塑料用颜料基本性能和测试

着色剂在塑料中应用性能主要由着色剂(颜料,染料)与塑料两方面因素决定的, 尽管颜料的分子结构在塑料中应用性能是起决定性作用,但由于颜料是以微细的粒子分散在塑料中,颜料粒子固体物理性能对在塑料中应用性能仍有极大影响.

塑料用着色剂基本要求及其有关测试方法上海金泰塑料色母粒厂陈信华王琼

摘要

本文就塑料加工工艺，塑料树脂，塑料制品等方面讨论对颜料的性能要求及有关测试方法关键字：颜料，塑料，应用，测试

ABSTRACT：

石油化工的发展促进了合成树脂的飞跃发展，塑料由于制造原料（石油）易得，可进行超大规模生产，又由于各种塑料加工成型方法，可以低成本制造各种复杂几何图型产品，各种塑料加工助剂的合理应用，塑料合金的开发，使塑料克服它天生的缺陷而成为具有许多性能优异新颖材料，塑料已成为取代木材，纸张，棉花，钢铁等许多传统材料而成为发展迅速新颖材料，今天我们可以毫不夸张地说，我们的生活离不开塑料。下图为1993-2005年全球塑料发展的需求量。???

????塑料着色剂（颜料和染料）的基本功能，是赋于塑料各种颜色。塑料着色剂应能经受塑料加工成型处理中各项工艺条件，以制成特定色泽的塑料制品。在当今激烈市场竞争中，产品外观成为吸引人们眼球产生购买欲望的重要要素，因此着色剂应当有良好的色彩性能及耐热性和易分散性.为了增加塑料产品的商品价值，从单纯追求美观，发展到对着色产品稳定性，高性能和安全性等提出了更高的要求，因此塑料着色剂还应当在塑料制品使用条件下有良好的应用性能，如耐候性、耐迁移性、无毒性、耐化学药品性等。

本文试就塑料着色的基本要求及其测试方法,以及应用作一简单的概述.

?一、着色力：

1着色力在塑料着色的重要性

?????颜料的着色力(Tinting strength)是指某一定量有色制品所需要量，用标准样品着色力的百分数来表示。颜料着色力表示方法：标准深度,1/3标准深度，1/25标准深度。

?????

2 颜料在塑料中着色力测定法（DIN 53775-8）

（1）测试设备二辊炼塑机辊转:25转/分,转速比 1:1.2 辊表面镀铬

平板压机可加热和冷却

不锈钢镜面板二块, 内框:正方型框,片厚0.5 mm

（2）测试配方：

由聚氯乙烯树脂，增塑剂，稳定剂，钛白粉颜料组成

（3）将辊筒表面温度控制为 160+5 C°，PVC薄片厚度 0.4mm 炼塑时间：7~8MIN 出片

压片在温度165~170 压片时间：1分钟后保压速冷

（4）测色测标准色值Y 计算K/S值及AVR

???? 颜料着色力测试可以与它的标准样品比较二者着色力的差别，当调整到二者具有相同着色力时，用其差别的比值确定其试样的着色力。

?3塑料着色如何正确应用颜料着色力指标

(1)1/3标准深度:

颜料着色力不仅与其本身化学结构有关，而且还与颜料分散性有关。颜料分散性越好，其着色力越高。颜料着色力与配色有着极其重要的意义。例如需要配成深色调应选择着色力高品种(有机颜料)，当需要配成浅色调时应选择着色力低品种(?无机颜料)。在配色时某一颜料缺少时，或价格较贵，?可选用同色其它颜料代替，但两种颜料着色力不同在代替时配成同样色调所需要量也不同。????二、耐热稳定性：

1耐热稳定性在塑料着色的重要性

对于各种不同类型塑料树脂，根据其设备，工艺条件，产品要求，其加工

温度在120℃至350℃/5分钟不等,如软硬质聚氯乙烯一般在170-200℃,低密度和高密度聚乙烯,聚苯乙烯在200-280℃,而聚丙烯,聚烯胺,ABS,聚碳酸脂则在250-330℃

