高分子助剂第11章 着色剂

19 世纪中后期由于颜料中间体的不断发 展，合成颜料亦逐步向高级品种发展。 解放前，我国没有有机颜料产品。 1958 年开始，由于国民经济高速发展，颜料工 业也随着发展，为我国的涂料橡胶和塑料 工业的发展作出了贡献。 目前一般的产品国内均能生产，还有部 分出口。
11.2 着色剂的性能
塑料和橡胶用的着色剂主要有无机颜料、 有机颜料和染料三大类。 着色剂主要物理性能有色光、着色力、 遮盖力、分散性、吸油量、耐光性、迁移 性、耐溶剂性等诸多性能。 着色剂的一般性能如下表所示。
11.2.5 耐迁移性 迁移性：指着色剂向介质渗色或向接触 的物质迁移的现象。 无机颜料不溶于聚合物也不溶于水和有 机溶剂，它们在聚合物中呈非均相，一般 不会出现迁移现象。 而有机颜料在聚合物中有不同程度的溶 解性，会有迁移现象。
一般地说，有机酸的无机盐（色淀性颜 料）迁移性比较小；分子量较高者比较低 者迁移性小。 低分子的单偶氮颜料的迁移性比双偶氮 或缩合偶氮颜料要大。
上表名称后的字母是色光的代号： R- 红光； G-绿光；B-蓝光；Y-黄光；V-紫光；O-橙光。字 母前面的数字表示色光的强度，数值越大，色光 越强。
耐晒黄中以耐晒黄G和10G最重要。 它们的着色力和遮盖力高于铅黄。耐酸 碱性好，色深时耐晒坚牢度高，但色浅时 较差。 耐热温度： G 为 160℃ ， 10G 为 140~150 ℃。在有机溶剂中均有渗色性。
三、黑色颜料 1、炭黑 着色炭黑可以带有不同有机基团，如羧 基、内酯、酚等。作为着色剂对炭黑的粒 度有一定要求，粒度越小，则反射率更低， 色泽越深。 炭黑有很高的紫外线吸收能力，用作黑 色电线、电缆的护套着色效果特别显著， 炭黑还能吸收烯烃塑料加工时放出的酸。
2、灯黑 它是碳质颜料之一，但它灰分含量较高， 着色力较低。 3、氧化铁黑颜料 它是二价和三价铁的氧化物，热稳定性 较差，用途受到限制。
如果色原体的结构中同时含有另外一些 叫作“助色团”的基团，就成为染料。助 色团有时也能加深颜色。常见的助色团有 以下几种：
一、偶氮颜料 这是最大的一类颜料，其特征是分子中 带有偶氮基（-N=N-），它的品种较多，用 途较广，一般分为不溶性偶氮颜料和难溶 性偶氮颜料。 如甲苯胺红，大红粉，甲苯胺紫红，耐 晒黄G，耐晒黄 10G，联苯胺等为不溶性偶 氮颜料；立索尔宝红，立索尔大红，金光 红C等为难溶性颜料。
2、锌钡白（立德粉） 其遮盖力仅次于钛白粉，高于锌白、铝 白和锑白，耐热性良好，是硫酸钡与硫酸锌 的混合物，标准产品硫酸锌含量为 29.4%， 随着硫酸锌含量的提高，遮盖力随之提高， 耐光性也有改善。 主要缺点是耐候性差，长期暴晒有泛黄 现象。
3、锌白（氧化锌） 是一种碱性颜料，可中和聚合物中酸性 降解产物，着色力低，但耐光性、耐溶剂 性优，可用作聚烯烃和PVC等塑料的光稳定 剂。 4、锑白（三氧化二锑） 遮盖力接近锌钡白，有阻燃性，和卤素 有协同作用，耐光性、耐热性良好，耐候 性高于锌钡白。
二、黄色颜料 1、铬黄 是重要的黄色颜料，主要成分为铬酸铅 （ PbCrO4 ），有毒，按生产方式不同可制 得柠檬铬黄、浅铬黄、中铬黄、深铬黄、 桔铬黄等品种。 铬黄的着色力和遮盖力都很好，色越深， 遮盖力越大。尤其是柠檬铬黄，其耐热性、 耐光性尚好，但遇酸会溶解。
