颜料在塑料中分散和评价

颜料在塑料中分散和评价

王琼陈信华

（上海泰金色母粒有限公司, 200434）

摘要本文简述了颜料在塑料中分散和评价

关键词颜料，分散，评价

一颜料在塑料中分散目的和意义

颜料的分散对塑料着色有重要意义。颜料的分散不仅影响着色制品的外观（斑点、条痕、光泽、色泽及透明度）也直接影响着色制品的质量，如强度、伸长率、耐老化性和电阻率等，还影响塑料（色母粒）加工性能以及应用性能。颜料生产时刚生成的颜料粒子能产生最佳光谱特性，我们把这种粒子称为原始粒径，由于各方面原因，这些原始粒径粒子在制造过程中，有团聚或凝聚成比所要求大若干倍粒子团的倾向，如果要使颜料达到理想的着色力，透明度，亮度，必须对颜料在塑料中分散进行研究，以便将这些团聚体分散到比较接近于原始沉积和锻烧加工时形成的单晶粒度。

1 颜料分散为了提高着色力降低着色成本

颜料于塑料着色而言，最重要的性能就是着色力。着色力是颜料着色能力度量，当塑料获得相同颜色时，用量少的颜料着色力高。颜料的着色性能主要取决予其所获得的分散状态。颜料分数在特定介质中其着色强度在亚微细粒径范围内随平均粒径减少而增加。图1是颜料粒径与着色力关系。如果颜料颗粒大小为可见光波长l／2，即0.2-0.4μ，其获得着色力最高。

图 1是颜料粒径与着色力关系

一般而言，颜料的分散越好，其着色力就越高。原因在于颜料对制品的着色和遮盖都是通过其表面与光线的复杂作用而达成。颜料分散得好，其平均粒径小，比表面积大，对光线的作用就强，着色制品的外观就会显得均匀、光亮，色斑少，色差小。因此达到相同着色和遮盖效果时颜料的用量就能减少，从而使着色成本降低。

在塑料着色中颜料的均匀混合并不困难，关键在于如何将其充分分散。充分分散后再将颜料均匀分布在塑料体

系中，但需要注意的是充分分散并不能等同于均匀混合，有时侯颜料分散很好，但混合不均匀，会在塑料制品上留有色条和斑痕。

2 颜料分散为了提高塑料加工性能和产品应用性能

一个颜料对使用者的有效使用价值取决于这个颜料的颜色性能,牢度性能和加工性能.一个颜色价值很高的颜料,如果因为加工性能(分散性)差,在用户的应用加工条件下就不能发挥其颜色价值,对用户的使用价值就低.

颜料在塑料中分散我们可以将其看作是对颜料粒子分散细化的一种过程。但是颜料在塑料加工时所承受的剪切力是要远比颜料在油墨和涂料加工时的低。塑料的基本特性决定塑料加工需加热熔融后从玻璃态变成粘流态后冷却成型后成为塑料制品，所以塑料一般加工成型的机械均为可加热单（双）螺杆挤出机，颜料在塑料流动溶融体里中受到剪切力不足以分散颜料达到理想的要求。而颜料在涂料和油墨加工时所采用设备为高速砂磨机和三辊机，颜料除了受高剪切力外还受到冲击力，和静压力，各种不同分散设备对颜料分散效果见表 1

表1各种不同分散设备对颜料分散效果

所以在塑料对颜料分散性要求要远远高于涂料和油墨对颜料分散性的要求。

颜料分散后的粒径多大为宜？对于不同塑料制品，不同成型工艺，对颜料分散要求不一。颜料粒径大于30μ m，制品表面产生斑点、条痕；在挤出过程中会堵网，影响生产，颜料粒径10～30μ m，制品表面无光泽。粒径小于5μ m 时，对于一般制品，可以满足使用，但是对要求严格的产品，也会影响其力学性能、电性能及加工性。对于纤维（单根丝直径为20～30μm）和超薄薄膜（小于10μ m），则颜粒粒径应小于1μ m。另外对于纤维的应用，是与纺丝时使用的过滤滤网目数以及最终纤维的旦数(每单位长度的质量)有关系。纤维生产商的目标是尽可能不更换滤网的基础上长期运行，不堵塞喷丝嘴，或者不发生纤维断丝，并最终不因颜料颗粒引起纤维强度的问题。因此对于纤维生产商的一个重要参数，是确保加入纤维加工过程的颜料分散体的质量。一个经验法则是，那些颜料粒径大于纤维直径10％的颗粒是非期望的。

表2不同规格纤维期望颜料的粒径

颜料在纤维中分散不好，轻的影响喷丝板过滤性

能，重的会影响生产正常进行，更严重影响成品质量，所以综合上述讨论颜料在塑料中分散的重要性意义更为重要。

3 颜料分散提高为了降低产品节能降耗

如果颜料分散性不好，为了达到分散目的，颜料用户

往往采用加长双螺杆长径比，降低单位时间加料量或反复多次造粒来达到要求，这样做会大大降低产量和提高单位能耗。在全球金融危机影响下,新一轮贸易保护主义出现抬头趋势,中国高能耗的出口产品将成为“碳关税”的课税对象，目前为了改善人类气侯环境，跨国公司已率先行动,通过各种方式降低自己的碳排放。美国沃尔玛公司已经要求10万家供应商必须完成商品碳足迹验证,并贴上碳标签,这将影响全球超过500万家工厂,其中大部分在中国。这应用领域 纤度 （旦）纤维直径（圆型）期望颜料粒径 地毯 22

58.2 6 20

55.8 6 18

52.9 5 家具 16 49.9

5 14 46.7

5 12 43.2

4 汽车 10 39.4

4 8 35.3

3 6 30.5

3 4 24.9

2 服饰 2 17.6

2 1 12.5

1 0.8

11.2 1.1

意味着,中国大量相关企业必须进行碳足迹验证,承担减排责任,否则跨国公司的订单将与你无缘。所以颜料用户会对颜料分散性提出越来越高要求。

二颜料分散理论塑料着色上应用

1 颜料分散理论

颜料分散通常通过三个过程实施的

1初始润湿：颜料与空气水份界面变为颜料与载色体界面（润湿角）

2 分散：颜料粒子在外力作用下破碎粒子附聚体与聚集体

3 分散稳定性：稳定已分散在解质中粒子，并有效防止颜料粒子再聚结

2 初始润湿决定颜料分散的质量

颜料在塑料中分散就是把颜料均匀混合在塑料中，并能充分地分散。

颜料的分散第一步是颜料粒子的初始润湿，所谓颜料润湿就是一个载色体取代颜料表面上的空气和水份的过程，颜料润湿的目的也就是使颜料粒子之间的凝聚力减小，如果在颜料表面不能完全被载色体（也称润湿剂）润湿，那么分散设备通过融体介质所产生的剪切应力对颜料附聚集体就没有什么作用。颜料润湿的难易由颜料粒子表面性质和载色体性质决定。颜料与载色体的接触角越小，载色体的表面张力越小，润湿越容易。