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新型塑料制品专用颜料 色母粒专用色粉有哪些

时间:2013-12-20来源:未知 作者:chem 点击:
新型塑料制品专用颜料 色母粒专用色粉有哪些 随着塑料工业的不断发展,对用于塑料的着色剂的性能要求越来越高,促进了塑料用着色剂的发展,本文阐述了塑料用着色剂的性能要求,目前使用的主要类型,特别对塑料用最重要的着色剂有机颜料及其进展进行了分析,

 新型塑料制品专用颜料 色母粒专用色粉有哪些

随着塑料工业的不断发展,对用于塑料的着色剂的性能要求越来越高,促进了塑料用着色剂的发展,本文阐述了塑料用着色剂的性能要求,目前使用的主要类型,特别对塑料用最重要的着色剂—有机颜料及其进展进行了分析,还介绍了几种重要塑料使用的着色剂。    
关键词 塑料;着色剂;进展    

1 前言    

塑料由于原料易得、加工成型技术发展快、性能优异等已成为当今世界上取代木材、纸张、棉花、钢铁等多种传统材料的新颖高分子材料,据不完全统计2005年全球PE、PP、PVC、PS、PA、PU、ABS和PET等各种塑料的需求量已超过1.8亿吨,其中极大部分都需要着色(包括黑色和白色),而且由于各种塑料的化学结构不同,加工成型的方法和温度不一样,对着色剂的性能要求也不相同(表1),因此每年耗用的有机颜料品种数不低于100个,需求量已超过4万吨,无机颜料的需求量也在6万吨以上。特别是近年随着对着色塑料制品使用时毒性要求的日益严格以及所含有害物质如多氯联苯、二 烷、游离芳香胺和非结合重金属等残余量要求的不断提高,再加上塑料用着色剂在制造过程中的安全与环境污染等的严格要求,大大促进了塑料用新型着色剂的开发,如镉、铅、铬等重金属颜料代用品的开发,用2-甲基-5-硝基苯胺(即大红色基G)作重氮组分制成的颜料和双氯联苯胺系颜料代用品的开发,对聚烯烃塑料具有非变形性颜料的开发,在废水中易处理的有机颜料的开发等。  
 

 2 塑料用着色剂的性能要求[1]  

  塑料用着色剂的内在质量与应用性能直接影响到塑料制品的外观和应用性能,因此目前对其性能要求有下列9条:
    ① 色彩性能是塑料着色剂最基本的性能,它必须具有符合要求的颜色、高的着色强度与鲜艳度、良好的透明性或遮盖力,塑料着色剂的色彩性能决定了塑料制品的色彩质量、着色成本以及着色过程的稳定性。
    ② 优良的耐热稳定性是塑料着色剂的重要指标之一,着色剂耐热稳定性优良,可防止在受热时因分解或晶型变化而导致颜色的改变,尤其对某些要求更高成型温度的塑料如PET、PA等的着色更应选择热稳定性高的着色剂。
    ③ 优异的耐迁移性能,不发生喷霜现象。基于着色剂分子与塑料之间的结合力大小不同,着色剂分子会随着添加剂(如增塑剂及其他助剂)从塑料内部迁移到表面上或渗透到邻近塑料中,这种迁移作用与塑料分子结构、分子链的刚性、紧密度有关,也与着色剂分子极性、分子大小、溶解性能与升华特性等有关。
    ④ 优良的易分散性,粒径微细且分布均匀,以获得满意的鲜艳度、光泽度和透明性,并防止产生着色强度的降低和形成斑点或条痕乃至降低塑料的机械强度。
    ⑤ 与塑料有良好的相容性,不应与塑料组分发生反应或受塑料中残余的催化剂、助剂等作用发生分解而影响着色制品质量。
    ⑥ 有优良的耐光和耐气候坚牢度,尤其是户外使用的塑料制品用着色剂。
    ⑦ 对用于电缆材料和电讯材料的塑料用着色剂应具有特定的电性能,并保证着色剂生产过程中水洗充分,不含有电解质杂质,具有规定的阻抗值。     ⑧ 具有低的成型收缩翘曲性,特别对于部分结晶的塑料如PE、PP等[2]。
    ⑨ 具有低毒或无毒性,其LD50>500mg/kg,重金属、致癌芳香胺和多氯联苯等含量应在允许限量以下,尤其是食品包装以及玩具用的着色塑料。