2、钛黄 是一种无毒的黄色颜料。带蓝光，着色 力较差。耐热性、耐候性、耐迁移性较好。 3、其他黄色颜料 有锌黄，显柠檬黄色，耐温可达150℃， 着色力、遮盖力较铬黄差。铁黄也是一种黄 色颜料，是由氧化铁黄组成，色彩鲜明，耐 酸不耐碱。
2、双偶氮颜料 双偶氮颜料多数为联苯胺的衍生物。其 分子结构式为：
双偶氮颜料色彩明亮，着色力较强，最 高可耐温 260℃，用于软质 PVC 迁移较严重， 耐候性也较差。
3、缩合偶氮颜料 这类颜料分子量比较大，耐热性、耐晒 性、耐迁移性都获得改善。 它们主要用于PVC和其他通用塑料。
二、酞菁蓝颜料 酞菁颜料是一类色泽鲜艳、性能优良的 高级颜料。 结构式为：
第十一章 着色剂
11.1 11.2 11.3 11.4 概述 着色剂的性能 着色剂类别概述 着色剂的应用
11.1 概述
1、着色的目的 高分子材料的着色一般通过添加颜料来 实现。通过着色可以达到下列目的： ①使制品美观，美化环境提高商品价值。 ②使产品便于识别。 ③提高制品的耐候性，改善制品的光性 能。 ④改善制品的电气性能。
作为PVC着色剂应在5级以上。着色剂的 用量增多时，耐光性好。对软质PVC制品， 增塑剂用量增加，着色剂用量不变，但着 色剂在体系中百分数降低，则耐光性变差， 褪色速度加快。 耐光着色剂在塑料配方中要配制一定量， 若低于一定要求浓度，则耐光性极差，例 如立索尔宝红，其使用量必须在0.07份以上， 才有耐光性。
2、着色剂的发展沿革 颜料的应用由来已久，最早使用的是无 机颜料，而有机颜料的发明，给颜料带来 了更大的发展。 有机颜料是一类具有着色性的有机化合 物，是染料工业中的一个类别，但它不同 于染料。颜料是一个有色化合物，它对高 分子材料没有亲和力，也不能溶解于介质 中。
在 19 世纪 50 年代以前，人们所用的有机 颜料，都是来源于天然色素，如由动物和 植物色素制成的色淀。 从 1856 年人工合成苯胺紫以后，合成颜 料也就随之发展。先后合成了硝基苯胺红、 立索尔红、耐晒黄和酞氰颜料等，使合成 有机颜料的色谱和使用性能有了突飞猛进 的发展。
11.3.2 有机颜料和染料 有机颜料是从染料派生出来的一个分支。 能用作颜料的有机染料有以下两种类型： ①不溶于水的染料，通称不溶性染料，可 直接用作颜料； ②溶于水的染料，转化成不溶于水的盐类 沉淀后用作颜料，叫作沉淀色料，简称“色 淀”。 有机颜料和染料统称为有机着色剂。
有机着色剂都是芳香族化合物，它们的分子结 构中含有不饱和的原子团，具有吸收一定可见光 波长的能力。 这类不饱和的原子团就叫发色团。含有发色团 的化合物叫作色原体。发色团主要有以下几种：
11.2.1 着色力和遮盖力 着色力：指颜料影响整个混合物料颜色 的能力，着色力大，使用着色剂量就小， 成本也低。 着色力同着色剂本身特性有关 ，一般地 说，着色剂粒径减小，着色力增大。 有机颜料和染料着色力比无机着色剂着 色力大，有的甚至高达 20 倍。当彩色颜色 与白色颜料并用时，着色力会提高。
（2）苯并咪唑酮类单偶氮颜料 苯并咪唑酮类颜料具有如下的一般结构 式：
颜色从黄到红，在有机介质中溶解度较 小，因而渗色性小。其耐热性中等，可以 适应一般树脂的成型加工。个别品种在260 ℃加工温度下仍稳定。 耐晒牢度悬殊较大，一般来说，色深、 牢度好。
（3）单偶氮色淀 色淀颜料不是由中间体直接合成，而是 把染料通过沉淀剂沉淀在载体上而得。 色淀颜料由于其制造方便，色彩鲜艳， 价格低廉，因此广泛用于油墨、油漆、橡 胶、文教用品等方面。 色淀颜料有耐晒色淀、酸性染料色淀、 普通色淀三种。
