门窗用通体彩色塑料异型材老化变色与防治 Microsoft Office Word 文档

门窗用通体彩色塑料异型材老化变色与防治发布日期：2010-04-08查看次数：42我有新闻发布【大中小】近几年，彩色塑料门窗发展很快，通体着色，双色共挤、腹膜、氟碳喷涂等工艺方法生产的塑料门窗色彩纷呈，各显神通，深得社会不同阶层广大用户和房地产商欢迎。2006年1月1日开始实施的JB/T180－2005未增塑聚氯乙稀（PVC-U）塑料门和JB/T140－2005未增塑聚氯乙稀（PVC-U）塑料窗“新标准”在材料一项规定：通体着色型材不宜用于建筑外门窗。由于在彩色塑料门窗中，通体彩色塑料门窗生产成本最低，在一些地区仍在广泛应用。一些厂家生产的通体彩色（含PVC/PVC双色共挤）门窗用塑料异型材也分别通过了国家化学建筑材料测试中心2000小时、4000小时、6000小时老化标准。实践证明，通体彩色型材的耐候性能，不仅和配方中的抗老化助剂类别与剂量有关，也和色母料原料结构及色系相关。具体问题要具体分析，不能一概而论。本文重点分析与论证了通体彩色塑料异型材（含PVC/PVC双色共挤）着色剂原料结构、色彩、粒度与添加量等因素对老化性能的影响。也对通体彩色塑料异型材生产中间发生的色差现象进行了分析和研究，同时对应提出提高通体彩色塑料异型材耐侯性和防治其在生产中变色的有效措施。2、着色剂原料结构与色系等因素对老化性能的影响着色剂是指能赋予聚合物以各种靓丽色彩的物质。用于PVC塑料的着色剂主要是颜料。一种颜料的着色能力、透明性或不透明性以及着色强度，通常都是颜料的本性，与PVC塑料配方无关。但是颜料的其它性能，如热稳定性、光稳定性、迁移性、室外持久性和绝缘性等则将受到配方及加工条件的影响。因此首先要考虑适用的颜料，然后才是配色和分散均匀的问题。塑料异型材成型加工对着色剂一般要求是着色力强，性能稳定、不严重变色、易分散、不分解、与PVC树脂混合性好，不含能引起聚合物降解的痕量离子（如Fe），不发生从型材内部移向表层的析出和移向与其接触的其它物品的迁移现象，不影响型材的内在物理化学性能，耐热和耐候性优良，日晒牢度高，难溶于水，不吸收紫外线外使型材温度上升等。概括起来主要有以下四条：⑴、能满足人们对色彩的要求；⑵、不影响塑料异型材正常塑化挤出成型；⑶、不影响塑料异型材化学物理性能要求；⑷、具有良好的耐候性能，能满足门窗在户外长期使用不变色、不老化的需要。现在国内为塑料生产着色剂的厂家很多。但真正给塑料门窗异型材着色的厂家很少。很多厂生产的着色剂难以达到塑料门窗长期在室外使用，抗老化性能的要求。要提高着色剂的耐侯性能，必须对颜料结构与色系等因素要有所了解。2.1着色剂颜料结构对耐侯性的影响着色剂颜料大致可分为无机和有机两大类。一般无机颜料以钛白粉、碳黑为代表，有机颜料以大分子红为代表，金属光泽颜料以金铜份为代表，荧光颜料以荧光增白剂为代表，珠光颜料以珠光粉为代表。无机颜料具有优良的耐热性、耐光性及耐溶剂性，遮盖力强，牢度高，原料易得，价格低廉，但透明性差，色光暗淡，相对密度大，一般用量为1％～4％。有机颜料着色力强，色泽鲜艳，分散性好，但耐光、耐热性远不及无机颜料。其用量一般在1％以下。金属光泽颜料对机械的磨损大。用量一般在0.5％。荧光颜料能提高白度，又不降低亮度。但这类颜料一般价格昂贵，用量在0.01～0.1％，珠光颜料能产生珍珠一样的晶莹闪光，加入量一般在0.5％～1％。颜料的耐侯性由其化学结构所决定，一般无机颜料为最优[1]。无机颜料中碳黑是可用於多?塑料材料及制品，且用量最大的黑色着色剂，又可作?樗芰喜牧系墓夥?定剂；中烙黄、氧化铁、隔系颜料的耐侯性比较好。??是不透明的无机着色剂，可广泛用于聚氯乙稀、聚烯?N、聚苯乙烯、丙烯酸树脂等热塑性塑料，其著色力??、遮盖性好，耐水和耐溶剂性优良；有机颜料分子量高，能与PVC形成共振结构者耐侯性好。如钛青兰、钛青绿、缩合偶氮系颜料、喹吖啶铜系颜料的耐侯性比较好。若必须使用耐侯性差的着色剂，应配合适宜的稳定剂来改善。