颜料的耐热稳定性是指在一定加工温度下和一定时间内，颜料不发生明显的色光,着色力和性能的变化。

颜料在塑料中受热变化是有下列因素构成

（1）颜料因受热结构而分解，例如偶氮颜料因受热偶氮基断裂而变色

（2）颜料和塑料树脂中添加剂间相互化学作用

（3）颜料受热溶解在树脂中

（4）颜料受热后其物理特性及粒径大小发生变化而变化。

颜料耐热稳定性优良品种,可防止颜料在受热温度下因分解或晶型变化而导至变色,耐热稳定性是颜料用于塑料着色一个重要应用性能指标,

???2塑料用颜料耐热稳定性测试方法（DIN53772）：

颜料在塑料中应用的耐热稳定性测试方法如下：

（1）测试设备：

单螺杆挤出机 L/D= 24

注塑机

（2）测试原料：颜料塑料解质（HDPE，PP，PS，等）

（3）测试浓度: 对应钛白粉 1%

颜料浓度分别 0.1%，0.05%，0.025% 0.005%

（4）测试:

可将定量颜料和塑料混合物按(3)浓度在单螺杆挤出机多次挤出成均匀

粒子.

在注塑机中按一定的恒定时间，以, 200℃,220℃,240℃,260℃,280℃, 300℃间隔温度，逐步制造样板并进行测试，

（5）评定:待色板冷却16小时后,对色板进行测试ΔE=3为该浓度耐热稳定性. ?3塑料着色如何正确应用颜料耐热稳定性指标

因为塑料加工工艺中大部分为热成型工艺，温度在200℃以上，颜料在塑料加工中应用耐热稳定性指标还应注意如下几点：

（1）颜料在塑料加工中耐热稳定性指标与颜料的使用浓度有关：有些颜料在不同的浓度下，其耐热稳定性能相差很大，如颜料紫23用于HDPE着色,低于0.025%耐热性只有200℃.大于0.1% 才有260℃.

（2）颜料在塑料加工中耐热性指标与应用塑料解质有关：

颜料在某一应用解质和某一浓度下的耐热稳定性指标,并不等于其在其它解质下的指标相提并论,例如颜料紫23在涤纶原液着色能耐260℃/4小时，但是颜料紫23在聚苯乙烯解质中不耐220℃高温.

（3）值得注意的是在考虑颜料耐高温的同时，还需考虑其受热时间。例如在在EVA高发泡时需耐160℃30分钟,尼龙6和聚酯聚合时，其受热时

间为260℃4小时。因此颜料在这些使用情况下需慎重试验后才能选用（4）颜料在塑料加工中耐热性指标与钛白粉的加入浓度有关,一般而言,加入钛白粉后耐热性指标将会有所下降.

（5）另一个需要考虑的是被着色树脂本身的热稳定性，树脂受热时由于热降价作用而发生变色如泛黄等。这也会影响颜料在塑料中应用耐热指

标.

?四、分散性：

1 分散性在塑料着色的重要性

????颜料的分散性是指颜料在塑料着色过程中分散能力，因为大部分塑料加工工艺均为熔融挤出工艺，颜料在熔融挤出工艺中所受到剪切力相对于颜料在油墨加工工艺中三辊研磨和颜料在涂料加工工艺中砂磨要小得多。因此颜料在塑料中分散性是颜料在塑料中应用的又一个重要指标。

分散性好坏不仅影响着色力和色光，而且会因分散不好着色不均，产生条痕或色点影响着色外观,更严重影响着色成品的机械性能. 具有良好分散性的颜料可以得到一个理想鲜艳度,光亮度,透明性塑料制品, 因此颜料分散性对塑料着色有重要意义。

颜料用于化纤纺丝,其分散性好坏更具有重要意义.在纺丝过程中因熔体压力过大,不得不频繁更换滤网,浪费大量材料和人工,使设备停车时间过长.更严重导致生产无法正常进行.

