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1、着色剂在(PVC-U)聚氯乙烯门窗用塑料异型材中的应用 通体彩色塑料异型材的加工条件 寿光新龙电化集团新型塑料建材有限公司 王 耀 【摘 要】：本文通过对着色剂的分类、颜色的构成、颜料、染料、塑料异型材配方组合。来对(PVC-U)通体彩色塑料异型材加工过程中造成型材退色、迁移、析出、粉化等的原因,以及型材的耐光牢度、耐候性方面的控制要点作综合阐述.。【关键词】：着色剂、颜料、染料、通体彩色塑料异型材、耐候性、加工条件.【Abstract】：This artsticle through treats the stain classification，thecolor constitution，t
2、he pigment，the dye，the plastic different molding formula component is coming to （PVC-U）in the colored plasticdifferent molding processing process to create the molding to fade allover the body，the migration ，separates out，the pulverization and soonthe reason，as well as molding light-fast fastness，be
3、ars theperiod of five days as pect the control main point to make thesynthesis elaboration。【Key word】：The stain，the pigment，the dye，the colored plasticdifferent molding，is bearing the period of five days all over the body，the processing condition。门窗的彩色化是门窗发展的必然趋势,彩色塑料门窗取代彩色铝合金门窗也只是一个发展过程。但是，彩色塑料异型材必
4、须解决的一个难题是户外应用的老化问题,即：耐光牢度、耐候性、色彩迁移和退色等问题。本文所描述的通体彩色塑料异型材，是指在PVC干混合料中直接加入色粉(或色母)混合后挤出的塑料异型材,所应用的着色剂是与PVC干混料充分搅拌均匀,甚至部分相溶合,所以其耐候性也就受到型材配方组合的影响,也因此受到质疑。2006年1月1日发布实施的JG/180-2005和JG/140-2005标准中,对未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门、窗提出了明确的要求,通体着色塑料异型材不适宜用于建筑外门、窗。然而，国内通体彩色塑料异型材的需求由于其物美价廉的特点，颇受客户青睐得已迅猛增长,诚然,其户外应用是否切实可行还有待于实
5、践验证,笔者不敢贸然推断其结论。本文旨在针对塑料异材加工中的控制要点及其耐候性和老化程度方面的加强措施作分析描述,以期通体彩色塑料异型材尽最大可能地应用于建筑外门、窗,来满足市场不同客户的需求。一、 着色剂的分类着色剂从形态上分,有液态和固态,固态又分粉末状和颗粒状,其都可用于(PVC-U)等热塑性塑料和树脂.从化学结构上分,有无机着色剂和有机着色剂,其中无机着色剂又分无机颜料和无机染料；有机着色剂又分有机颜料和有机染料。二、 颜料、染料的构成及其需要满足的要求.从广义上讲,着色剂不溶于聚合物则定义为颜料；而着色剂溶于聚合物则定义为染料。无机染料不能用于聚合物着色。个别颜料或染料在溶于或不溶于
