塑料著色劑

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　　塑料著色劑是指能改變物體顏色，或能將無色的物體染上顏色的物質。

　　塑料主要是通過添加無機顏料和有機顏料來著色的，要求其具有較高的著色強度和艷度，良好的透明性、遮蓋性、分散性、耐候性、熱穩定性、化學穩定性、電氣性能和環保性能。

　　1.著色力

　　著色力大小決定著著色劑的用量。一般來說，著色力隨著著色劑粒徑的減小而增加，有機顏料的著色力比無機顏料的高，當彩色顏料與白色顏料並用時，著色力可以得到顯著提高。目前，超細有機顏料得到了廣泛的應用。

　　2.分散性

　　著色劑在聚合物中只有以微小的粒子狀態均勻分散，才能有良好的著色效果。由於顏料含有很多聚集粒子，因此，必須用高剪切力打碎大聚集體，形成小聚體，從而達到要求的粒子細度，才能獲得理想的光學效果。採用對顏料進行錶面處理等方法可以將顏料加工成一定實用形態，如色母粒，可以有效的改善顏料的分散性。另外，添加其他助劑也可以改善著色劑的分散性。

　　3.耐光和耐候性

　　一般來說，無機顏料光穩定性比較好，在有機著色劑中，酞青系、喹吖啶酮系、二嗯嗪、異吲哚啉酮等的耐光性十分優異，可以與無機顏料相比；蒽醌和花酮等染料也具有良好的耐光性。

　　4.耐遷移性

　　著色劑的遷移主要有3種類型：

　　(1)溶劑抽出，即在水和有機溶劑中滲色；

　　(2)接觸遷移，造成相鄰的物體污染；

　　(3)錶面噴霜，在加熱時，著色劑在聚合物中的溶解度較大；而常溫下，著色劑的溶解度較小。所以，錶面噴霜是因為結晶造成的。一般來說，無機顏料在聚合物中的分散是非均相的，不會產生噴霜現象；而有機顏料在聚合物和其他有機物中都有不同程度的溶解，比較容易發生遷移。有機顏料遷移的難易與聚合物和其他添加劑(尤其是增塑劑和軟化劑)的種類有很大關係。實驗表明：有機酸的遷移性比較小；分子量遷移性比分子量低的小。

　　5.耐熱性

　　耐熱穩定性能是塑料著色劑的重要指標。大多數無機顏料的耐熱性都比較好，基本能夠滿足塑料加工要求；有機著色劑的耐熱性能較差。由於各種樹脂的化學結構不同，所以，加工成型過程中的加熱溫度(軟化點以上)也不同，溫度的高低影響著色劑的選擇。樹脂結構的不同，對著色劑的要求也不一樣。

　　6.化學穩定性

　　由於塑料的使用環境不同，故要充分考慮著色劑的耐化學藥品性能。PVC及其他含氯聚合物容易分解產生氯化氫，對著色劑的著色效果和耐色牢度可能產生較大的影響，因此，PVC及其他含氯聚合物製品必須使用耐酸性著色劑；某些塑料製品中其他添加劑組分如抗氧劑、受阻胺光穩定劑和分散劑對顏料的影響也不容忽視。

　　7.電氣性能

　　聚氯乙烯、聚乙烯等被用作電線電纜的絕緣層或護套，這些應用領域要求著色劑具有良好的電絕緣性能，有些著色劑添加後會導致電絕緣性能的下降。一般來說，導致電絕緣性能降低的主要是顏料錶面殘餘的電解質，而非顏料本身，因此，某些含有可溶性鹽的顏料不適合用於電線電纜等塑料製品的著色。通常炭黑、鈦白粉、鉻黃和酞青藍等的電氣性能較好。

　　8.環保性能

　　隨著國內外環保法規日趨嚴格，許多製品對塑料著色劑的毒性提出嚴格要求，著色劑的毒性問題愈來愈引起人們關註。美國等國家已明確限制使用重金屬，包括鎘、鉛、硒等著色劑；德國等國家也相繼出台法規限制使用一些芳香胺類染料和有機顏料。目前，我國尚有大量的有毒著色劑在生產與使用。

　　1.無機顏料

　　無機顏料是傳統塑料著色劑，儘管其著色力差，但是其耐熱性、耐候性、耐遷移性優越，而且價格低廉，儘管其常含有重金屬，其毒性問題導致用途受到限制，但目前在塑料著色領域中仍占據重要的地位。按化學結構分，目前無機著色劑主要有以下幾類：金屬氧化物，主要有二氧化鈦、三氧化二鉻、氧化鐵、氧化鋅、氧化銻等；炭黑；金屬硫化物，如硫化鎘、硫化汞等；鉻酸鹽，如鉻黃、鉻橙等；鉬酸鹽，如鉬紅等；其他如群青、鐵藍、錳顏料、鈷顏料及釩酸鉍等顏料。