3 塑料用着色剂的主要类型    

塑料用着色剂主要有三种类型:  
  ① 溶剂染料或少数分散染料,通过溶解于塑料中着色,如采用溶剂染料使聚苯乙烯塑料着色等。    
② 颜料,包括无机颜料与有机颜料,它们都不溶于塑料而以微细分散的粒子使塑料着色,其中无机颜料坚牢度(耐热、耐光、耐气候牢度)优良,但颜色不鲜艳、着色力低、色谱不齐全,且某些品种的毒性较大,用得多的无机颜料有钛白粉、炭黑、氧化铁红等,其他还有群青、钴蓝、钴绿、镉黄、镉红、钼橙等;有机颜料由于其品种众多、颜色鲜艳、着色力高、应用性能优良,已成为塑料的最重要着色剂,按其结构可分成不溶性偶氮颜料、色淀颜料、杂环颜料、酞菁类和其他金属络合颜料、稠环酮类颜料等。    
③ 色母粒,它们是将颜料、表面活性剂与载体树脂采用高速捏合法或捏合冲洗法或溶体剪切分散法或三辊研磨法使颜料预分散在载体树脂中形成的粒状着色剂,容易操作和使用,比颜料(虽有易分散颜料)有更多的优点,特别是有一个良好的劳动保护环境,当然色母粒的主体还是颜料,其浓度最高为30%~35%,近年用低分子量聚乙烯制得的微粒状分散的高浓度加工颜料的浓度可达50%~60%,如Microlen 2000-MC系列加工颜料。    

4 塑料用有机颜料及其进展[3]    

塑料用着色剂虽有三种类型,但最重要的着色剂是有机颜料,它们的进展与塑料工业的发展紧密关联。    

4.1 新型不溶性偶氮颜料    

4.1.1 不溶性单偶氮颜料    

最早的不溶性单偶氮颜料是汉沙黄系列,它们属于乙酰乙酰芳胺类颜料,由于热稳定性差以及存在难以解决的起霜现象等,不适用于塑料的着色。新型不溶性单偶氮颜料从下列五个方面进行了发展:  
  ① 引入羧酰胺基或磺酰胺基的苯系颜料,如C.I.颜料黄97和C.I.颜料黄116,由于它们以腙结构形式存在,用于PVC和PE着色具有好的牢度性能。    
② 苯并咪唑酮类颜料,主要是黄色品种,如C.I.颜料黄181可用于PVC、PO、ABS等的着色,具有良好的耐热性;还有C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄151、至于C.I.颜料橙36主要用于PVC的着色。  
  ③ 引入羧酰胺基或磺酰胺基的萘甲酰胺类颜料,主要是红色品种,如C.I.颜料红170、C.I.颜料红187、C.I.颜料红253、还有C.I.颜料橙38,它们与老的萘甲酰胺类颜料相比改进了不溶性和耐热稳定性,因此适用于PVC、PE、PO等的着色,这与它们的分子较大,而且其分子以含有两个氢键的腙结构形式存在有关。    
④ 萘甲酰胺苯并咪唑酮类颜料     由于把苯并咪唑酮基引入到萘甲酰胺中,不仅提高了不溶性,而且色泽向红移,即转向深红、枣红、紫和棕色等,如C.I.颜料红183、C.I.颜料红185、C.I.颜料红208、C.I.颜料紫32、C.I.颜料棕25,它们可用于PVC和PO等的着色,但红色颜料与红色偶氮缩合颜料相比由于其耐热性和耐光稳定性不及后者,而且色泽不够清晰,因此在塑料着色中比红色偶氮缩合颜料用得少。    
⑤ 杂环单偶氮颜料     这种新颜料用在PVC、PO等上与上述四种新型不溶性单偶氮颜料相比,不仅具有相似的不溶性和耐热性、耐光稳定性,而且有更高的颜色强度,如C.I.颜料黄182,由于结构中引入环状多酰胺杂环,增长了共轭体系,不仅色泽鲜艳,而且颜色强度几乎为其他单偶氮颜料的两倍,相当于双偶氮颜料或双偶氮缩合颜料;类似的新颜料还有C.I.颜料橙64。  