6、聚合物这个问题上没有明确的区分。大多数的无机颜料是由金属氧化物经高温煅烧固相反应的产物或者纯金属,温度可耐700900。有机颜料则是由偶氮类或非偶氮类物质组成,非偶氮类又称杂环颜料。(一).对颜料的要求：(1).高遮盖力(2).良好的分散性(3).优良的热稳定性(4).高着色力(5).良好的耐光牢度和耐候性(6).无迁移性(7).无毒有机颜料的着色力和色彩的明亮度比无机颜料高,无机颜料通常有些暗淡；有机颜料的分散性不是很好,而无机颜料的分散性却较好；有机颜料能部分相溶于聚合物树脂,而无机颜料则完全不溶；有机颜料的耐热性和耐光牢度有限,有时很低,而无机颜料则表现为很好。(二).对染料的要求：(1
7、).高热稳定性(2).高着色力(3).良好的耐光牢度和耐候性(4).可溶性好(5).无升华(挥发)(6).无迁移性(7).无毒染料的化学结构跟有机颜料非常相似,染料的耐热性取决于它在聚合物树脂中的浓度,其耐热性通常高于相似化学结构的颜料,但用染料着色的聚合物户外应用大多存在颜色迁移现象。(三).应用于(PVC-U)聚氯乙烯塑料异型材的着色剂需具备的特性1.化学稳定性与国际标准一样,着色剂的供应商首先要检测颜料的耐酸(HCl、H2SO4、HNO3)性,耐碱(NaOH、NaCO3)性以及染料的耐过氧化性。PVC树脂包括具有CH2CHCl重复单元的均聚物和含有若干不饱和单体的聚氯乙烯共聚物.PVC的
8、玻璃化温度为80,分解温度140,加工温度160200。虽然配方中添加稳定剂等各种助剂来减缓或阻止PVC的分解化过程,但在混料和挤出时还是有一部分HCl气体和水分挥发,会与着色剂中的个别颜料或染料产生反应造成变色现象。我们在对墨绿色型材试样时,出现的问题足以证明这一点:取一定量提前混好放至室温的空白料(不含钛白粉、荧光增白剂、群青等影响颜色的助剂)，按比例添加墨绿色母(造粒后又磨粉处理的),机械搅拌均匀,通过挤出成型,制得型材样板1。同份量的型材配方料经高温混合，在热混放料前30s内将色母投入热混锅搅拌并经冷混降温至40或室温,通过挤出成型,制得样板2。结果发现：样板2比样板1颜色明显变深,且
9、样板2比样板1颜色略黄,甚至色相不一致.经分析,有三种原因:色母经热混锅加入,虽然时间很短,但从热混120(左右)降至40(或室温)要经过35min的时间,可能色母中有一种颜料或染料受温度影响产生色变.(对于着色剂的热稳定性下一节单独描述).经过高温搅拌,一是混合比较均匀,二是色母中如用有机颜料或染料,则部分溶于PVC树脂或其他助剂中,增强了其着色力,加深了其浓度,造成样板颜色变深。这也说明色母中含有机颜料或有机染料的可能性比较大。在经热混时，色母中的个别颜料或染料与热混产生的HCl气体和水分产生化学反应导致色变。那么这就要求：一是加强着色剂本身的选料，二是制定样板时最好要经热混的物料挤出的型
10、材为准，这样会比较真实。这里有两个问题：如将样板1粉碎，重新挤出成型，那么得到的样板3与样板2颜色基本一致。样板2粉碎后重新挤出的颜色就没有什么变化。之所以做这项测试的目的是为了开、停机废料和门窗下脚料的回收转化再利用。 2耐迁移性（1）喷霜。塑料制品溶解的颜料或染料从制品内部迁移至表面，并重新结晶的现象称为喷霜。根据定义，颜料是完全不溶于塑料的，只有染料才能溶于塑料发生喷霜现象。而实际上有机颜料也能部分溶于塑料，因此也会出现喷霜。（2）渗色。两种方式发生：一种方式是当塑料制品中含有增塑剂时，由于许多有机颜料可部分溶于增塑剂，因此可以观察到渗色现象。但是，门窗用（PVC-U）塑料异型材都是未经