　　二氧化鈦是目前用量最大的塑料著色劑，其中應用研究的主要方向是納米級超細二氧化鈦應用，不僅起到著色作用還可以起到殺菌作用。二氧化鈦的分散性較差，一般採用有機處理劑對其錶面進行一定處理，有機處理劑一般選用三乙醇胺、山梨糖醇、甘露糖醇、聚乙二醇、聚丙二醇、烷基氯硅烷、酯類化合物、脂肪酸類化合物等。

　　炭黑是僅次於二氧化鈦的用量第二的塑料著色劑，按加工方法分類，品種繁多，用作顏料一般被稱為“色素炭黑”。該類炭黑種類非常多，尤其是近年來氣相法白炭黑開發與應用，具有許多優異性能，倍受關註。炭黑不僅具有著色功能，還具有優良耐候性和抗熱氧作用；正確選用炭黑還可以提高聚合物的導電性能或者絕緣性能。

　　鎘顏料是一類特別穩定的無機顏料，其顏色鮮亮，著色用量小，但是由於毒性限制，目前歐盟、美國已經明確限制使用。但是基於其優異性能，尤其是極佳的耐熱性，一些特別加工應用領域仍難以尋找到合適替代物，目前在聚酰胺、聚甲醛和聚四氟乙烯等要求高加工溫度的工程塑料加工中仍在使用。

　　2.有機顏料

　　有機顏料由於其品種繁多、色光鮮艷、著色力高、應用性能優良，成為塑料重要著色劑，按其結構類型不同，適用於塑料著色的顏料主要包括：

　　不溶性偶氮顏料，尤其是結構比較複雜的單、雙偶氮顏料，分子中含有多個極性取代基如甲基、硝基、鹵素、酰胺基等或者雜環取代基如苯並咪唑啉酮基團的，以及偶氮縮合類顏料品種，色譜範圍主要為黃色、橙色、紅色等，尤其是以3，3’-二氯聯苯胺為原料生產出一些有機顏料適用於多種塑料的著色，並具有良好的應用性能。

　　色澱類顏料，主要是少數萘酚磺酸(羧酸)類紅色色澱顏料，由於分子極性較大，有較好的熱穩定性和高的著色力，可以用於加工成型溫度中等的樹脂著色。

　　酞青類顏料，其具有優異的耐熱、耐光、耐候性能，高著色力及耐遷移性能，而且價格低廉。主要具有酞青藍和酞青綠兩種，色譜單調；另外其用於高密度聚乙烯產品大型製品會引起變形和變脆，值得非常註意。雜環與稠環酮類，該類產品具有優異的應用性能，不僅應用於塑料著色，還適用於塗料、油墨等，由於分子結構複雜，成本較高，其綜合性能優良，一般被稱之為高檔有機顏料品種。

　　喹吖啶酮類，其耐遷移性、耐曬性及耐熱性能非常優異，目前已工業化品種有20個左右，主要品種有喹吖啶酮紅、紫紅喹吖啶酮顏料、黃光褐紅喹吖啶酮顏料和亮紅喹吖啶酮顏料等，主要生產公司為瑞士汽巴公司，我國也有少數企業生產。

　　吡咯並吡咯二酮類顏料，簡稱DPP顏料，是汽巴公司專利產品，其中兩個主要產品C．I．顏料紅254和264於2003年專利到期，目前全球DPP顏料產量達到7000t／a左右，主要原料為丁二酸二烷基酯、對氯苯甲腈和對苯基苯腈等。

　　二惡嗪顏料，其分子結構中含有三苯二惡嗪的母體結構，多為紫色譜，主要用於丙烯酸樹脂片材和擠出低密度聚乙烯製品，目前國內已經研製成功並工業化生產，常用作二氧化鈦的增白抑黃劑。

