仿木紋塑料異型材的著色技術(shù)介紹

仿木紋塑料異型材的著色技術(shù)【摘

要】：本文通過對(PVC-U)仿木紋異型材的色母制備、型材配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝控制等幾個方面的闡述來總結(jié)歸納仿木紋塑料異型材的著色技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】：仿木紋

塑料異型材

配方

著色

生產(chǎn)工藝【Abstract】:Heterotypematerialcolormotherpreparation,sectionbarformuladesign,theproductivetechnologywaitsforthemainbodyofabooktosumuptheplasticheterotypematerialtintingtechnologysumminguplettersmodelledafteracopygraincomingseveralaspectexpoundingunderthecontrolofbyimitatinggrainfacetoface(PVC-U).【Keywords】:Material,formula,tinting,producelettersmodelledafteracopygrain,plasticheterotypehandicraft前言：隨著門窗行業(yè)的日益發(fā)展和創(chuàng)新,人們生活水平的提高，以及審美觀念的升華，塑料門窗正以多姿多彩的面孔呈現(xiàn)在人們的面前。目前彩色塑料異型材有覆膜、共擠、噴涂和通體(含木紋)這幾種生產(chǎn)方式。8月份即將出版的彩色塑料異型材標(biāo)準(zhǔn)中也分別對這幾種型材作了要求。作為通體著色是這四種塑料異型材中最簡便的一種生產(chǎn)工藝，之前也是在耐候性方面最具爭議的一種塑料異型材，但因其加工簡便，物美價廉而倍受廣大用戶的青睞。標(biāo)準(zhǔn)中四種塑料異型材的老化時間都是6000小時，也是有道理的，而且有很多廠家生產(chǎn)的通體塑料異型材的老化時間已經(jīng)達(dá)到了這一標(biāo)準(zhǔn)，這無疑是對通體彩色塑料異型材的一種肯定。雖然前面行業(yè)內(nèi)同仁有不少這方面的文章和介紹，本文好象有重復(fù)描述之嫌。這里旨在讓人們重新認(rèn)識通體型材的性能特點(diǎn)，走出以前那種“…通體型材不能應(yīng)用于建筑外窗…”的誤區(qū)。下面以仿木紋塑料異型材為例，就色母的制備、型材配方設(shè)計以及整個生產(chǎn)工藝作具體描述。一、色母粒的制備一般的型材廠很少有自己來制備色母粒，都是通過專業(yè)的生產(chǎn)色母粒的廠家來提供,這就存在以下幾個問題：㈠、載體的選用：載體的選擇一般采用型材廠家提供的成熟配方料加顏料（或染料）以及其他助劑進(jìn)行混合用錐雙或單螺桿進(jìn)行造粒。但多數(shù)色母粒廠家的設(shè)備是平行雙螺桿，其剪切熱很高，長徑比很大，用PVC料作載體進(jìn)行造粒是行不通的，那就勢必要選用其他原料作載體，這種原料必須是耐高溫高壓的，而且要跟PVC的相溶性好，例如：PMMA、SAN等（見表一）。表一

不同熱塑性塑料的可混性

標(biāo)準(zhǔn)PSHIPSSAN共聚物ABSPAPCPMMAPOMPVCPPLDPEHDPEPBT標(biāo)準(zhǔn)PS

HIPS1

SAN共聚物

6

6

ABS

6

6

1

PA

5

4

6

6

PC

6

5

2

2

6

PMMA

4

4

1

1

6

1

POM

6

6

6

5

6

6

5

PVC

6

6

2

3

6

5

1

6

PP

6

6

6

6

6

6

6

6

6

LDPE

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

HDPE

6

6

6

6

6

6

6

6

66

1

PBT

6

6

6

5

5

1

6

6

6

6

6

6

PET

5

5

6

5

5

1

6

6

6

6

6

6

6說明：可混性由1降到6，1為相溶，6為不相溶㈡、顏料的選用：在整個配方體系中，顏料的選擇是關(guān)鍵性的。1.著色劑的分類著色劑從形態(tài)上分，有液態(tài)和固態(tài)，固態(tài)又分粉末狀和顆粒狀，其都可用于(PVC-U)等熱塑性塑料和樹脂。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上分，有無機(jī)著色劑和有機(jī)著色劑。其中無機(jī)著色劑又分無機(jī)顏料和無機(jī)染料；有機(jī)著色劑又分有機(jī)顏料和有機(jī)染料。2.顏料、染料的構(gòu)成及其需要滿足的要求.從廣義上講,著色劑不溶于聚合物則定義為顏料；而著色劑溶于聚合物則定義為染料。無機(jī)染料不能用于聚合物著色。個別顏料或染料在溶于或不溶于聚合物這個問題上沒有明確的區(qū)分（見表二、三）。

表二

應(yīng)用于PVC著色的有機(jī)顏料

顏色種類色

調(diào)例（染料索引C.I.Pigment）應(yīng)用性能附

注色牢度耐遷移性著色強(qiáng)度耐光性熱穩(wěn)定性價格使用情況單偶氮黃、橙、紅黃1,黃3低差優(yōu)差差低不推薦單偶氮色淀橙、紅、紫紅紅48:2,紅53:1中好優(yōu)淡色差好中廣泛應(yīng)用雙偶氮黃、橙黃12,黃17中差優(yōu)淡色差好中通用縮合偶氮黃、橙、紅黃93,紅144高好優(yōu)較差好高通用奎諾酞酮黃、橙黃138,黃139中/高

