СОСТАВ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ОКРАШИВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК D06P1/90 

Изобретение относится к технологии крашения и отделки полимерных материалов, в частности к составам для поверхностного окрашивания полимеров в различные оттенки малинового цвета.

В настоящее время окрашивание полимеров осуществляют несколькими способами, но наиболее распространенным является метод крашения полимеров в массе, при котором краситель добавляют в полимерную шихту при формовании изделия. Однако существует промышленная потребность в окрашивании либо кондиционных отходов полимеров, либо уже готовых полимерных изделий. Для этого используют окрашивание их лаками или применяют метод поверхностного окрашивания полимеров в растворах красителей, при котором окрашиваемые детали обрабатывают в растворах дисперсного красителя или люминофора в специальных жидкостях, способных дифундировать в поверхностный слой изделия (Штурман А.А. Резниченко Т.Н. Назарова Т.А. Федотова Л.С. Мирошниченко С.А. Поверхностное диффузионное окрашивание с упрочнением полимерных изделий. Пластмассы, 1988, N 1, c. 26).

В производстве широко применяют красители, позволяющие окрашивать термопласты в красный цвет, например свинцово-молибдатные крона, железоокисные пигменты, органические пигменты типа азопигментов, антрахиноновых, индигоидных красителей, красного Ж, алого Ж и других, но их используют при крашении полимеров в массе.

Так как цвет материала определяется длиной волны поглощаемого цвета ((λ_погл.)), то наше восприятие красного цвета возникает при λ_погл. 490 500 нм. Восприятие малинового цвета обусловливается сочетанием интенсивной полосы поглощения в диапазоне 480 650 нм и слабоинтенсивного поглощения в области 380 450 нм.

Авторам и заявителю неизвестны составы красителей, позволяющие окрашивать полимерные материалы в малиновый цвет методом поверхностного окрашивания.

Известен состав для флуоресцентного окрашивания поливинилхлорида в массе оранжево-красным дневным флуоресцентным пигментом, представляющим собой твердый раствор люминесцирующих красителей родамина С (РС) и фенилимида 4-аминофталевой кислоты в полимере (Кормилова Л.И. Жданова Л.Г. Сердечная Т.А. Ермоленко И.Г. Чирва Л.А. Флуоресцентное окрашивание ПВХ. Пластмассы, 1983, N 2, c. 43).

Для поверхностного окрашивания деталей из ударопрочного полистирола применяют состав, содержащий органический краситель, поверхностно-активное вещество (ПАВ), а в качестве растворителя смесь органических жидкостей таких, как метилацетат и серный эфир, или хлороформ и этиловый эфир, или хлорбензол. Для каждого вида красителя подбирается свой растворитель. Окрашивание производят путем окунания изделия в красящий состав (Штурман А.А. Резниченко Т.И. Назарова Т.А. Диффузионное окрашивание полистирольных изделий с одновременным упрочнением. Пластмассы, 1982, N 3, c. 35). Использование таких составов затруднено сложностью подбора миграционностойких красителей, а также растворителей для них. Кроме того, работа с органическими веществами требует соблюдения дополнительных условий техники безопасности, а полученное окрашивание обладает недостаточной свето- и атмосферостойкостью.

Наиболее близким к заявляемому является состав для поверхностного окрашивания эластичных пенополиуретанов, включающий в себя дисперсный краситель, ПАВ и воду (авт.св. N 1636493, SU, опубл. БИ, N 11, 23.03.91). Однако известный состав не дает возможности окрасить полимеры типа ПВХ, полиметилметакрилата (ПММК), поливинилбутираля (ПВБ) и других в малиновый цвет.

Задачей изобретения является разработка состава для поверхностного окрашивания полимеров в различные оттенки малинового цвета.

Решение задачи достигается тем, что в составе красящего раствора, состоящего из красителя, ПАВ и воды, в качестве красителя используют смесь метил- и/или этил- и/или бутилпроизводных барбитуровой кислоты и родамина С в малярном соотношении 2 15 при его эффективном количестве 0,1 1,0 мас.

Заявляемый состав позволяет получать равномерное, интенсивное, многообразное по цветовой гамме малиновое окрашивание полимеров. Окраска получается миграционностойкой, устойчивой к свету и атмосферным воздействиям. Глубина прокраса составляет 0,02 0,03 мм.

Используемый в заявляемом составе родамин С относится к классу ксантеновых красителей, растворим в воде, этаноле, ацетоне, нерастворим в бензоле и имеет структурную формулу

применяется для фотометрических определений ряда металлов в горных породах, минералах, бокситах, углях; для крашения нетекстильных материалов, в производстве чернил и т.д. Не светостоек (Лазарев А.И. Органические реактивы в анализе металлов. М. Металлургия, 1980, с. 41).

Горячим (80 90^oC) водным раствором родамина С (10^-3M), cодержащим ПАВ, полимер окрасить не удается.

Производные барбитуровой кислоты (ПБК) имеют яркую флуоресценцию в твердом состоянии в оранжево-красной и красной областях спектра, причем в зависимости от условий синтеза образуются продукты с различными люминесцентными характеристиками. Производные используются как люминофоры оранжево-красного свечения и имеют структурную формулу

где Alk CH₃, C₂H₅, C₄H₉, если Alk - CH₃, то 5-(4-диметиламинобензилиден) барбитуровая кислота (ДМБК);
Alk C₂H₅, то 5-(4-диэтиламинобензилиден) барбитуровая кислота (ДЭБК);
Alk C₄H₉, то 5-(4-дибутиламинобензилиден) барбитуровая кислота (ДББК) (Красовицкий Б. М. Болотин Б.М. Органические люминофоры. М. Химия, 1984, с. 115).