　　異吲哚啉酮顏料，主要品種為四氯異吲哚啉酮，該顏料具有耐光、耐溶劑和耐熱性能，由於其抗遷移突出，因而特別適合用於軟質聚氯乙烯製品，目前主要應用於汽車用塑料製品中。

　　另外還有一些如咔唑類、茈系、喹酞酮類、蒽醌類顏料，苯並咪唑酮類顏料等，目前這些高檔塑料著色劑生產主要集中在西歐，主要生產商為德司達公司、汽巴公司、科萊恩公司等。

　　3.色母粒

　　色母粒，即為將顏料與高分子聚合物、分散劑等進行均勻混合，在軟化的加工溫度下擠壓成型，制得含顏料量為15%～20%(wt)的顏料母粒或者顏料濃縮物。由於其具有著色效果優越、便於自動計量和運輸、節約能源、無粉塵和污染等優點，另外還可以與多種塑料助劑組合成為多功能性母粒，在塑料行業應用非常普遍，成為有機顏料應用於塑料著色最主要途徑之一。據報道2000年—2005年我國色母粒市場需求年均增長率約為24%左右，2005年我國色母粒年生產能力已達到25萬t，經濟總量達到50億元，2005年國內色母粒的需求量約為24萬t左右。我國未來幾年中色母粒在下列塑料製品中將有較大幅度增長：用於包裝材料聚丙烯、聚乙烯、ABS樹脂的色母粒增長速度最快；汽車用色母粒需求量大；電線電纜領域、建築材料尤其是各種塑料管材和型材；薄膜製品等。預計2010年我國色母粒年需求量將達到48萬t左右，年均增長率約為15%。

　　色母粒技術開發方向始終致力於顏料、分散劑和載體相互兼容，以提高色母粒中顏料含量。

　　色母粒越來越向高濃度化方向發展，目前國外已經開發生產出顏料含量為80%甚至90%的色母粒，如美國太陽化學公司最近推出的類似於顏料預分散體的產品——色砂，顏料含量高達90%，分散效果好，可直接使用，亦可與樹脂混合造粒製備高濃度色母粒。目前我國不僅高濃度色母粒生產處於空白，而且許多高檔大分子顏料生產薄弱，主要依賴進口。

　　分散劑在色母粒製備中起到潤滑和包覆顏料、輔助顏料在載體中進行分散作用，國外研究比較深入和全面，如科萊恩公司最近推出的一種新型顏料分散助劑——Ceridust系列微晶蠟，其粒子尺寸與顏料尺寸接近，蠟粉粒子填充在顏料粒子間使其保持一定距離並提供潤滑作用，能夠顯著改進顏料的分散性。使用該微晶蠟與普通微晶蠟達到相同的著色強度時，所用顏料較少，而且其品種齊全，可以滿足聚烯烴和工程塑料的不同要求。

　　載體是色母粒重要組成部分，其作用是增強顏料和要著色樹脂間的親和力並提高其著色組份分散性。用茂金屬催化法合成的樹脂作載體能大大提高顏料在色母粒中的協同作用和分散性。近年來國內根據色母粒快速發展狀況，相繼開發出多種用於色母粒的專用樹脂，如燕山石化新近推出的1120A；蘭化研究院研製生產的高光色色母粒專用基料；天津石化最近推出的TJZS——2433／2650F色母粒專用樹脂；北京化工大學最新研製的聚全氟乙丙烯色母粒用樹脂，專用於耐高溫、抗腐蝕的色母粒的製備。

　　4.無機-有機複合型顏料

　　無機顏料和有機顏料各有優缺點，因此在工業生產中可以將某些無機顏料品種作核，通過有機顏料進行包膜處理，製備出“無機一有機”複合型顏料品種。例如在鉬鉻紅的粒子錶面包膜偶氮型顏料，具有良好的耐熱、耐氣候牢度，且顏色鮮艷，著色強度較無機顏料明顯提高。在此基礎上還可以採用無色無機物，如立德粉、二氧化鈦、二氧化硅等為核，在外層包覆有機顏料。

　　文獻報道，將無機鹽化合物，如研磨處理的硅膠分散於偶合組份的鹼性溶液中(如色酚)，並使其吸附在硅膠粒子錶面上，再添加芳胺重氮鹽，如苯胺重氮鹽，進行偶合反應，製備以硅膠為核的改性紅色偶氮顏料。應用表明其著色強度和耐熱穩定性明顯加強。

　　人們還嘗試把有機顏料用無機化合物包膜進行改性處理，設法在有機顏料晶體錶面固定某些無機化合物。瑞士汽巴公司介紹了無機化合物採用無機氧化物一有機絡合物沉澱方法對顏料的錶面進行改性處理，採用特殊的有機螯合劑，使金屬鹽化合物具有較穩定的可溶性能，並能擴散、吸附到有機顏料錶面，通過改變pH值或者加熱使其水解，最終與顏料錶面結合。

　　5.溶劑染料、聚合物溶解染料

　　基於熱塑性塑料，如聚苯乙烯、ABS樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等具有優異的透明性，為了使著色製品保持原有的透明度，除可應用有機顏料著色外，更適合選用具有高溶解度的溶劑染料、聚合物染料及某些分散染料品種，如汽巴公司生產的商品名為Filesters染料；山道士公司開發的商品名為Sandoplast系列溶於有機溶劑的溶劑型染料；拜耳公司開發的商品名為Macrolex系列染料。此外由赫司特公司開發的商品名為Polynthren系列染料和山道士公司開發商品名為Estofils系列染料主要適用於聚酯纖維的紡前染色，同時也可以用於聚苯乙烯的染色，這些產品主要是溶劑型染料和部分有機顏料。