PVC-U塑料异型材，应尽量避免与含有铁、钴、锰、锌等离子的着色剂并用，以免颜料中含有的金属离子促进PVC制品分解加速，产生色相转变；硫化类着色剂例如镉红、镉黄等，在采用铅盐作为稳定剂的PVC-U塑料热加工过程中，着色剂分解时会放出硫化氢，与铅发生反应，会生成黑色硫化铅，使型材变为灰色。2.2着色剂的色彩对耐侯性的影响着色剂的耐侯性能与色彩也有相对应关系。红色型材或加入红颜料的彩色型材最容易褪色，大红壁板中的西德红，猪肝色型材、橄榄灰色型材中钼络红都是红色先褪，而且褪的厉害，非常快。浅黄色型材表皮已接近浑浊的白色，基本看不出黄色的底子。天蓝色型材虽然表皮老化，有薄薄的一层深灰表皮，但仍能看到天蓝色的底子。最好不用淡红色和淡黄色。如铁红、锌白、锌钡白、铁黄、矿物紫、铜粉颜料等对聚氯乙稀脱氯化氢有促进作用，不宜使用。碳黑使用不当，在硬聚氯乙稀中也会促进热老化，PVC型材挤出生产时会分解释放出HCI，可使耐酸性较弱的着色剂变色。如群青在酸性条件下会游离出硫磺而褪色[2]。因此选择这类着色剂时，应选择有效的热稳定剂，将聚氯乙稀的脱氯化氢反应抑止到最小程度。2.3颜料粒度和剂量对耐侯性的影响采用适当的颜料体系可防止PVC塑料性能劣化，颜料不仅可阻止可见光，粒径适当时也可以大大吸收紫外线，形成一种遮蔽或保护作用，抑制塑料的紫外线老化。颜料的光线遮盖作用越大，塑料的老化越小。特别是碳黑对光稳定的效果较大，比通常的有机类紫外线吸收剂还显著。同时耐侯性与着色剂的剂量有关。一般来讲，添加量越少色越淡，褪色程度越大，耐侯性越差。当用颜料来防止紫外线老化（此时颜料兼做光稳定剂）时，只用必须量的着色剂是不够的，需增大用量，以能充分遮蔽紫外线的辐照。当单位面积照射的光线能量一定时，单位面积存在的颜料量越小，一个颜料粒子吸收光线的能量就越大，所以造成褪色度越大。聚合物与色料的比例不仅决定色调的深浅，而且这一比例只能高至一定数值，否则就得不到好的结果。各种色料对一种塑料的可加入量最高比例是不同的，最高比例值越大，其着色力越强。此外最高比例值越小，则颜色对光的稳定性就大些，但游移现象也增强。着色剂用量越少，日晒牢度越差。着色剂的用量和着色剂着色力有关，使型材达到同样的颜色深度，所需的着色剂越少则着色力越强。着色力越强，则所需着色剂越少。减少着色剂的用量，可防止塑料内在力学性能的变化，又可降低成本。一般来说，分散性好、色调鲜明、着色力强的颜料会使型材的光泽性、平滑性良好。着色剂的加入量一般均小于2％，某些情况下其用量可降至1.9％。几种颜料合用时，他们的的性能应基本接近，特别是光、热稳定性。否则性能较差的颜料先褪色，致使色调变化。2.4提高通体彩色塑料异型材耐侯性的有效措施为了防止着色剂的褪色和老化降解，提高通体彩色塑料异型材的耐侯性能，着色剂除要选用色牢度、耐侯性较好的颜料外，还要在着色剂配方中添加适量的紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂。虽然无机?料类着色剂，单独用于塑料制品?r，可以起到一定程度的光?定作用。但对于?期?敉馐褂玫牟噬?芰厦糯岸?裕?隹孔派?撂岣咂涔夥?定性能是很不够的。PVC?渲?肿邮芄狻⒀跽T导后，会产生高能量、高活性的含氧自由基。?类自由基在催化?K加速塑料老化的同?r，也与着色剂发生一定作用，引发其分子?构变化，加速着色剂色泽的变异。只有添加紫外线吸收剂才能?久、有效地抑制或减缓着色塑料的光老化速度，显著提高着色塑料门窗的耐侯性能。紫外线吸收剂根据分子?构不同可分为二苯甲酮类和苯?K三唑类。?类光稳定剂是利用自身分子?构，?⒄丈涞绞彝獠噬?芰厦糯暗墓饽茏?晃?饶埽?苊庾派?练肿咏Y构被光能破坏，?K且避免塑料异型材发生光氧化反应。抗热、氧老化性能是塑料抗紫外线光老化性能的前提条件。要提高彩色塑料门窗耐侯性能，首先要增强其热、氧稳定性能。在通体彩色塑料异型材中除添加紫外线外，适当而又适量的添加抗氧剂，可成倍提高制品的光?定性能。一般?斫玻??a着色剂所用的载体树脂较生?异型材的基础树脂分子量低，熔融指?蹈摺Ｔ靥迨髦?谧派?辽?a?r经过第一轮受?岷螅?谒芰弦煨筒纳?a过程中经过再次受热时，首先发生热降解和机械降解，进而加速通体塑料异型材的老化进程。虽然着色剂中的载体树脂在着色异型材中所占比例不大，但其经二次或二次以上受热则会发生显著热氧化。