塑料着色是个系统工程,颜料选择从应用对象出发,从应用配方配伍综合拷量,才能满足应用工艺,应用场所种种要求。
所以着色剂选择仅仅关注色彩表征是远远不够的:
需要关注色彩表征——满足客户产品需求;
需要关注性能表征:耐热性,分散性——满足色母粒加工需求;
关注性能表征:耐迁移性,耐光性和耐侯性,收缩与翘曲,耐酸,耐碱,耐溶剂性,耐化学药品性——满足应用场所种种要求。
众所周知,着色剂的各项性能除了与其化学结构密切相关外,还与其晶型,粒径大小,粒子分布有关,也与使用浓度,使用条件有关,还与塑料树脂类型及塑料添加剂有关,所以着色剂选择原则需从着色整个系统工程出发。
不同着色剂剂型的特性和用途

图解无机颜料品种和性能
无机颜料组成通常是金属的氧化物,硫化物、和金属盐类以及炭黑,从颜色、化学组成和色彩构成等方面考虑进行分类。无机颜料大致可分为消色,彩色,效果类三大类,见表1-2。
表1-2无机颜料分类表

消色颜料包括白色、黑色颜料,它们仅表现出反射光量的不同(全部散射或全部吸收见表),即亮度的不同,其组成如表1-3。
表1-3 主要消色无机颜料组成

彩色颜料则能对一定波长的光,有选择地加以吸收,把其余波长的光反射出来而呈现各种不同的色彩其组成如表1-4。
表1-4 主要彩色无机颜料组成

效果无机颜料是颜料表面不同反射光学效应,从而产生的不同效果见表表1-5:
表1-5 主要效果无机颜料组成

我们把无机颜料按金属的氧化物,硫化物、和金属盐类以及炭黑以及效果颜料归成一张图(见图1-2),无机颜料品种,组成,色泽就一览无遗了。
图1-2 无机颜料品种和组成

图左边有金属铬酸盐系无机铬系颜料(铬黄和钼铬红),金属硫化盐系无机镉系颜料(镉黄,镉红),硫化锌(白色颜料最白的品种),还有硫化铈(铈红,铈橙可用于尼龙玻纤增强塑料着色),还有其延伸的群青系(在钠铝晶格中内捕获并稳定多硫化物的自由基而形成的钠盐群青蓝,群青紫)。
图中间是金属氧化物有用量最大的二氧化钛白色颜料,氧化铁颜料系列颜料(氧化铁黄,氧化铁红,氧化铁棕,氧化铁黑),氧化铬系列颜料(氧化铬绿)以及在金属氧化物的晶格中掺杂一种或几种金属离子在其它而形成的掺杂晶体导致入射光的特殊干扰复合无机颜料(钛黄,钛紫,钴蓝,钴绿,锰紫)。
图最右边是效果无机颜料,主要品种有金属系列颜料(主要在平的和平行的金属颜料粒子上发生的镜面反射的片状铝粉,铜粉), 珠光系列颜料(发生在高度折射的平行的颜料小片状体上的镜面反射 云母钛珠光粉) ,干涉色颜料(全部或主要因干涉现象而造成的有色闪光颜料的光学效应 云母氧化铁珠光粉),随角异色颜料(发生在双折射晶体光线偏振云母二氧化硅氧化铁)。
炭黑由碳组成,尽管碳是有机化学的主要成份之一,但按德国标准《着色剂.按色度和化学特性分类》DIN 55944的规定,炭黑仍被归为无机颜料类。而且是无机颜料中一个非常重要品种。
图解有机颜料品种和性能
塑料着色用的有机颜料品种和性能可以从化学结构分类着手,其理由是化学结构相同的系列颜料,其耐光牢度、耐候性和耐热性等性质十分相似,在一定程度上预示了颜料的典型性质。
有机颜料可以分成三大类,偶氮类和酞菁类和杂环及稠环酮类颜料,这三类颜料都可根据结构特点做进一步细分。
偶氮颜料中根据偶氮基的数量可分为单偶氮金属色颜料其品种和性能见表1-5。
表1-5 单偶氮金属色颜料品种和性能

单偶氮萘酚类红色色淀颜料其品种和性能见表1-6。
表1-6单偶氮萘酚类红色色淀颜料品种和性能

单偶氮色酚类颜料其品种和性能见表1-7。
表1-7 单偶氮色酚类红色颜料品种和性能

单偶氮色淀红颜料其品种和性能见表1-8。
表1-8单偶氮色淀红颜料品种和性能

双氯联苯胺双偶氮颜料其品种和性能见表1-9。
表1-9 双氯联苯胺黄橙双偶氮颜料品种和性能

为了改进经典偶氮颜料应用性能,通过酰胺基链接两个单偶氮颜料,合成了分子量较高缩合偶氮颜料 ,所以我们把缩合偶氮颜料也称为大分子颜料,大大提高了应用性能其品种和性能(见表1-10)。
表1-10缩合偶氮颜料品种和性能

另外除了增加颜料分子量外,苯并咪唑酮系偶氮颜料在分子上引入含环状酰胺基特定基团以降低分子溶解度,也大大改进颜料耐热性和耐侯性和迁移性。
其品种和性能(见表1-11)这两类颜料具有优异的耐热,耐光和耐候性、和耐化学试剂稳定性。
表1-11苯并咪唑酮单偶氮颜料品种和性能

