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什么是颜料在塑料中的耐迁移性?其如何测试?


料的分散对塑料着色有重要意义。对于着色用的颜料而言,最重要的性能就是着色力和遮盖力。着色力是颜料着色能力和效率的度量,当两种塑料使被着色物获得同颜色时,用量少的着色力高;遮盖力是颜料遮盖被着色物底色的能力。这两项指标与颜料的分散密切相关。


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一、分散原理


一般而言,颜料的分散越好,其着色力和遮盖力就越高。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、细腻,色斑少,色差小。此外,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。



工程上的“分散”概念一般包括如下两种:

①分散介质在体积上的减小和统一过程;

②被分散介质在空间分布上的均匀过程

对于树脂中的颜料来说,就是大的颗粒破碎成为小的颗粒并最终统一在某一尺度范围内,同时这些颗粒在树脂基体中均匀分布。一般说来,在塑料着色中,颜料的均匀分布并不困难,关键在于如何将其充分细化。

颜料分散前的形态

原生颗粒

以单晶、块状、球形或微晶组成的大晶体形式存在。



图 颜料的原生粒径

凝聚体

由原生颗粒表面彼此吸附而成。



团聚体

由原生颗粒或凝聚体疏松的组合,或者是这两者在边、角上相互吸附而成的混合物。

颜料的分散细化,是将团聚体粉碎、细化的过程。

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图 颜料的团聚体

颜料生产过程示意图 

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图 颜料生产过程示意图 







颜料的分散过程

颜料的分散,第一步是使用润湿剂润湿颜料,使颜料之间的凝聚力减小,便于第二步颜料的粉碎和细化。粉碎细化后的颜料进一步做包覆处理,降低新形成的界面表面能,以便在进一步加工时,不致于使颜料产生再凝聚现象,第三步细化后的颜料在熔体中能均匀分散,由此,颜料的分散过程可以分为三步:润湿、细化和细化后的稳定化混合分散。

颜料的润湿

分散首先要进行润湿,润湿过程是用润湿剂(表面处理剂)润湿、包覆颜料表面。

颜料的细化(粉碎)

颜料的细化是将团聚体颗粒破碎,它主要依靠颜料颗粒之间的自由运动(冲击应力)和颜料团聚体通过周围介质的应力(剪切应力)来完成。   

细化的基本方法有以下三种:干混法、液体剪切法和熔体剪切法。实际生产过程中是将这几种方法联合使用,更有利于发挥每种方法的优点。  






颜料分散粒径问题

颜料分散后的粒径多大为宜,可用下述数据加以说明。

1.颜料粒径大于30μm,制品表面产生斑点、条痕;

2.10~30μm,制品表面无光泽;

3.粒径小于5μm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;

4.对于纤维(单根丝直径为20~30μm)和超薄薄膜(小于10μm),则颜料粒径应小于1μm。

许多研究工作证明,一般情况下,颜料粒径愈小,它的着色力愈高。颜料粒径大小还和遮盖力有关,这是由于颜料经分散处理,粒径变小,表面积增大,因此遮盖力就增加。此外,偶氮颜料粒子直径在0.1μm、酞菁颜料粒径在0.05μm时,具有最高的着色力。






颜料分散对制品外观的影响

颜料的分散直接影响着色制品的外观(斑点、条痕、光泽、色泽及透明度);加工性,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。随着颜料径粒增大,制品的冲击强度和伸长率下降。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、细腻、色斑少、色差小,同时可降低成本。



图 颜料的分散对着色制品质量的影响




着色力与消色力

颜料着色能力和效率的度量,当两种颜料使被着色物获得相同颜色时,用量少的着色力高。二氧化钛与另一种颜料混合后,能够得到混合物显示它本身颜料的能力。对于二氧化钛,它与一深色颜料混合后,混合物的颜色越浅,表示它的消色力越强。

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图 颜料粒径与着色力的关系

消色力的影响因素

  • 消色力的大小与它的散射能力和折射率有关;

  • 粒子的大小、形状、结构和粒度分布对消色力有明显的影响,消色力随着粒度的减小和粒度的均匀性的增加而增大;

  • 钛白粉的消色力还与制备条件有关。






常用塑料着色方法

1.干混着色

又浮染、粉状着色和纯颜料着色,可以生产普通塑料制品。它简化造粒工序直接用注塑、挤出等加工方法生产着色制品,避免因造粒加热使树脂产生降解。
2.干颜料混合物着色

当使用分散性差别很大的颜料时,及塑料加工厂家进行配色感到困难时,就可以使用颜料供应厂家提供的粉状配色颜料混合物。
3.糊状混合物着色

是使用三辊研磨机和捏合机等混合和混炼设备,并使用增塑剂、多元醇等液体载体把颜料研磨成糊状的颜料色浆。
4.颜料混合物

是颜料的浓缩物,且经过细化充分分散至树脂或分散剂中。






颜料分散的主要设备

捏合机:主要用于高粘度物质之混合分散;

Branetali混合机:主要用于各种粘度乳液的混合和分离;

高速分散机:是颜料分散设备中结构最简单的一种;

三辊研磨机:主要用于挥发性低的涂料的加工;

球磨机:主要用于生产挥发性涂料及各种油墨、液体着色剂和配置色浆料等;

砂磨机:主要用于挥发性涂料及各种油墨的加工和液体着色剂、乳胶漆等的生产;

胶体磨:是一种无介质的分散设备,由转子和定子组成;

高速混合机:主要用于干掺和粉体树脂的混合和分散;

连续混合器:是一种转子式混合器,主要用于部分物质的配料及在塑料中掺入各种纤维。


如何提高颜料的分散性?

在液体介质中达到高品质分散的方法(载体的选择

  • 其对颜料及研磨表面皆有良好的润湿性;

  • ‘粘性’配合方法,即在依赖粒子互相撞击的加工法中选用低粘性,而在依赖经由液体层的剪切力的加工法则选择高粘性;

  • 在加工的条件下和颜料间可化学相容。选择适量的颜料和添加剂,以在机器中有恰当的流动。

用熔体剪切法达到高品质分散的方法(树脂的选择

  • 对颜料和研磨表面皆有良好的润湿性;

  • 高粘着强度;

  • 粘度受温度的影响很小,在加工条件下和颜料间化学相容。和基料树脂流动性可相容(尤其是在制备色母时)以降低因热熔流速不同而引起的稀释化困难;

  • 选择适量的颜料以使在操作时可产生高剪切力;

  • 预混各干态成分;

  • 用剪切力来流动树脂而非使用可能的外来热(如Banbury)。



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