从分子结构上分，含有一个偶氮基的称 单偶氮颜料；含有两个偶氮基的，称双偶 氮颜料。 偶氮颜料的坚固度（色强度）变化较大， 由中等坚固度到极高坚固度。如苯并咪唑 酮和双偶氮缩合颜料就具有非常高的坚固 度。除色淀颜料外，偶氮颜料的耐化学药 品性都很好。
1、单偶氮颜料 由于其易迁移、发汗、不耐温，所以在 塑料加工中很少应用。结构比较复杂的偶 氮颜料，如苯并咪唑酮类，在PVC和其他通 用塑料中应用。 （1）耐晒黄类。是不溶性单偶氮颜料的 代表，为黄色，偏带红光或绿光，主要品 种见下表。
11.3 着色剂类别概述
11.3.1 无机颜料 一、白色颜料 1、钛白粉 又称 TiO2 ，是最重要的白色颜料。约占 世界颜料总产量的50%。大量应用于涂料、 塑料和橡胶，有很高的着色力和遮盖力。 它耐热、耐光、耐稀酸、耐碱等。
TiO2 通常有二种晶型，只有金红石型对 热塑性塑料的着色具有意义；另一种锐钛 矿型钛白粉对介质的氧化作用大于金红石 型，但它的白度因偏蓝光而略好于前者， 分散性也较好。前者的光亮度，着色力， 遮盖力，抗粉化性比后者强。 为了提高它们在聚合物中的分散性，其 表面都需进行处理，经氧化铝，氧化锌和 氧化硅覆盖的钛白粉，可以有效地降低光 学活性。
遮盖力：指着色剂阻止光线穿透着色制 品的能力，换言之，就是指着色剂透明性 大小的问题，遮盖力越大，透明性越差。 遮盖力大小同着色剂和树脂本身的折光 率有关，二者折光率之差越大，遮盖力越 好，一般无机着色剂的遮盖力大于有机着 色剂。
11.2.2 分散性 颜料一般不溶于聚合物，不易充分分散 于聚合物中。为了提高分散性，一方面希 望着色剂粒子要细，另一方面进行必要的 表面处理。只有好的分散性，才能获得优 良的着色效果。 颜色的分散性能直接影响到色差。着色 剂分散性优劣对色调的影响见下表。
紫外光所以能使颜料褪色，是由于紫外 光具有相当能量，加上环境中的氧和水分， 破坏了着色剂分子结构，颜料分子中的共 轭体系被割断，失去了原有的吸收光的能 力。因此颜料分子结构越稳定，耐光性则 越强。 常把着色剂对光稳定性用“耐光级”来 表示，一般分为八级，级别高，耐光稳定 性好。
着色剂耐光级是指着色剂在耐光机上放 置 80 小时，或在天然日光下放置 25 天的变 化。其级别和对应时间如下：
颜料分散性不好制品色泽会不均匀。如 果提高塑炼效果有利于颜料均匀分散。有 时着色剂没有分散开易造成制品表面形成 色条，严重者会影响到制品的抗撕裂强度。 因此，制成浆料或制成易分散的色母粒 有利于克服上述缺陷。
11.2.3 耐热性 聚合物的加工温度一般都比较高，选择 的着色剂必须有好的耐热性，如在加工温 度下着色剂产生分解，既达不到着色效果， 又会影响制品的内在质量，导致制品报废。
一般无机着色剂耐热性比较高，对于加 工温度比较高（200℃以上）的制品，最好 选用无机着色剂，但也有不少的有机颜料 耐温可达200℃以上。 软质 PVC 耐热性要求较低，硬质 PVC 要 求较高。颜料受热分解褪色有其本身耐热 差所致，有时可能是PVC分解物HCl初始颜 料分解。
11.2.4 耐候性 长期在户外使用的塑料或橡胶制品，在 日光长期照射下产生褪色，失去原来面貌， 这是用户所不欢迎的，因此要求着色剂有 好的耐候性。选用无机颜料耐候性一般比 有机着色剂好。 在有机着色剂中耐候性好的产品有：酞 菁系、喹吖啶酮系、二噁嗪等高级耐光有 机颜料。