2 ?颜料分散性测定方法

????方法1:?颜料分散性测定方法（DIN 53775-8）

按颜料在塑料中着色力测定法（DIN 53775-8）中,取冲淡PVC片材一半,将辊筒表面温度控制为 130+5 C°，PVC薄片厚度 0.3mm炼塑时间：7~8MIN 出片压片: 在温度165~170 压片时间：1分钟后保压速冷

以塑料和颜料在二种不同剪切力条件混炼后着色力提高来计算分散性。其中5级最好，1级最差。

方法2 :颜料分散性测试法：颜料过滤性能测试

压力指数是对颜料凝聚的数量和颜料分散体中尺寸过大颗粒的测量。

KG/CM2/MIN数表示由于样品堵塞挤出机滤网引起的挤出机内部熔体压力的升高。

( 1 )测试设备：

单螺杆挤出机 L/D= 25, 压缩比为1：3，

滤网组合按下列指定顺序：60，100，325，60，20目，熔融压力传感器，放臵在螺杆末端和滤网之间（范围0-25KG/CM2）

( 2 )测试浓度颜料和聚丙烯混合物 ,颜料含量3 %，

( 3 )测试：

设定挤出温度：输送段200℃，其余段240℃，挤出量：53g/min

把样品混合物加入挤出机，当样品混合物挤出时，在记录纸上记录压力，在这点压力称为PO，连续操作60分钟内记录压力，

颜料过滤压力指数 DF值室可用下列公式计算:

DF=(P最大-P O)/ 60

P最大:最终压力 P O:最初压力

DF值小于0。15，表明颜料分散性良好

?3塑料着色如何正确应用颜料分散性指标

(1)颜料分散性对塑料制品的光学性能有直接影响,塑料制品着色深度与分散性好坏有关,透明性随颜料分散粒径减少而增大,色调也与分散有关.

(2)颜料在塑料中的分散除了颜料本身分散性外,还与其它重要因素有关

* 塑料树脂的性能:一般而言塑料润湿颜料的能力取决于塑料聚合物结构上有无极性基团,所以聚脂及类似极性聚合物分散能力要比不含极性基团聚烯烃来的好.

* 分散工艺:在塑料加工中，越接近塑料混合物的软化点时,熔体的分散能力最好.在这个温度下,能产生内部的最大剪切应力.

分散设备: 不同设备具有不同的颜料分散能力，密炼机的剪切力最好。

五、耐迁移性：

1耐迁移性在塑料着色的重要性

?迁移性是指颜料从塑料内部迁移到制品表面上(起霜)或迁移到塑料和溶剂中。颜料在塑料中迁移有四种表现形式：

渗色（BLEEDING）系指塑料与其它物体相接触时，颜料从着色塑料迁移到与其相接触另一物体上的

反铜光或金属光泽(BRONZING) 在着色塑料表面呈现较明显的金属光泽

喷霜(CROCKING OR BLOOMING)已着色的塑料制品随时间会浮出制品表面磨擦制品的表面会引起颜色脱落

板面析出(PLATE-OUT)塑料在加工中颜料污染模子和辊筒

颜料在塑料中发生迁移和渗色的条件：

1.在聚合物或增塑剂-聚合物系统中有颜料过饱和现象

2.在聚合物或增塑剂-聚合物系统中有颜料分子必须能够运动

3.在聚合物或增塑剂-聚合物系统中有颜料不能充分结晶

着色塑料中颜料的迁移性和塑料材料分子链的刚性和分子间的紧密性相关。当塑料中增塑剂用量增加时，分子距离加大，结构更为松散，因而减少了聚合物链的相互作用，从而使颜料迁移速率增大，特别是软聚氯乙烯着色时选用颜料更要注意。

着色塑料中颜料的迁移性发生会大大影响塑料制品的应用性能,如果迁移

严重的话,使塑料制品不能使用,更为严重的是还会沾污其它产品, 影响其应用性能

2 ?颜料耐迁移性测定方法

?????颜料迁移性的测定是将已着色的PVC片与白色PVC片以一定的压力与温度紧密贴合一定时间后，观察白色PVC片上被迁移沾污程度,并以标准灰卡评判之。5级表示无迁移，1级迁移严重。