11、增塑的，所以不会出现渗色现象。另一种方式是塑料制品本身不含增塑剂，但会与溶剂或含增塑剂的塑料接触，溶剂或增塑剂会部分溶解表层的有机颜料或染料，产生渗色。3热稳定性 着色剂的热稳定性取决于：（1）着色剂的化学性质（2）晶体结构（3）着色剂在塑料材料中的有效浓度（4）混料工艺，挤出工艺。如：温度参数和停留时间（5）添加剂的影响。如：填料、稳定剂等煅烧型无机颜料的热稳定性，远远高于塑料材料本身的热稳定性，一般在700900之间。热稳定性还取决于着色剂在塑料中的有效浓度，有机颜料的热稳定性随颜料浓度的减少而降低。着色剂中有可能含有填料、增塑剂、分散剂、稳定剂、抗氧化剂等，所有这些组分都是非化学惰性的，
12、它们中的任何一种都会影响到着色剂和塑料的热稳定性。任何聚合物树脂（有机物质）的退色过程，实际上是温度乘以停留时间的函数。热混时间和物料在挤出机料筒中的停留时间都会对颜色造成影响。还有，热流道结构中的不良设计是引起退色的主要原因，压缩比的大小，会引起难以计算和控制的摩擦热，过高的温度会导致有机着色剂和塑料本身的热损伤。比如螺杆间隙，剪切能力和模具（口模）流道的设计等。4耐光牢度/耐候性材料耐光牢度的定义是：给定颜料（或染料）与聚合物体系暴露于日光中保持其初始颜色值的能量。耐候性的定义是：太阳辐射与大气条件同时或交替作用于材料上时产生的影响，这些条件有湿度（雨水）、大气中的氧及工业废气。简而言之，
13、耐候性就是耐光牢度加湿度，因为湿度通常是最重要的大气参数，耐光牢度及耐候性对所处气候具有很强的依赖性，气候随地域不同差别很大。如我国的新疆和深圳的紫外线辐射指数很高，化工城市的酸雨几率很大等。除了几种无机颜料之外，其他的着色剂都会由于辐射使色光发生一些变化。光和气候（湿度）的综合影响对有机颜料（或染料）和聚合物损伤更快。有的有机着色剂有很好的耐光牢度，但耐候性却不够好。有两种方法可以测定耐光牢度/耐候性：（1）潮湿或干燥条件下，在户外试验场进行自然辐射。（2）潮湿或干燥条件下，在实验室进行人工辐射。（模拟户外气候条件）耐光牢度及耐候性取决于：（1）着色剂的化学性质（2）晶型改变（有机颜料）（3
14、）着色剂浓度（有机颜料或染料）（4）添加剂，如：填料、稳定剂、阻燃剂等（5）加工参数，如：混料、挤出（6）辐射强度和持续时间（7）温度影响（8）所处环境的大气条件大多数无机颜料的耐光牢度/耐候性是非常优异的，能达到78级。耐光牢度对着色剂浓度（饱和度）的依赖性极为简单，在高浓度的情况下，当许多单个分子的显色作用被破坏或因光的影响未被着色时，在视觉上并不产生明显的色差。但在浓度低时，每个单分子的破坏都会造成总的显色分子的减少，因而就会在视觉上引起较为明显的色差。塑料异型材用着色剂的添加份数一般在2.0%3.0%之间，低于2.0%是不合理的。从分散性角度考虑，并不是只要达到样板颜色，添加份数越少越
15、好（有些人从降低成本方面考虑）。三、塑料异型材配方的组成及对着色剂的影响塑料异型材配方由PVC树脂、稳定剂、加工助剂、抗冲改性剂、填料、润滑剂、紫外线吸收剂、抗氧剂，还有防静电剂、防菌剂等多种组分按科学的配比混合而成。在通体彩色塑料异型材配方体系里，在不含钛白粉、荧光增白剂、群青的基础上增加了着色剂。其中有多种添加剂在着色剂制备过程中也要添加。各种组分对颜色的影响：（1）PVC树脂。加工塑料异型材一般用聚合度1000（SG5型），K值在6668之间的硬型树脂。虽然树脂供应商的牌号和生产工艺各有不同，但一般型材厂家的树脂选用是固定的，不会随意更改。但用乙炔法生产的树脂存在批次不稳定因素，如若选用最好采用同一批次。而且，着色剂是由载体、色剂和添加剂三部分组成的，着色剂与PVC树脂有某种程度的不相溶性，因此选择着色剂的载体时，应与要被着色的树脂为同一类型，反之亦然。（2）稳定剂。稳定剂对塑料制品的耐光牢度和耐候性有积极的影响，稳定剂分：热稳定剂和光稳定剂。同理不只型材配方中要添加此类助剂，着色剂
