多糖类颜料分散体 发明背景发明的技术领域
本发明涉及一种粘度稳定的水系分散体，适用于水基类化妆品的着色、食品包装用涂料及油墨的着色。更具体地说，本发明涉及一种水系分散体，其含有至少一种食品、药物及化妆品类(“FD&C”)颜料和/或药物及化妆品类(“D&C”)颜料，与一种多糖类树脂一起分散在水中。现有技术
只有经认证适宜于化妆品或与食品直接接触的颜料，才能用于水基类化妆品的着色、食品及食品包装、如糖果包装的着色。常用于化妆品的颜料包括：D&C红色6号(二钠盐)、D&C红色6号(钡色淀颜料)、D&C红色7号(钙色淀颜料)、FD&C黄色5号(铝色淀颜料)、FD&C黄色6号(铝色淀颜料)、FD&C黄色10号(铝色淀颜料)及FD&C兰色1号(铝色淀颜料)。上述颜料是相对应的FD&C和D&C染料的盐。
FD&C和D&C染料均具有官能团，例如羧基或磺酸基，该官能团赋予其优良的水溶性。然而，水溶性也能导致某些不希望发生的问题，如染料印流和染污。为避免此类问题，可通过将FD&C染料和D&C染料的官能团转化(即色沉淀化)为金属离子的盐，例如钠、钡、钙或铝盐的方式，而将其制成为非水溶性。
配方人员面临进退两难的境地，一方面希望，颜料一旦施用于化妆品或食品包装后具有非水溶性，而另一方面同样重要的是，颜料在化妆品或食品包装的印染或着色过程中，须均匀地分布。简言之，该配方人员必须能将非水溶性的FD&C和D&C色淀颜料，均匀地分散在水中，以便施用。
将此类FD&C颜料分散在水中是一种挑战。色淀颜料含有大量的金属离子，例如铝、钡或钙的离子，将导致水系粘度的大幅度上升。例如，铝离子在水中形成氢氧化铝，其中，水分子“附在”或水合在铝离子上。若有足够量的铝离子，由于该结合水及其邻近的水分子通过氢键的聚结，该水系最终将完全凝胶化。
对碱性敏感的苯乙烯丙烯酸类树脂，普遍地用于印刷油墨中，作为工业有机颜料(例如酞化青兰、双芳香酰苯胺黄或碳黑)的分散体。但是，此类丙烯酸化合物自身在水中作为FD&C或D&C颜料的稳定剂时，并不有效，且能加剧凝胶化问题，因为铝离子本身能附在丙烯酸脂的官能团上，而且，苯乙烯丙烯酸树脂在低PH值时，将变成非水溶性。
美国第5,059,248号专利，披露了一种水分散体组合物，其包括FD&C或D&C颜料及作为稳定剂地乙二胺四醋酸盐或次氮基三醋酸。该分散体还可进一步含有较低级烷醇和/或水溶性增塑剂。那些能形成薄膜的树脂，例如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、醋酸酞酸纤维素、虫胶和聚乙烯基吡咯烷酮，也可包括在该水系分散体内。
美国第4,652,313号专利，披露了一些水系色淀颜料悬浮体系，其中包括FD&C色淀颜料，和诸如阿拉伯胶、瓜尔胶、琼脂、黄原胶、PG藻朊酸、羟丙基纤维素之类的聚合物胶质；诸如玉米淀粉或聚乙烯基吡咯烷酮之类的聚合物胶质，也可包括在该水系悬浮体系内。
美国第5,753,021号专利，披露了一些彩色喷墨型油墨组合物，其含有某种改性的多糖类树脂、一种载体及一种颜料。
罗拉玛(Lorama)化学有限公司的小册子《通用颜料分散体》，披露了含有多糖类树脂、苯乙烯丙烯酸酯和乙二胺四醋酸的水系分散体，用于油漆组合物。
本发明的目的是提供含有FD&C和/或D&C颜料的水系颜料分散体，该颜料能给食品包装均匀地着色，而且一旦沉淀后不会产生印流或染污。发明概述
一方面，本发明涉及一种水系颜料分散体，其包含：
1)一种选自FD&C和D&C颜料的颜料，
2)一种多糖类树脂，以及
3)水。
另一方面，本发明涉及制备水系分散体的方法，其包括：
1)将FD&C或D&C颜料、多糖类树脂及水一起均化，以形成一预混合物，以及
2)将该预混合物研磨，直至该颜料的平均粒度分布为小于一微米。
本发明的水系分散体的特点之一是，将至少一种FD&C或D&C颜料与一种多糖类化合物结合。