4.1.2 不溶性双偶氮颜料    

这种颜料由于发色体系中含有两个偶氮基,与不溶性单偶氮颜料相比具有更好的耐热稳定性和颜色强度,可用于PVC、PO、PE、PES等的着色,共发展了三种结构形式:    
① 联芳胺类颜料,它们是用1分子3.3′-双氯联苯胺与2分子乙酰乙酰芳胺类偶合组分组成,主要是黄色品种,它们具有鲜艳和强的色泽,但它们在塑料中200℃以上时会发生热分解,特别在低浓度的情况下,会产生有毒的双氯联苯衍生物[4],而且它们的耐光性也稍差,因此仅限用于PVC的着色,最重要的品种是C.I.颜料黄83。    
② 双偶氮缩合颜料,以往在市场上流通的黄色品种是用2分子-氨基芳香化合物与1分子乙酰乙酰芳胺类偶合组分组成,由于在重氮组分中引入了芳酰胺基且通过偶合和缩合反应来合成,它们的耐迁移性和耐热性等有所改进,如C.I.颜料色黄93、C.I.颜料黄94、C.I.颜料黄95,但它们用于PVC和PE等着色的光牢度还有待改进;新开发的黄色双偶氮缩合颜料改变了分子中的基团,如C.I.颜料黄128、C.I.颜料黄116,用于PVC、PO、PE等着色的光牢度和耐迁移性、耐热稳定性等都要优于C.I.颜料黄93。另外,以往在市场上流通的红色品种则用2分子-氨基芳香化合物与1分子二(2-羟基-3-萘甲酰)芳胺类偶合组分组成,由于分子大,它们具有优良的耐迁移性和耐热稳定性,但因为其在合成的缩合过程中容易引入杂质,因此这种颜料的色泽一般不够清晰,如C.I.颜料红144、C.I.颜料红166、C.I.颜料棕23,这种颜料能用于PVC、PO、PES等的着色,但它们会使PP发生光降解,不适用于PP的着色,还有对耐气候性要求高的塑料,这种颜料一般也不适合,显然这种颜料虽然能用于塑料的着色,但应用范围不广,性能也有待改进;新开发的红色双偶氮缩合颜料改变了缩合的桥基和芳香环上的取代基,不仅提高了耐气候性,适用于室外PVC的着色,如C.I.颜料棕41,而且提高了鲜艳性,扩大了应用范围,可用于PVC、PES、PO、PE等多种塑料的着色,如C.I.颜料红214、C.I.颜料红220、C.I.颜料红221、C.I.颜料红242、C.I.颜料红262、C.I.颜料棕42。    
③ 联杂环系芳胺类颜料,它们是由1分子3,3′-双氯联苯胺与2分子吡唑啉酮偶合组分组成,这种颜料一般为橙色和红色,如C.I.颜料橙13、C.I.颜料橙34、C.I.颜料红38,由于它们在塑料中当加热到200℃以上时会发生热分解产生有毒的双氯联苯衍生物[4],因此仅局限于PVC的着色。  

4.2 新型色淀颜料

    色淀颜料通常是用含有羧酸基或/和磺酸基的偶氮染料与金属盐作用制成,制造时使用的中间体越纯,则制得的色淀颜料的抗渗化性就越好,但它们的热稳定性、光牢度和化学稳定性是有局限的,过去市场上供应的色淀颜料有下列两种:    
① 由乙萘酚或2,3-酸组成的偶氮色淀颜料     这种颜料具有鲜艳的色泽和优良的抗渗化性,但耐热和光稳定性较差,一般为低到中等,特别是在与无机颜料混合使用的情况下,如C.I.颜料红48:1、C.I.颜料红48:2、C.I.颜料红48:3、C.I.颜料红48:4、C.I.颜料红53:1、C.I.颜料红57:1等,它们可用于PVC、PE、PO等的着色。    
② 由乙酰乙酰芳胺组成的偶氮色淀颜料    
这种颜料的着色强度较低,耐热稳定性也是很好,如C.I.颜料黄61,可用于PVC、PO等的着色。    
为了提高这类颜料的耐热稳定性和光牢度,近年着重从两个方面进行改进,一方面选择性能更好的偶氮染料,另一方面用金属锰来形成色淀,因为锰衍生物可视作为过渡金属络合物,锰不仅离子化后与染料分子中的阴离子基团反应,而且还可通过d轨道与腙发色系的酮基进行共轭,这样可以使颜料更 稳定通过这些方法制得的新型色淀颜料主要有下列3 类.
两者中以c.I.颜料黄183 的性能更 好些,但它们的耐醇性和耐水性较差.Graphtol Fast Orange 5GL是一个性能极好的锰色淀颜料,具有高 的光稳定性,特别在与不透明的无机颜料混合使用时耐光性极佳,该颜料可用来取代重金属颜料,用于 PVC 和PE 等塑料的着色.这种结构色淀颜料的优 良性能与其以腙结构形式存在密切相关.

 
(责任编辑:chem)
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