Горячий водный 0,1 М раствор приведенных производных барбитуровой кислоты окрашивает полимеры только в желто-оранжевые тона в зависимости от времени обработки.

При смешении в водном растворе производных барбитуровой кислоты и родамина С в малярном соотношении, равном 2 15, происходит образование красящего состава, способного равномерно окрашивать полимеры в малиновый цвет, свето- и атмосферостойкий.

Составы готовят, растворяя в воде рассчитанное количество родамина С и производных барбитуровой кислоты с последующим добавлением ПАВ. Окрашивание осуществляют путем окунания соответствующего полимерного изделия в водную суспензию, содержащую краситель и ПАВ, и нагревания до 40 95^oC при постоянном перемешивании раствора.

Температура окрашивающего раствора определяется типом полимера, а время окрашивания изделия подбирают опытным путем. В зависимости от желаемого тона окраски и типа полимера оно изменяется от 5 до 20 мин.

Цвет красителя определяется малярным соотношением ПБК:РС и эффективным количеством образовавшегося красителя: при малярном соотношении ПБК:PC < 2 и эффективном количестве меньше чем 0,1 мас. или больше чем 1,0 мас. полимер имеет желтую окраску из-за недостатка РС. При малярном соотношении ПБК:PC > 15 и эффективном количестве красителя менее 1,0 мас. полимер имеет неравномерное бледно-розовое окрашивание из-за недостатка ПБК, при большем чем 1,0 мас. в результате неполного растворения РС происходит неравномерное окрашивание термопласта с заметными цветовыми дефектами.

Заявляемый состав используют для окрашивания изделий из термопластичных полимеров таких, как ПММК, ПВХ, ПВБ и др.

В качестве ПАВ, добавляемого для равномерного распределения красителя по поверхности, применяют обычно используемые для этой цели алкиларилсульфонаты натрия, аммония или триалкиламмония.

Для оценки качества окрашивания полимеров использовались следующие методы оценки свойств окрашенных полимеров: визуальный, цветовой и фотометрический (Калинская Т.В. Доброневская С.Г. Аврутина Э.А. Окрашивание полимерных материалов. Л. Химия, 1985, с. 50).

Визуальный метод позволяет быстро оценить одновременно многие параметры окрашенного материала: степень диспергируемости пигмента по наличию видимых невооруженным глазом агрегатов пигмента (минимальный размер таких агрегатов с учетом чувствительности глаза 40 50 мкм); равномерность окраски при просмотре определенного количества окрашиваемого материала; разнооттеночность (различия в оттенке по сравнению с эталонным образцом); интенсивность окраски (по сравнению с эталонным образцом).

Методом измерения цвета служит метод нормирования цветовых характеристик (Брагин А. С. Шубников В.А. Лакокрасочные материалы, 1983, N 1, с. 38). Все цветовые характеристики окрашенных термопластов измерены на спектрофотометре M-40.

Миграционная стойкость определялась по поведению границы между окрашенной и неокрашенной частями полимера в результате длительной (10 ч) выдержки под грузом при повышенной (35^oC) температуре.

Для оценки свето- и атмосферостойкости исследуемые образцы сравнивались с исходным образцом окрашенного полимерного материала, не подвергавшегося действию света. Стойкость окрашенных пластмасс к действию света и атмосферным воздействиям оценивается по десятибалльной системе.

Промышленная применимость предложенного состава для окрашивания термопластов в малиновый цвет доказывается примерами.

Пример 1. В 1,0 л воды добавляют 2,9 г ДЭБК (10^-2 M), 0,5 г родамина С (10^-3 M) (соотношение ДЭБК:РС 10, эффективное количество красителя 0,3 мас.) и 0,5 г ПАВ. Помещают в раствор пластину из ПММА, нагревают до 95^oC. Через 10 мин изделие вынимают из раствора, промывают и сушат при комнатной температуре. Пластина окрашивается в малиновый цвет (λ_погл. 490 650 нм и 380 450 нм), глубина прокраса 0,02 мм, высокая миграционная стойкость, свето- и атмосферостойкость 10 баллов.

Во всех остальных примерах готовили раствор для окрашивания и осуществляли окраску термопластов аналогичным образом. Составы для окрашивания в соответствии с формулой изобретения, технологические параметры и качественные показатели окрашивания полимеров приведены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице данных, окрашенные поверхности, полученные с использованием заявленного красильного состава, обладают интенсивной малиновой окраской, достаточной глубиной прокраса, свето- и атмосферостойкостью, в то время как при использовании только барбитуровой кислоты и ее производных в качестве красителя (пример 6) полимер приобретает темно-желтый цвет (λ_погл.= 420-490 нм).р

Использование: в технологических процессах крашения и отделки термопластичных полимеров. Цель: разработка состава красителя для поверхностного окрашивания полимеров в различные оттенки малинового цвета. Сущность изобретения: в водном растворе растворяют метил- и/или этил- и/или бутилпроизводную барбитуровой кислоты и родамина С в малярном соотношении, равном 2 - 15 при эффективном количестве красителя, равном 0,1 - 1,0 мас.%. 1 табл.

Состав для поверхностного окрашивания полимеров, состоящий из красителя, поверхностно-активного вещества и воды, отличающийся тем, что в качестве красителя он содержит смесь метил-, и/или этил-, и/или бутилпроизводного барбитуровой кислоты и Родамина С при мольном соотношении 2 15 и ее эффективном количестве 0,1 1,0 мас. в составе.