因此着色剂配方及采用着色剂的塑料异型材配方必须添加抗氧剂。抗氧剂大致可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。主抗氧剂主要功能是俘获自由基，使其不再参与氧化循环，也称链终止剂。辅助抗氧剂的作用是分解氢过氧化物，使其成为无害物质。采用相同的无机颜料生产墨绿色型材，着色剂中加不加紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂，型材耐侯性差异很大。笔者在简易老化箱，曾对采用两个厂家着色剂生产的墨绿色型材进行500～800～1000小时耐侯性试验，发现在着色剂中添加紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂的型材仅是粗燥度变化，颜色基本不变；而着色剂中未添加紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂的型材颜色由墨绿色－深灰色，逐渐变黑，最后表层敷上一层深灰色雾膜。所不同的是色剂中未添加紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂的型材前期变色速度快，仅仅60个小时已开始变黑，后期变色速度慢，800小时和1000小时颜色变化不大。通体彩色塑料异型材的耐候性能是由着色剂和异型材配方双方共同决定的。任一方不添加紫外线吸收剂、抗氧剂等，都会影响通体塑料异型材的耐侯性能。假如着色剂没采取抗老化措施，即使异型材配方中加大紫外线吸收剂、抗氧剂剂量，生产的通体墨绿色型材，耐侯性能依然变化不大。经老化试验60小时后已开始明显泛黑。因此不仅要在异型材配方，也要在着色剂配方中添加适量的紫外线吸收剂，抗氧剂等助剂。以期提高通体彩色塑料异型材在加工和使用过程中的抗热、氧化和光老化性能。抗氧剂的品种一定要严格选择。因??是?酸?或?式?酸?同硫酸??成的含?化合物，与含硫抗氧剂DLTP、DSTP、1035、300等共享，在塑料加工的高温?l件下会发生化学反应，生成黑色硫化?，影响塑料制品的外观，也会大幅度削弱抗氧剂的防热、氧老化效能。因此含?着色剂不能与含硫抗氧剂共享。碳黑除在聚丙烯中对某些酚类抗氧剂的效能有削弱作用外，在低压聚乙烯中也可与抗氧剂BHT发生作用，使BHT几乎完全失去效能，碳黑自身的光?定作用也大幅度?p弱。添加1%槽法碳黑和0.1%BHT的低压聚乙烯薄片的?敉獗┞叮?倜?鑫?我惶砑?%槽法碳黑的低压聚乙烯薄片的?敉獗┞妒倜??0%左右。??垡蚁?⒕郾?┑人芰喜牧希?∮锰己?樽派?粱蚬馕榷??r，必?选用适当的抗氧剂[3]。否?t，不但降低抗氧剂的效能，也会降低通体彩色塑料异型材?敉夤馕榷ㄐ阅堋?br/应该指出：一般抗氧剂熔点较低，较长时间在115～120℃温度中，会呈“胶凝化”状态，冷却后形成坚硬的块状物质，影响其在PVC混合料中均匀分散，并致使挤出制品表面出现白色斑点，影响型材外观质量。因此抗氧剂应在热混罐温度达112～115℃时投放或直接在冷混罐投放为宜。此外颜料的种类对其迁移性有决定性影响。有机颜料的迁移性比无机颜料要显著的多。而有机颜料中，不溶性偶氮颜料的迁移性要比色淀性偶氮颜料大。配色时还要注意色料密度不要相差太大，且不能起化学反应。色料的耐光级别最好为同一级别。以免在加工和使用过程中，由于褪色程度不一致而造成色泽的改变。在通体彩色塑料异型材生产中，热稳定剂和填充剂的种类对颜料的迁移性亦有一定影响。如在配方中有鳌合剂和隔/钡/锌复合稳定剂时，颜料表面析出就少。采用硬脂酸钡、隔做稳定剂时，颜料的压析性比使用三盐基硫酸铅和有机锡大。而填料碳酸钙的加入，则有助于改善颜料的压析现象。PVC塑料异型材挤出加工的固有特性决定了对着色剂的要求。塑料在热加工中有时呈酸性，有时呈碱性，这势必要求塑料使用的着色剂要耐一定的酸或碱性。由于耐酸或碱性影响着色剂染色的色度及色料扩散等性能，所以应选择可耐酸或碱的着色剂。大部分的着色剂可耐一定程度的酸碱，然而超过一定值时会发生根本性变化。因而PVC塑料异型材使用的着色剂较一般塑料难选。但选用时还是有一定的原则遵循的：⑴首先