当今世界塑料材料及其制品的应用已涉及到各行各业、方方面面、以至每一个家庭,越来越多的企业人士参与到塑料制品的生产与销售中来。对于塑料制品该选用何种着色剂也成为塑胶行业人士的讨论话题。
1 塑料着色剂的种类
塑料着色剂的种类,以其物理形态共分为四种:粉状着色剂—色粉;糊状着色剂—色浆;液状着色剂;固状着色剂—色母。其中,广泛应用的是粉状着色剂和固状着色剂。因此,对于其它二种着色剂本文不作讨论。
2 各种着色剂的特点
2.1 色粉着色的特点
直接用色粉(颜料或染料)添加适量粉状助剂对塑料粒子进行着色的方法,又称干法着色。
其优点是分散性好、成本低,可小批量操作。由于它省却了其它着色剂,如色母、色浆等加工过程中人力物力的消耗,因而成本低,买卖双方不受量的限制。制造色母不可能做1~2kg,但色粉可以根据需要任意指定质量,配制十分方便。使用色粉着色,与其它造粒着色相比,加工的树脂少经历一次降解过程,有利于减少塑料制品的老化,增加其使用寿命。
但最大缺点是颜料在运输、仓储、称量、混和过程中会飞扬,产生污染,严重影响工作环境。随着环保、企业ISO 9000指标等要求,色粉着色越来越受到局限,但对于特殊效果的着色,采用色粉直接混合着色具有一些色母着色达不到的效果。举例来说:一些耐热性差、怕剪切的颜料粉制成色母,由于其承受高温的时间长,而在色母加工设备中受剪切作用的时间长,着色效果会明显减弱,如珠光色粉、荧光粉、夜光粉。用珠光色粉制成色母再着色塑料,比直接用珠光粉混入塑料着色,其珠光效果要减弱10%左右,且注塑产品还容易产生流线状疤痕和接缝。我们在制造这类色母时,均采取相应措施,尽可能地减少色母在加工过程中受热的温度、时间及受剪切的程度(不用双螺杆造粒机,而用单螺杆造粒机等)。
干法着色另一个令用户头疼的问题是挤出机的料斗不易清洗。用以着色的色粉在白油等湿润剂的作用下,沾附上料筒内壁(乃至螺杆上)。当需要换料时,清洗料筒便成了现场操作工的难题,费时费料,事倍功半,而使用色母着色就没有这个问题。
另外,使用色粉着色,由于颜料粉均匀分布在需着色的树脂中,所以其分散性较好,这个结论只能针对注塑产品,特别是厚壁产品而言,对于吹膜、纺丝类产品则另当别论。因为色粉一般都没进行过预处理,当其混于树脂后,仅靠从挤出机进料口、螺杆、至出料口这么一段距离以及这么短的塑化混合时间,要使颜料粉的分子与被着色的颜料分子很好地携起手来——充分结合,是完全不能保证的,会有“夹生”现象产生。但这种“夹生”现象在厚壁产品中会被掩盖掉,在吹膜、纺丝产品中就显而易见。所以后者的着色方法仍以色母为主。
除此以外,色粉因生产厂商的生产日期、批号的不同,同一牌号的色粉也存在着一定的色差,即使用户坚持用同一配方,但在加工过程中很难做到批与批之间的注塑产品的颜色一致性,而色母在生产过程中可以通过中途取样、检验、调节来弥补每批色粉的色差,相对来说,色母对颜色的重复性明显优于色粉。
正因为色粉用于塑料制品的着色有种种局限,受到了其它着色剂的挑战,但由于生产成本相对较低,定色、配色不受量的限制,对于发展中国家的中小企业、私人企业来说,要想参与激烈的市场竞争,使用色粉有其一定的经济性,特别是一些色样单一、产量大、对着色要求不高的产品,如PVC门窗、EVA鞋底等,还是青睐于它,因而色粉着色剂无法完全退出舞台。
2.2 色母着色特点
为了克服色粉着色的种种弊端,提高塑料制品的质量,随着塑料工业的不断发展,塑料树脂种类、助剂种类、塑料制品加工设备及工艺的不断创新、突破,塑料着色的另一途径——色母粒着色已被广泛采用,色母粒着色技术也在应用与实践中不断得到提高。
所谓色母粒,即采用某种工艺与相应设备,在助剂的作用下,将颜料(或染料)混入载体,通过加热、塑化、搅拌、剪切作用,最终使颜料粉的分子与载体树脂的分子充分地结合起来,再制成与树脂颗粒相似大小的颗粒。我们将这种高浓度着色剂称为色母粒,其作用与“糖精”相似,使用时,只需在要着色的树脂中添加较小的比例(1%~4%),就能达到着色树脂的目的。
与色粉着色相比,色母粒着色有以下明显的优点:
(1)改善了由于色粉飞扬带来的环境污染问题,使用过程中换色容易,不必对挤出机料斗进行特别的清洗,倍感方便。
(2)针对性强,配色正确。由于色母制造工厂在制造过程中已针对适用树脂的性能,合理地选择了颜料(染料)、助剂、加工设备、加工工艺,对生产过程中不同批号的色粉可能带来的色差,及时进行修正、补色,出厂时再进行检验,因此,可以保证相同牌号的色母,前后两批颜色保持相对的稳定。
(3)与成批树脂干法染色造粒后再去制塑件相比,使用色母可以减少塑料制品经二次加工后所造成的树脂性能老化,有利于塑料制品使用寿命的提高。
使用色母最大的优点是:在加工过程中,颜料在助剂的作用下,色母粒经过充分混炼与载体树脂完全结合。在使用时,按一定的比例置于待加工的树脂中,色母很快地进入角色,与该树脂认“亲家”。亲和力——相容性明显优于色粉着色,因此,对于生产薄膜与纺丝制品的厂家来说,更能体会到。