酞菁颜料主要是蓝绿品种,蓝色铜酞菁颜料具有同质多晶性,即同一化合物具有生成多种不同结构晶体的能力见表1-12。晶型影响其应用性能,如着色力,色光等,不同绿色卤代铜酞菁颜料着色力和色光不同。
表1-12 酞菁颜料品种和性能

杂环及稠环酮类颜料,该类颜料包含喹吖啶酮类颜料见表1-13。二噁嗪类颜料见表1-14,异吲哚啉酮类颜料见表1-15,异吲哚啉类颜料见表1-16,苝系类颜料表1-17,吡咯并吡咯二酮类(DPP)颜料见表1-18,蒽醌和蒽醌酮类颜料见表1-19,喹酞酮类颜料见表1-20,金属络合类颜料见表1-21。
表1-13喹吖啶酮类颜料品种和性能

表1-14二噁嗪类颜料品种和性能

表1-15异吲哚啉酮类颜料品种和性能

表1-16异吲哚啉类颜料品种和性能

表1-17苝系类颜料品种和性能

表1-18吡咯并吡咯二酮类(DPP)颜料品种和性能

表1-19蒽醌和蒽醌酮类颜料品种和性能

表1-20 喹酞酮类颜料品种和性能

表1-21 金属络合类颜料品种和性能

表1-22 塑料着色有机颜料十七类品种色区范围

从表1-5到表1-21共列了塑料着色用有机颜料17大类品种,每一大类品种其色区范围见表1-22,其中苯并咪唑酮单偶氮颜料品种色区范围跨越最大,从绿光黄到红色,紫色,棕色都有品种。
我们从应用性能,应用特征和生命周期,应用工艺进行综合定义,拟将有机颜料十七大类品种划分成经典颜料,中档颜料,中高档颜料和高性能颜料四大类颜料,四类颜料划分主要特征和应用范围(详见表1-23)
表1-23四类颜料在塑料上应用特征性能和应用范围

我们将有机颜料十七类品种按表1-5到表1-21中表所列性能,按表1-23分类要求,一一对应将17个产品系列列成对应性能如表1-24。
其中有些类别品种中有些品种性能特别突出,例如单偶氮金属色淀颜料系列颜料黄191,颜料黄191:1,颜料黄183其耐热性能相对于一般偶氮颜料而言特别优异,无论浅色和深色均能达280-300℃,但其它性能一般如着色力偏低,耐水性差之缺点,所以在列在两个系列,并以表示,表示在某些应用性能指标有缺陷。
表1-24 塑料着色用有机颜料
17个产品系列对应其性能
注:○符合要求 ▲在某些应用性能标有缺陷
这样我们把纵坐标为色调值,按色调值按有色光的波长大小,从红色(640—780nm)开始,划为黄光红,中红,桃红,橙,绿光黄,中黄,红光黄,绿色,蓝色,到紫色(470—380nm)为止。
把横坐标为性能类别,价格高低和产量大小,构建了有机颜料分类,结构,色调,性能图。并把每个系列中颜料索引号列上,这样从图中就一目了然对塑料着色用有机颜料的品种和性能有个初步的了解见图1-3。
图1-3 有机颜料品种性能价格产量图

从图1-3中可看到,在图的左边经典颜料一类中,有双偶氮,β类萘酚色淀红,2B色淀红系列颜料。这些颜料以传统偶氮颜料为主体,以优异的色彩性能和加工性能、相对低廉的价格为特征深受客户青睐,几乎是年产量万吨大系列品种,但因其结构等因素,在耐热性,耐光性,耐迁移性等方面存在种种缺陷,特别在浅色着色时其差距更大。当然其价格也是经济的。
在图的右边高性能颜料一类中,可看到喹吖啶酮类,异吲哚啉酮类,吡咯并吡咯二酮类(DPP),苝系类和芘酮类颜料靠最右边,无异是性能最好的,高性能有机颜料以良好的色彩性能和加工性能、以及优异的耐受性能,应用性能而立足。形成年产量几百吨到几千吨品种。当然其价格也是最高的。
在图的中间我们列了中档颜料和中高档颜料二类中,其中苯并咪唑酮系颜料和异吲哚啉颜料系列颜料列为中档颜料,列于中间偏左,这些颜料性能和价格介于经典颜料和高性能颜料中间,特别苯并咪唑酮系列颜料属于性能不错,价格不贵的系列,性价比高,也是年产量几千吨大品种。我们把偶氮缩合,蒽醌,二噁嗪,喹酞酮颜料列为中高档颜料,要靠中偏右些,是因为这些颜料综合性能相对略低一些,或它们在某项性能指标上有缺陷。
从图中可以看到是横跨经典,中档颜料和高性能颜料唯一的例外酞菁系蓝绿颜料,之所以这样排列酞菁系蓝绿颜料综合性能优异的品种,是年产量十万吨大系列品种,但价格经济,绝对称得上性价比最好的蓝绿颜料。
通过上述简单叙述你就可从图中了解颜料结构可能所对应性能和价格。
更详细的内容建议可读笔者以前写的《塑料着色剂——品种,性能,应用》第四章塑料着色用有机颜料的主要品种和性能和《塑料配色——理论与实践》第三章塑料着色用有机颜料定位所写的内容。
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