?3塑料着色如何正确应用颜料耐迁移性指标

(1)颜料分子与塑料树脂之间结合大小不同，随着添加剂（如增塑剂及

其它助剂）一起，颜料分子从树脂内部迁移到自由表面渗到邻近塑

料中。颜料迁移性与树脂分子结构，分子大小，溶剂与升华特性有

关。例如增白剂OB-1 用于聚乙烯增白会发生严重迁移，但可用于

聚丙烯。聚脂增白。

(2)在聚烯烃塑料着色时,发生渗色和起霜时其严重的程度是与着色的

浓度成正比,但对于有增塑剂聚氯乙烯,当颜料浓度很大时, 渗色

和起霜并不严重,但降低浓度或提高加工温度时,则会变得严重,这

是因为当颜料浓度很低时,所有颜料在塑料中溶解,冷却过程中形

成过饱和而在塑料表面发生结晶,并很容易扩散到其它与之接触的

解质中

五，耐光性和耐气候性：

1耐光性和耐气候性在塑料着色的重要性

耐侯性是指颜料耐各种气侯的能力，其中包可见光和紫外光，水份，温度，大气氧化作用，以及制品使用期间所遇到的化学试剂。

耐侯性重要性视产品的用途和种类而异。在这些制品中有时得特别重要，?如建筑用板,广告牌,安全帽、周转箱、卷帘式百叶窗、异型材和汽车尾灯,在这些制品中希望颜料能在十年全日光爆露下保持稳定,但是有些材料显得不重要,

??? 某些塑料制品在光的照射下，颜色会有不同程度的变化，其中无机颜料大部分具有良好的耐光性，仅少数品种受光照射下因其晶型或化学组成发生变化而变暗。有机颜料受光照射后，会引起颜料分子构型变化等原因而影响饱和度下降，甚至会褪色变成灰色或白色。

?????2 ?颜料耐光性和耐气候性测定方法

颜料耐光性测定法（HG1—456—79）先将颜料试样按配方制成色板

（1）日晒牢度机法

将制备好的样板和《日晒牢度兰色标准》样卡用黑厚卡纸内衬书写纸遮一半，放入机内，当晒至《日晒牢度兰色标准》中的7级褪至相当于《日晒牢度兰色标准》的3级时为终点，将其取出，放于暗处半小时后评级

（2）天然日光晒法

按（1）法规定将样板和《日晒牢度兰色标准》样卡同时置于天然日光日晒玻璃框中，晒架与水平面呈当地地理纬度角朝南爆晒，经常擦除玻璃上灰尘，日晒终点同（1）法评级方法：在散射光线下观察试样变色程度，与兰色标准样卡的变色程度比较，如试样和兰色标准样卡中的某一级相当，则其耐光等级为该级，如果变色程度介于二级之间，则其耐光等级为二级之间，如3~4级，5~6级。

耐光的评语以8级最好，1级最劣

应特别强调颜料在某个塑料的耐光性可能与另一种塑料不相符合，这是因为颜料会与聚合物，稳定剂和其它添加剂发生反应缘故

颜料的耐气侯性是指颜料对各种型式的气侯条件，包括可见光和紫外光，水分，温度，制品在寿命期间耐化学品的能力。塑料制品诸如建筑用板，广告牌，周转箱、卷帘式百叶窗、异型材和塑料汽车零件等要求具有良好耐气候性。，颜料中的无机颜料大部分具有良好的耐侯性，仅少数品种受光照射下因其晶型或化学组成发生变化而变暗。有机颜料受光照射后,会引起颜料分子构型变化等原因而影响饱和度下降，甚至会褪色变成灰色或白色。