本发明的水系分散体的优越性之一是，它很稳定，且不会呈现粘度随时间推移而增加的现象。优选的实施方式的详述
本发明中所采用的颜料可以是任何FD&C或D&C颜料。优选的FD&C颜料包括FD&C红色40号、FD&C黄色5号、FD&C黄色6号和FD&C兰色1号。优选的D&C颜料包括D&C红色6号、D&C红色7号、D&C红色21号、D&C红色22号、D&C红色27号、D&C红色28号、D&C红色30号、D&C红33色号、D&C红34色号、D&C红色36号、D&C橙色5号以及D&C黄色10号。所有这些颜料商业上均有供应。
所述多糖类树脂不应具有能受色淀颜料的金属离子影响的官能团。此外，该多糖类树脂应易于形成薄膜，且呈现优良的耐水性。优选的多糖类树脂包括玉米淀粉、纤维素和羟丙基纤维素。一种更优选的多糖类树脂是JA-250-3，可从加拿大安大略省米尔顿的罗拉玛(Lorama)化学有限公司获得供应；它含有43％多糖类树脂、3％丙二醇及54％水。该树脂的PH值为6.8，薄膜形成最低温度为1.0℃，玻璃化转变温度为94.0℃。该产品中含有的多糖类树脂据信是玉米淀粉，其数均分子量为500,000至2,500,000。
作为选择方案，还可将一种苯乙烯-丙烯酸类树脂加入本发明的水系分散体。该苯乙烯-丙烯酸树脂可以是任何一种苯乙烯化丙烯酸树脂，它有助于颜料在水中的分散。适宜的苯乙烯-丙烯酸类树脂包括苯乙烯/丙烯酸共聚物、苯乙烯/丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯/甲基丙烯酸共聚物，以及苯乙烯/甲基丙烯酸/丙烯酸烷基酯共聚物。一种特别优选的苯乙烯-丙烯酸树脂是Joncryl67，可从威斯康星州拉辛市的S.C.约翰逊公司(S.C.Johnson)获得供应。
本发明的水系分散体可用商业上现有供应的设备及已知技术来制备。一种特别优选的制备该水系分散体的方法包括：
1)将一种选自FD&C和D&C颜料的颜料、一种多糖类树脂及水一起均化，以形成一预混合物，
2)将该预混合物研磨，直至该颜料的平均粒度分布为小于一微米。
基于分散体的总重量，所述水系分散体可含有10-35重量％的颜料，优选为15-30重量％。基于分散体的总重量，多糖类树脂的含量可以是5-45重量％，优选为10-40重量％。作为选择方案，该分散体还可含有，基于分散体的总重量，1-40重量％的苯乙烯丙烯酸类树脂，优选为1-25重量％。
作为选择方案，该分散体还可含有其它化合物，只要其不危及该分散体所应有的特性。例如，该水系分散体还可含有水溶性有机助溶剂。适宜的助溶剂包括烷醇如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇，多羟基醇如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、四乙二醇、聚乙二醇以及丙三醇，以及烷醇胺如单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。
另一种可作为选择而被包括在该水系分散体内的化合物是，用于减少氢氧化铝形成的配体。适宜的配体包括乙二胺四醋酸及其盐类。
以下例子是为了阐明本发明的最佳实施方式，并非意图以任何方式来限制本发明的范围。实施例1
下列组分在一均化器内混合15分钟，以生成一预混合物：
26％ D&C红色7号[C19-O11，钙色淀颜料，染料含量38％，太阳化学公司]，
20.0％ A250-3TM多糖类树脂溶液(罗拉玛化学有限公司)，
13.0％ JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液(SC约翰逊公司)，
18.0％丙二醇，以及
23.0％蒸馏水。
