文:王晓
颜料的应用是将微细粒子与被着色的物质进行充分的机械混合,使颜料粒子均匀地分散到被着色的物质中,达到着色的目的。所以颜料在塑料中以什么状态存在直接影响了颜料的性能。颜料的三个重点指标就是分散性、色相与耐热性。
颜料分子的化学结构与物理形态如晶型、粒径大小对颜料的性能、颜色等起决定性的作用。有机颜料的色光主要与其分子结构以及晶体构型有关。另外,颜料的加工工艺过程以及颜料颗粒的表面状态由于会影响到颜料在树脂中的分散性能,因而也会对最终制品的色光有一定影响。
颜料在塑料中的分散就是塑料团聚体破碎成为凝聚体的过程。颜料分散不好,或因颜料未经表面处理而引起的凝聚体再团聚会导致着色后存在大量颜料团聚体。这种颜料团聚体不仅会使颜料的色彩色相产生变化,对其色光、着色力、遮盖力、透明度等产生显著影响,而且对塑料基体的物理机械性能、表面光洁度都有影响。
颜料的改性加工过程主要就是通过化学、物理方法与添加助剂来改变颜料的粒径大小,提高着色力,增加分散稳定性。
一、化学处理方法
颜料化学加工方法主要有:溶剂处理、水-油转相法、水-气转相方法、无机酸处理法。
1.溶剂处理
主要用于偶氮颜料,只需将粉状或膏状等粗颜料与适当有机溶剂在一定温度下搅拌一段时间,即可提高耐热性、耐晒性和耐溶剂性,增大遮盖力。溶剂的选择取决于颜料的化学结构。比如分子中含有苯并咪酮类的偶氮颜料,其粗颜料颗粒坚硬,着色力低,采用强碱性溶剂如DMF(二甲基甲酰胺)加工后,颜料性能明显提高。
2.水-油转相法
一般颜料都是由水-颜料体系经过干燥粉碎后得到的,在制造过程中利用有机颜料的亲油疏水性,将分散在水中很细的颜料粒子高速搅拌,加入到与水不相溶的有机高分子中(油相),颜料粒子便渐渐由水中转入油相中,再蒸除油相中的少量水分,获得油相膏状物,经高速搅拌剪切后即成色粉颗粒,经过这种挤水换相,颜料的分散性、鲜艳度、着色力均有提高。
3.水-气转相方法
在颜料的水介质分散体中,吹入某种惰性气体,气体被颜料吸附,或者颜料被吸附在小气泡的表面上,成为泡沫漂浮在液面上,而粗大的颗粒则沉到底部。把浮在液面上的泡状部分分离出来烘干,可得较松软的颜料。这种方法借用气体来变相转换,得到的颜料分散性好。
4.无机酸处理法
无机酸处理法中应用最多的是硫酸,分为酸溶法、酸浆法和酸研磨法,主要应用于铜酞菁颜料。
二、物理处理方法
物理加工方法主要是机械研磨剪切法。
对于粒子过小的色粉原料可用溶剂处理,使其结晶进一步增大,而对于粒子过大的颜料则需要进行粉碎来减少凝聚作用增加分散性。
根据颜料的分散性能,有必要进行筛粉工艺的,针对各种颜料原料的分散性能,对研磨或剪切后的颜料原料进行80~目的机械过筛,可以保证色粉粒径的一致,明显增加色粉的分散性能,减少塑料制品的色斑、色痕、色条纹的出现。在无纺布的着色生产中,还能减少甚至避免断丝的情况。
三、表面预处理方法
为了改进颜料的分散性与润湿性,往往要对颜料表面进行预处理。颜料的分散有三个过程:润湿、分散与稳定。
1.润湿
颜料表面的水分、空气被溶剂所置换称为润湿。颜料是一个聚集体,溶剂需要渗入到颜料的空隙。在拌料时要注意颜料和溶剂的加入顺序,要先加入溶剂拌匀后再加颜料。塑料拌料常用的溶剂有白矿油等,起吸附与润湿作用。
2.分散与稳定
制品的颜色强度依赖颜料在其中的分散程度。由于研磨后的颜料粒径较小,颜料总表面积增加,颗粒间相互黏附的趋势增大,使得已经细化的粒子很容易重新团聚,这会影响最终制品的颜色品质。加入分散剂是改善这种情况的有效方法。分散剂包覆在颜料粒子表面,起到阻止颜料粒子重新团聚的作用。在颜料应用于介质中时,分散剂能使颜料粒子均匀的分散到介质中,从而获得较好的颜色品质。
颜料在树脂中分散以后,仍会有相互聚集和发生沉降的倾向或直接迁移。在色粉改性中添加偶联剂、相容剂、扩散剂、扩散油等可以降低介质的表面张力和介质与颜料间的界面张力,增加色粉在树脂中的分散性与稳定性。
四、色粉着色力的处理方法
在塑料调色中,因为各种色粉原料的着色力很高,调配拼色时往往只需要很少的重量。为了方便调色称量,通常把原色粉改性制成3/4(75%)、1/10(10%)、1/(1%)、1/0(1‰)的浓度,以便在调配各种颜色时拼色使用。比如要调配原色粉浓度十分之一的色粉,用1kg原色粉加入9kg扩散粉(如亚乙基硬脂酸酰胺EBS、硬脂酸钙、锌、镁等分散润滑助剂),进行搅拌与过筛(80~目)后即可使用。不仅方便称量,而且能显著改善塑料的分散性与熔融流动性,使制品平滑有光泽,色彩均匀鲜艳,同时还能降低成本。
五、塑料色粉改性中常用的机械
塑料色粉改性中常用的机械主要有高速剪切机,打粉用搅拌机,筛粉机。限于篇幅不一一介绍,在使用中特别要注意剪切与打粉的时间,一般打1~2min或几十秒就要停下,冷却几分钟后再搅拌,防止色粉在高速剪切时高温焦结。