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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 质量控制/管理 > 高分子助剂第11章--着色剂
第十一章着色剂11.1概述11.2着色剂的性能11.3着色剂类别概述11.4着色剂的应用11.1概述1、着色的目的高分子材料的着色一般通过添加颜料来实现。通过着色可以达到下列目的:①使制品美观,美化环境提高商品价值。②使产品便于识别。③提高制品的耐候性,改善制品的光性能。④改善制品的电气性能。2、着色剂的发展沿革颜料的应用由来已久,最早使用的是无机颜料,而有机颜料的发明,给颜料带来了更大的发展。有机颜料是一类具有着色性的有机化合物,是染料工业中的一个类别,但它不同于染料。颜料是一个有色化合物,它对高分子材料没有亲和力,也不能溶解于介质中。在19世纪50年代以前,人们所用的有机颜料,都是来源于天然色素,如由动物和植物色素制成的色淀。从1856年人工合成苯胺紫以后,合成颜料也就随之发展。先后合成了硝基苯胺红、立索尔红、耐晒黄和酞氰颜料等,使合成有机颜料的色谱和使用性能有了突飞猛进的发展。19世纪中后期由于颜料中间体的不断发展,合成颜料亦逐步向高级品种发展。解放前,我国没有有机颜料产品。1958年开始,由于国民经济高速发展,颜料工业也随着发展,为我国的涂料橡胶和塑料工业的发展作出了贡献。目前一般的产品国内均能生产,还有部分出口。11.2着色剂的性能塑料和橡胶用的着色剂主要有无机颜料、有机颜料和染料三大类。着色剂主要物理性能有色光、着色力、遮盖力、分散性、吸油量、耐光性、迁移性、耐溶剂性等诸多性能。着色剂的一般性能如下表所示。11.2.1着色力和遮盖力着色力:指颜料影响整个混合物料颜色的能力,着色力大,使用着色剂量就小,成本也低。着色力同着色剂本身特性有关,一般地说,着色剂粒径减小,着色力增大。有机颜料和染料着色力比无机着色剂着色力大,有的甚至高达20倍。当彩色颜色与白色颜料并用时,着色力会提高。遮盖力:指着色剂阻止光线穿透着色制品的能力,换言之,就是指着色剂透明性大小的问题,遮盖力越大,透明性越差。遮盖力大小同着色剂和树脂本身的折光率有关,二者折光率之差越大,遮盖力越好,一般无机着色剂的遮盖力大于有机着色剂。11.2.2分散性颜料一般不溶于聚合物,不易充分分散于聚合物中。为了提高分散性,一方面希望着色剂粒子要细,另一方面进行必要的表面处理。只有好的分散性,才能获得优良的着色效果。颜色的分散性能直接影响到色差。着色剂分散性优劣对色调的影响见下表。颜料分散性不好制品色泽会不均匀。如果提高塑炼效果有利于颜料均匀分散。有时着色剂没有分散开易造成制品表面形成色条,严重者会影响到制品的抗撕裂强度。因此,制成浆料或制成易分散的色母粒有利于克服上述缺陷。11.2.3耐热性聚合物的加工温度一般都比较高,选择的着色剂必须有好的耐热性,如在加工温度下着色剂产生分解,既达不到着色效果,又会影响制品的内在质量,导致制品报废。一般无机着色剂耐热性比较高,对于加工温度比较高(200℃以上)的制品,最好选用无机着色剂,但也有不少的有机颜料耐温可达200℃以上。软质PVC耐热性要求较低,硬质PVC要求较高。颜料受热分解褪色有其本身耐热差所致,有时可能是PVC分解物HCl初始颜料分解。11.2.4耐候性长期在户外使用的塑料或橡胶制品,在日光长期照射下产生褪色,失去原来面貌,这是用户所不欢迎的,因此要求着色剂有好的耐候性。选用无机颜料耐候性一般比有机着色剂好。在有机着色剂中耐候性好的产品有:酞菁系、喹吖啶酮系、二噁嗪等高级耐光有机颜料。紫外光所以能使颜料褪色,是由于紫外光具有相当能量,加上环境中的氧和水分,破坏了着色剂分子结构,颜料分子中的共轭体系被割断,失去了原有的吸收光的能力。因此颜料分子结构越稳定,耐光性则越强。常把着色剂对光稳定性用“耐光级”来表示,一般分为八级,级别高,耐光稳定性好。着色剂耐光级是指着色剂在耐光机上放置80小时,或在天然日光下放置25天的变化。