所产生的预混合物在Eiger TM微型研磨器内以循环的方式，在75°F-90°F温度下研磨18分钟。所产生的分散体的起始粘度为50厘泊，而且在室温下可保持该数值达至少两个月。实施例2(比较例)
遵循实施例1中的通用步骤，从不含多糖类化合物的下列组分，制备了一种水系分散体：
35.0％ D&C红色7号(C19-O11，钙色淀颜料，染料含量38％，太阳化学公司)，
8.75％ JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液(SC约翰逊公司)，以及
56.25％水。
加入了氨，以增加树脂溶解度，并确保PH大于8.0。
所产生的分散体发生了完全的凝胶化。虽然在该研磨基料中加入了水，以降低(总体及颜料的)固体含量，但仍然发生了该分散体的完全凝胶化。甚至于加入大量的水，导致颜料上色率下降20％至30％，也未能增加该分散体的稳定性。实施例3
遵循实施例1中的通用步骤，从下列组分，制备了一种水系分散体：
29.0％ D&C红色6号(C19-O12，钡色淀颜料，染料含量42％，太阳化学公司)，
27.0％ JoncrylTM 67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液，
10.0％ JA250-3TM多糖类树脂溶液，
9.0％丙二醇，以及
25.0％水。
该分散体的起始粘度为300厘泊，而且，在室温下老化两个月之后，仅增加至400厘泊。实施例4
遵循实施例1中的通用步骤，从下列组分，制备了一种水系分散体：
26.0％ FD&C黄色5号(C69-4537，铝色淀颜料，染料含量43％，太阳化学公司)，
30.0％ JA250-3TM多糖类树脂溶液，
10.0％丙二醇，以及
34.0％水。
该分散体的起始粘度为2,770厘泊。在室温下老化三星期、且在49℃烘箱内老化三天之后，该粘度未发生变化。实施例5(比较例)
遵循实施例1中的通用步骤，从FD&C黄色5号和JoncrylTM67苯乙烯-丙烯酸树脂溶液，制备了一种水系分散体，但未加入多糖类化合物。尽管尝试了多种结合方式，所产生的分散体的PH值和粘度均很不稳定。实施例6
遵循实施例1中的通用步骤，从下列组分，制备了一种水系分散体：
16.0％ D&C黄色10号(C71-5171，铝色淀颜料，染料含量17％，太阳化学公司)，
37.0％ JA250-3TM多糖类树脂溶液，
10.0％丙二醇，以及
37.0％水。
该分散体之起始粘度为1,220厘泊，在室温下老化三天之后增加为8,000厘泊。但是，此粘度是触变性的。实施例7
遵循实施例6中的通用步骤，从下列组分，制备了一种水系分散体：
16.0％ D&C黄色10号(C71-5171，铝色淀颜料，染料含量17％，太阳化学公司)，
37.0％ JA250-3TM多糖类树脂溶液，
10.0％丙二醇，
1.0％乙二胺四醋酸，以及
36.0％水。
该分散体之起始粘度为1,230厘泊，在室温下老化十天之后，下降为544厘泊。因不希望受理论的约束，本申请人目前相信是EDTA螯合了铝，从而减少了氢氧化铝的形成。实施例8
遵循实施例1中的通用步骤，从下列组分，制备了一种水系分散体：
16.0％ FD&C兰色1号，
36.0％ JA250-3TM多糖类树脂溶液，
8.0％丙二醇，以及
40.0％水。
该分散体之起始粘度很差。但是，加入0.5％ EDTA后，生成了一种分散体，其起始粘度为3,790厘泊，在室温下老化四天之后降低为2,410厘泊。一种含有1.0％ EDTA的相对应的分散体，其起始粘度为3,350厘泊，在室温下老化四天之后下降为1,900厘泊。
本发明及其优选的实施方案，均已详细述及。然而，对于那些熟悉此技术的人们来说很明显的是，在考虑本项技术披露时，本发明可以进行为数众多的修改、替代、组分重组，和/或改进，而不违反本发明之精神及范围。