颜料耐光侯性测定法与颜料耐光性测定法一样，先将颜料试样按配方制成色板，放于ATLAS大气老化箱内试验，其定期进行光照和喷洒水并按下列条件进行：

。

天然大气爆晒法根据规定在世界上同一纬度等幅度照，如美国佛如里达洲和中国广东天河爆晒场均符合条件

颜料耐光侯性测定按灰色卡评定，5级制，5级最好，1级最差。

颜料耐光性的测定方法是观察光照射下颜料的色泽变化，将样板与标准兰色样板进行耐光测试比较，8级最优；1级最差。

?3塑料着色如何正确应用颜料耐光性和耐侯性指标

颜料在塑料加工中应用耐光性标还应注意如下几点：

（1）颜料应用于塑料着色，在不同的塑料解质具有不同的耐光性

（2）颜料的耐光性于塑料解质的耐光性密切有关

众所周知大部份塑料因结构关系会发生老化，塑料树脂会发生变黄，影响塑料制品的牢度，因此为料保证塑料制品牢度，应在塑料体系中加入紫外线吸收剂和抗氧剂，

（3）注意添加剂对塑料制品耐光性的影响

除了颜料对塑料制品影响，应注意添加剂对塑料制品耐光性的影响。如过氧化物存在会使某些颜料在光照下加速分解

（4）有机颜料应用于塑料着色会的耐光性和耐侯性随着颜料体积浓度增加会有增加，有机颜料体积浓度增加会使表面层的颜料数量增

加，在受到同样程度光照射下，其耐光性要比浓度小来得好，当

然当颜料体积浓度增加达到临界颜料体积浓度，其耐光牢度增加

也到了极限。

（5）颜料加料钛白粉后耐光性和耐侯性指标会大幅度下降???????六、耐酸耐碱耐溶剂耐化学药品性：

????工业用塑料制品常用于储存化学药品及用作输送酸、碱等的管道，因此要考虑颜料的耐酸、碱等性能。例如不宜用群青及镉系颜料着色的塑料与酸接触，而铬黄则不宜与碱接触存放。

????日用品包装容器如家用洗涤剂或化妆品包装容器需接触表面活性剂，?因此需考虑颜料的耐溶剂性。

???? 颜料耐化学药品性还应包括树脂分介产物及制品中其它化学添加剂。如抗氧剂、防老剂等，环境中的洗涤剂，增白剂等物质。

?????颜料化学稳定性测定是可将其着色样品臵于有上述化学药品的试管中剧烈振荡,然后观察其色调变化程度。

七、毒性：

塑料在使用过程中，加入塑料中颜料可能有少量迁移到制品表面，并进入周围解质中，最后直接或间接进入人体。美国食品及药物管理局（FDA）经过广泛的调查后，曾于1956年发表了下述结论：“不溶解一词只有相对意义。没有完全不溶解的物质。如果有人称塑料是完全不溶解的物质，那是不符合实际情

况”

日常生活中使用塑料制品愈来愈多，食品包装材料如糖果包装纸、各种饮料、油脂类容器、塑料玩具、化妆品包装容器以及药品包装材料等。因此就愈要重视着色塑料制品的毒性问题。

颜料的急性毒性用半数致死量（LD50）表示：在数天内毒死半数试验动物所使用的剂量,一个大的LD50值表示急性毒性低毒级。“欧盟危险品指令”对物质的三个急性毒性类别（大口服）下了定义：LD≤25MG/KG 极毒 LD50 25-200MG/KG 有毒 LD50 200-2000MG/KG 有害。颜料的一些急性毒性LD50已经公布，国外专着（TOXIIC OF PIGMENTS）综述194只颜料大多数大于5000MG/KG，没有LD50值低于2000MG/KG的报告。因此可以说颜料是低毒的

颜料作为塑料着色剂，特别用于食品包装材料，颜料中一些微量元素（某些重金属化合物，芳烃胺类，多氯联苯类，）会影响毒物毒理学的研究结果。在欧洲国家用于接触食品的某些元素的限值都有明文规定：

一般来说由于无机颜料中含有铅、镉等化合物，因此不能用其着

色塑料制品用于和食品接触的容器.

多氯联苯类（PCB）：PCB主要由于它们在环境中残留持久的危害对人类危害还要大，在下列两类有机颜料合成过程中可能形成微量的PCB。

氯联苯胺作为偶氮组份的偶氮颜料在某些付反应中可能形成微量PCB。如联苯胺系统的黄和橙。

使用二氯，三氯苯作为溶剂时形成PCB。如用三氯化苯作溶剂生产的酞菁兰和酞菁绿

在欧盟化学品如含有50PPM或大于50PPM的PCB不准出售。日常生活中使用塑料制品愈来愈多，例如糖果包装纸、各种饮料、油脂类容器、塑料玩具、化妆品包装容器等。因此就愈要重视着色塑料制品的毒性问题。一般来说由于无机颜料中含有铅、镉等化合物，因此不能用其着色塑料制品用于和食品接触的容器，另外出口玩具、保温瓶容器等必须考虑毒性问题。不同塑料制品具有不同卫生要求。

着色剂在塑料中应用性能主要由着色剂(颜料,染料)与塑料两方面因素决定的, 尽管颜料的分子结构在塑料中应用性能是起决定性作用,但由于颜料是以微细的粒子分散在塑料中,颜料粒子固体物理性能对在塑料中应用性能仍有极大影响.