其级别和对应时间如下:作为PVC着色剂应在5级以上。着色剂的用量增多时,耐光性好。对软质PVC制品,增塑剂用量增加,着色剂用量不变,但着色剂在体系中百分数降低,则耐光性变差,褪色速度加快。耐光着色剂在塑料配方中要配制一定量,若低于一定要求浓度,则耐光性极差,例如立索尔宝红,其使用量必须在0.07份以上,才有耐光性。11.2.5耐迁移性迁移性:指着色剂向介质渗色或向接触的物质迁移的现象。无机颜料不溶于聚合物也不溶于水和有机溶剂,它们在聚合物中呈非均相,一般不会出现迁移现象。而有机颜料在聚合物中有不同程度的溶解性,会有迁移现象。一般地说,有机酸的无机盐(色淀性颜料)迁移性比较小;分子量较高者比较低者迁移性小。低分子的单偶氮颜料的迁移性比双偶氮或缩合偶氮颜料要大。11.3着色剂类别概述11.3.1无机颜料一、白色颜料1、钛白粉又称TiO2,是最重要的白色颜料。约占世界颜料总产量的50%。大量应用于涂料、塑料和橡胶,有很高的着色力和遮盖力。它耐热、耐光、耐稀酸、耐碱等。TiO2通常有二种晶型,只有金红石型对热塑性塑料的着色具有意义;另一种锐钛矿型钛白粉对介质的氧化作用大于金红石型,但它的白度因偏蓝光而略好于前者,分散性也较好。前者的光亮度,着色力,遮盖力,抗粉化性比后者强。为了提高它们在聚合物中的分散性,其表面都需进行处理,经氧化铝,氧化锌和氧化硅覆盖的钛白粉,可以有效地降低光学活性。2、锌钡白(立德粉)其遮盖力仅次于钛白粉,高于锌白、铝白和锑白,耐热性良好,是硫酸钡与硫酸锌的混合物,标准产品硫酸锌含量为29.4%,随着硫酸锌含量的提高,遮盖力随之提高,耐光性也有改善。主要缺点是耐候性差,长期暴晒有泛黄现象。3、锌白(氧化锌)是一种碱性颜料,可中和聚合物中酸性降解产物,着色力低,但耐光性、耐溶剂性优,可用作聚烯烃和PVC等塑料的光稳定剂。4、锑白(三氧化二锑)遮盖力接近锌钡白,有阻燃性,和卤素有协同作用,耐光性、耐热性良好,耐候性高于锌钡白。二、黄色颜料1、铬黄是重要的黄色颜料,主要成分为铬酸铅(PbCrO4),有毒,按生产方式不同可制得柠檬铬黄、浅铬黄、中铬黄、深铬黄、桔铬黄等品种。铬黄的着色力和遮盖力都很好,色越深,遮盖力越大。尤其是柠檬铬黄,其耐热性、耐光性尚好,但遇酸会溶解。2、钛黄是一种无毒的黄色颜料。带蓝光,着色力较差。耐热性、耐候性、耐迁移性较好。3、其他黄色颜料有锌黄,显柠檬黄色,耐温可达150℃,着色力、遮盖力较铬黄差。铁黄也是一种黄色颜料,是由氧化铁黄组成,色彩鲜明,耐酸不耐碱。三、黑色颜料1、炭黑着色炭黑可以带有不同有机基团,如羧基、内酯、酚等。作为着色剂对炭黑的粒度有一定要求,粒度越小,则反射率更低,色泽越深。炭黑有很高的紫外线吸收能力,用作黑色电线、电缆的护套着色效果特别显著,炭黑还能吸收烯烃塑料加工时放出的酸。2、灯黑它是碳质颜料之一,但它灰分含量较高,着色力较低。3、氧化铁黑颜料它是二价和三价铁的氧化物,热稳定性较差,用途受到限制。四、红色颜料有氧化铁红、镉红、钼红等。其中镉红和镉橙为硫化镉与硒化镉的混合物,色彩鲜艳,着色力、遮盖力、耐光、耐热、耐碱性都较好,不受硫化氢污染。钼红为钼酸铅、铬酸铅与硫酸铅的混合物,耐光性强,着色力和遮盖力大,但有毒。铁红是氧化铁颜料中的一种,铁的价数不同,显出不同颜色,其中FeO3·H2O呈黄色,即氧化铁黄,Fe3O4呈黑色,即氧化铁黑,Fe2O3呈红色,为氧化铁红,红中带黑,遮盖力极好,耐光性、耐热性优,耐碱不耐酸,色泽不鲜艳。五、蓝色颜料1、铁蓝有青光铁蓝和红光铁蓝之分。本品着色力极好,遮盖力稍差,耐光性较好,耐酸不耐碱,耐热性也较差,是易燃物品。2、群青属硫酸钠的硅酸铝的复合物,颜色鲜明,着色力和遮盖力较差,耐热、耐光性较好,耐碱不耐酸。3、钴蓝是氧化钴和氧化铝的混合物,耐热、耐光、无毒,但价格太高,使用面不宽。六、珠光颜料珠光颜料大多数是铅的化合物,如碳酸铅、磷酸铅、砷酸铅等。TiO2包覆的鳞片状云母,是一种无毒的珠光颜料。珠光颜料在有机玻璃的聚合,PVC鞋料等方面得到广泛应用。七、其他无机颜料1、天然氧化铁颜料如天然铁黄和天然铁红及天然铁黑等,品种很多,性能和合成产品基本相似。