当然,色母粒着色也有其局限性,由于添加量少,塑料制品的加工时间短,受挤出机螺杆长径比的限制,色母分散性往往不如色粉。多了一次制造过程,染色成本也必定高于色粉着色。色母中的载体与需着色树脂的性能有差异时,塑料制品表面常常会出现未分散点、色斑、花纹,所以,色母的使用因其相容性及分散性而受到限制。
3 通用色母和专用色母的选择
正因为色母粒着色比色粉着色有着许多的优越性,随着塑料制品加工工业的发展,特别是众多合资企业的建立及出口产品对着色要求的提高,色母粒着色逐渐占主导地位,就色母粒的适用性分类,它可分为通用色母与专用色母。
3.1 专用色母
在生产制造色母粒时,选用与欲着色树脂相同的树脂作为载体,加入高浓度的颜料(染料),在助剂的作用下,经加温、塑化、混炼、挤出造粒,制成专门适合于该种树脂的染色剂,称为专用色母。专用色母的浓度可高可低,一般添加量在1%~4%之间。
3.2 通用色母
通用色母(也有人称之为“万能色母”)与专用色母主要区别在于:通用色母虽然也用某种树脂作载体,但它可以适用于除其载体树脂之外的其它树脂的着色,因此称之为通用色母。
所谓通用色母,一般采取以下几个措施(有的制造工厂干脆不用树脂作载体,而全部用高熔点的丙烯蜡作载体):首先选用低熔点、高融体指数的树脂作为通用色母的载体,如PE或EVA;其次,色母粒中颜料粉比率尽可能的高,因此通用色母必定是高浓度色母,在注塑制品中使用量一般是1%。由于色母中不同介质载体十分少(扣除助剂因素,一般在20%左右),当它再以1%的比例稀释于欲着色的树脂中时,该塑料制品内所含的不同树脂的含量:0.2kg/100=2g/kg。为了使通用色母能与被着色的其它种类的树脂结合好(亲和性好),我们在通用色母中还采用了其它措施,如多加入特殊作用的偶联剂、延长密炼时间等,这些都有利于提高通用色母的广泛适用性。
3.3 选择原则
究竟选用何种色母为宜?是否通用色母最妥?让我们从制造工厂、经销商、用户以及经济效益、方便与否、制品效果等几方面来进行分析。
从制造工厂来讲:为了生产通用色母必须选用耐热等级较高的、适用面广的颜料,而颜料粉耐温等级到了某个程度后,每提高10℃~20℃,颜料的成本却要上升50%~100%。当用某种耐高温的颜料制成的通用色母,用于高熔点树脂着色时,是物当其用,而用于LDPE这样低熔点的树指,提高的却是剩余价值。
再例如:一些染料可以适用于abs、HIPS一些硬塑料的着色,且着色力强,不会迁移,成本低,可用它做成的色母根本不能用于聚乙烯的制品中,因为它会严重迁移,通用色母粒就无法选用它作染料。
正因为通用色母强调的是通用,它要为其它树脂着想,所以其用料就受到了限制,生产成本必定增加,销售使用成本也随之增加,但并非绝对,有时对于有些用户来说,使用通用色母的成本反而会下降,这是因为用专用色母的使用比为1∶25,而用通用色母的使用比为1∶100,则1kg通用色母可抵4kg的专用色母,制造厂生产色母加工成本费,每千克在5~10元(设备、色母质量、色母品种、管理水平不同而异)。少购3kg的色母,其加工成本就由制造厂为用户节省了,所以即使通用色母单位的售价较高,由于用量减少,折算成每吨树脂的着色费,反而比使用专用色母便宜。一些远方的经销商及用户往往欢迎通用色母,除了可节省几千元/吨的运费外,使用方便也是一个因素。一些中小企业接的订单,树脂品种多, 生产过程中需不断更换树脂,在对着色要求不十分严格的情况下,这时,购买通用色母,其广泛适用性的优点就充分显露出来了。除此以外,少进一些品种的色母,既减少了库存量,又易于销售;而站在色母制造厂的角度来说,在市场竞争激烈、订单不足的情况下,希望多生产些专用色母,不但可节约原料成本,而且可多赚些加工费。
从着色效果来分析:由于不同的树脂在着色过程中,其“吃颜色”的程度不一样,相同添加量在不同的树脂中,着色效果会不一样,有时差别还很大。如ABS、HIPS其“吃色力”就很厉害,且流动性差。此时,用通用色母就很难达到预定效果,反过来,通用色母的广泛适用性,虽然其载体树脂与被着色树脂不相容情况可以忽略,但不等于完全不存在。生产与使用通用色母的单位都有一定的压力,各个环节稍有不慎,“隐性”问题就会变成“显性”问题。
除上面所述的着色偏色外,由于添加比率小,分散性相对差些,塑料制品表面易出现花纹、色斑、色点,仍至因料种不和而引起脆皮等现象,特别是对大面积、薄壁形状又复杂的塑件更要引起注意,这时尽可能采用专用色母,且选择浓度低的色母,以增加添加量来提高其分散性(可选择1∶20、1∶10的专用色母)。
通过上面的分析比较我们可以看到,通用色母及专用色母各有千秋,但从着色效果及制品性能来说专用色母仍优于通用色母。我们建议当用户确定了自己欲着色的树脂的种类后,首选专用色母。