyrol, para-Methylstryol, Acrylnitril, Alkylacrylat, Alkylmethacrylat, Methylmethacrylat, Divinylbenzol, und Mischungen davon.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verkapselnde Material Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Styrolacrylnitrilcopolymer, Methylmethacrylat-Styrol-Arcrylnitril-Copolymer, und/oder ein Acrylnitril-Styrol-Acrylat Harz umfasst.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die verkapselte Pigmentzusammensetzung weiterhin wenigstens ein Additiv umfasst.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das wenigstens ein Additiv, ein Färbemittel, einen thermischen Stabilisator, einen Oxidationsinhibitor, butyliertes Hydroxytolulol, einen Radikalfänger, ein vinylbasierendes Monomer, einen Füllstoff, einen Schlag-Zäh-Modifizierer, einen UV-Absorber und/oder einen Flammverzögerer umfasst.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung nach Anspruch 6, wobei der Farbstoff Solvent Blue 35, Solvent Blue 36, Dispers Violet 26, Solvent Green 3, Anaplast Orange LFP, Morplas Red 36 und/oder Perylen Red umfasst.
Verkapselte Pigmentzusammensetzung aufweisend ein oder mehrere im Wesentlichem sphärisch-geformte Kügelchen, wobei jedes im Wesentlichen sphärisch-geformte Kügelchen ein oder mehrere Aluminiumflocken mit hohem Aspektverhältnis umfasst, die in einem verkapselnden Material verkapselt sind, das ein Polymer mit Struktureinheiten umfasst abgeleitet von wenigstens einem Monomer, welches Styrol ist, wobei die Flocken ein mittleres Aspektverhältnis von 1,5:1 zu 40:1 haben und wobei die verkapselte Pigmentzusammensetzung 0,1 bis 25 Gewichtsprozent der Flocken umfasst.
Harzzusammensetzung aufweisend ein Kunststoffmatrixmaterial und eine verkapselte Pigmentzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zur Herstellung einer verkapselten Pigmentzusammensetzung mittels Suspensionspolymerisation, wobei die verkapselte Pigmentzusammensetzung ein oder mehrere im Wesentlichem sphärisch-geformte Kügelchen umfasst, wobei die im Wesentlichen sphärisch-geformten Kügelchen ein oder mehrere Partikel mit hohem Aspektverhältnis aufweisen, die in einem verkapselnden Material verkapselt sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass man: Partikel mit hohem Aspektverhältnis wenigstens in einem von einem Monomer oder einem Polymer und einem Vernetzungsmittel dispergiert um eine Suspensionsmischung zu bilden; die Suspensionsmischung zu einer wässrigen Mischung, die ein Suspensionsmittel aufweist, hinzufügt; die wässrige Reaktionsmischung erhitzt und mischt, um die Bildung im Wesentlichem von sphärisch-geformten Kügelchen zu fördern, wobei die meisten der im Wesentlichem sphärisch-geformten Kügelchen ein oder mehrere Partikel mit hohem Aspektverhältnis in einem solchen Maß verkapseln, dass die Partikel mit hohem Aspektverhältnis während des Verarbeitens nicht delaminieren; die wässrige Reaktionsmischung quenscht nach dem die im Wesentlichem sphärisch-geformten Kügelchen gebildet sind; und die im Wesentlichen sphärisch-geformten Kügelchen sammelt.