2、金属颜料主要有铝粉,金粉等,它们都有很强的遮盖力,耐候性也好。所谓金粉实际是由铜、锌、铝合金制成的鳞片状粉末,配比不同色泽各异,也可以用有机染料染成各种颜色。11.3.2有机颜料和染料有机颜料是从染料派生出来的一个分支。能用作颜料的有机染料有以下两种类型:①不溶于水的染料,通称不溶性染料,可直接用作颜料;②溶于水的染料,转化成不溶于水的盐类沉淀后用作颜料,叫作沉淀色料,简称“色淀”。有机颜料和染料统称为有机着色剂。有机着色剂都是芳香族化合物,它们的分子结构中含有不饱和的原子团,具有吸收一定可见光波长的能力。这类不饱和的原子团就叫发色团。含有发色团的化合物叫作色原体。发色团主要有以下几种:如果色原体的结构中同时含有另外一些叫作“助色团”的基团,就成为染料。助色团有时也能加深颜色。常见的助色团有以下几种:一、偶氮颜料这是最大的一类颜料,其特征是分子中带有偶氮基(-N=N-),它的品种较多,用途较广,一般分为不溶性偶氮颜料和难溶性偶氮颜料。如甲苯胺红,大红粉,甲苯胺紫红,耐晒黄G,耐晒黄10G,联苯胺等为不溶性偶氮颜料;立索尔宝红,立索尔大红,金光红C等为难溶性颜料。从分子结构上分,含有一个偶氮基的称单偶氮颜料;含有两个偶氮基的,称双偶氮颜料。偶氮颜料的坚固度(色强度)变化较大,由中等坚固度到极高坚固度。如苯并咪唑酮和双偶氮缩合颜料就具有非常高的坚固度。除色淀颜料外,偶氮颜料的耐化学药品性都很好。1、单偶氮颜料由于其易迁移、发汗、不耐温,所以在塑料加工中很少应用。结构比较复杂的偶氮颜料,如苯并咪唑酮类,在PVC和其他通用塑料中应用。(1)耐晒黄类。是不溶性单偶氮颜料的代表,为黄色,偏带红光或绿光,主要品种见下表。上表名称后的字母是色光的代号:R-红光;G-绿光;B-蓝光;Y-黄光;V-紫光;O-橙光。字母前面的数字表示色光的强度,数值越大,色光越强。耐晒黄中以耐晒黄G和10G最重要。它们的着色力和遮盖力高于铅黄。耐酸碱性好,色深时耐晒坚牢度高,但色浅时较差。耐热温度:G为160℃,10G为140~150℃。在有机溶剂中均有渗色性。(2)苯并咪唑酮类单偶氮颜料苯并咪唑酮类颜料具有如下的一般结构式:颜色从黄到红,在有机介质中溶解度较小,因而渗色性小。其耐热性中等,可以适应一般树脂的成型加工。个别品种在260℃加工温度下仍稳定。耐晒牢度悬殊较大,一般来说,色深、牢度好。(3)单偶氮色淀色淀颜料不是由中间体直接合成,而是把染料通过沉淀剂沉淀在载体上而得。色淀颜料由于其制造方便,色彩鲜艳,价格低廉,因此广泛用于油墨、油漆、橡胶、文教用品等方面。色淀颜料有耐晒色淀、酸性染料色淀、普通色淀三种。2、双偶氮颜料双偶氮颜料多数为联苯胺的衍生物。其分子结构式为:双偶氮颜料色彩明亮,着色力较强,最高可耐温260℃,用于软质PVC迁移较严重,耐候性也较差。3、缩合偶氮颜料这类颜料分子量比较大,耐热性、耐晒性、耐迁移性都获得改善。它们主要用于PVC和其他通用塑料。二、酞菁蓝颜料酞菁颜料是一类色泽鲜艳、性能优良的高级颜料。结构式为:酞菁蓝颜料在我国已大量生产,它是带微红光的蓝色有机颜料,色泽美丽,它的耐热性耐光性、耐溶剂性都很好,可作蓝色透明制品或拼色用,只用树脂的0.01%。酞菁蓝除作着色剂外,还可利用它极微的蓝光作为塑料增白之用。它的耐热为5级,耐晒为7~8级,无迁移性,遮盖率强。酞菁绿是带蓝光的有机颜料。色泽鲜艳,具有良好的耐热性、耐光性和耐溶剂性,它的分散性好,可用作透明制品着色剂,一般用量为树脂的0.05%,与黄色颜料拼用,可得到果绿色,色泽也很鲜艳。铬绿,主要成分是CrO3,耐高温、耐酸、耐碱、耐晒,但色泽不鲜明,可用于PVC不透明制品着色。四、染料可用于塑料的染料主要是还原染料。主要产品有溴靛蓝,还原桃红,硫靛枣红,还原蓝RSN,还原金橙等品种。五、炭黑炭黑品种很多,用作颜料的称为“色素炭黑”,它包括高级色素炭黑、中级色素炭黑、通用色素炭黑、低级色素炭黑、特殊炭黑、调
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