中/高

中通用酞青藍(lán)、綠藍(lán)15,綠7最高好高優(yōu)好中通用異吲哚啉酮黃、橙、紅黃109,紅180高好一般優(yōu)好高通用喹吖啶酮紫、紅紫19,紅192較高好高優(yōu)好高通用二惡嗪紫、橙紫23,橙59高好高優(yōu)好昂貴通用蒽醌、甕黃、橙、紅、藍(lán)、紫黃108,橙43,紅197,藍(lán)64

一般高優(yōu)較好高通用硫靛、甕紅、栗、紫紅87,紅88中一般高優(yōu)較好高增塑PVC苝、苝四酸、甕紅、橙紅29,橙27高好高優(yōu)好高通用表三

應(yīng)用于PVC著色的無機(jī)顏料

顏色顏料名稱化學(xué)品種類亮度不透明性耐光性熱穩(wěn)定性抵抗同可反應(yīng)的聚合物反應(yīng)的性能耐遷移性耐酸性耐堿性耐硫化物污染性耐候性著色力經(jīng)濟(jì)性深色淺色

白

色二氧化鈦（R）OXHVHVHVHVHH-VHVHVHVHVHVHVHVH二氧化鈦（L）OXHHVHVHVHVHVHVHVHVHMHH氧化鋅OXVHLVHVHVHVLVHVLMVHMLL氧化銻OXVHVLVHVHVHVHVHHHVHHVLVL硫化鋅MSVHMVPVHVHVLVHLMVHLLL

綠色氧化鉻OXVLLVHVHVHVHVHVHVHVHVHVLL氫氧化鉻OXMTVHVHVHVHVHVHVHVHVHVLL氧化鐵黃（天然）OXVLVHVHVHL/MVLVHL-MVHVHLVLH氧化鐵黃（合成）OXVLVHVHVHHHVHVHVHVHVHLH

黃色天然黃土（赭石）OXVLVHVHVHLVLVHL-MVHVHVLVLH鉻黃MSHHMHMHHVHLLVLMLH鎘的硫化物MSHHHLHHVHLHVHVHLL鈦酸鎳MSHVHVHVHVHVHVHVHVHVHVHVLVL橙色鉬（鉻）橙MSVHVHHHVHHVHLLVLMLH硫代硒化鎘MSVHHVHMVHVHVHLHVHHLL（硫化）汞鎘MSHHVHMVHVHVHLHVHL-MLM紅色氧化鐵紅（合成）OXVLVHVHVHVHVHVHVHVHVHVHLH紫紅色硫代硒化鎘和硒化鎘MSHHVHMVHVHVHLHVHVHLL硫代硒化汞和硒化汞MSHHHL-MVHVHVHLHVHMHLM礦物紫MSMHMHMVHVHVHHLVHLVLVL藍(lán)群青藍(lán)MSVHMHRVHVLVHVLVHVHVLVLL鈷藍(lán)MSMLVHVHVHVHVHVHVHVHVHVLVL棕黃氧化鐵棕OXVLHVHVHHHVHHVHVHVHLVH煅黃土OXLTVHVHHHVHVHVHVHVHLVH黑炭黑，槽黑，爐黑，燈黑EVLVHVHVHVHVHVHVHVHVHVHVHVH骨黑EVLLRRRVLVHVHVHVHLLL氧化鐵黑OXVLVLVHVHHHVHHVHVHHVLH注：H，高；L，低；M，中等的，適當(dāng)?shù)?；V，很；T，透明的；R，在PVC中有活性；OX，氧化物；MS，金屬鹽；E，元素。大多數(shù)的無機(jī)顏料是由金屬氧化物經(jīng)高溫煅燒固相反應(yīng)的產(chǎn)物或者純金屬,溫度可耐700～900℃。有機(jī)顏料則是由偶氮類或非偶氮類物質(zhì)組成,非偶氮類又稱雜環(huán)顏料。2.1.對顏料的要求：(1).高遮蓋力；(2).良好的分散性；(3).優(yōu)良的熱穩(wěn)定性；(4).高著色力；(5).良好的耐光牢度和耐候性；(6).無遷移性；(7).無毒。有機(jī)顏料的著色力和色彩的明亮度比無機(jī)顏料高,無機(jī)顏料通常有些暗淡；有機(jī)顏料的分散性不是很好,而無機(jī)顏料的分散性卻較好；有機(jī)顏料能部分相溶于聚合物樹脂,而無機(jī)顏料則完全不溶；有機(jī)顏料的耐熱性和耐光牢度有限,有時很低,而無機(jī)顏料則表現(xiàn)為很好。2.2.對染料的要求：(1).高熱穩(wěn)定性；(2).高著色力；(3).良好的耐光牢度和耐候性；(4).可溶性好；(5).無升華(揮發(fā))；(6).無遷移性；(7).無毒染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)跟有機(jī)顏料非常相似,染料的耐熱性取決于它在聚合物樹脂中的濃度,其耐熱性通常高于相似化學(xué)結(jié)構(gòu)的顏料,但用染料著色的聚合物戶外應(yīng)用大多存在顏色遷移現(xiàn)象。3.應(yīng)用于(PVC-U)聚氯乙烯塑料異型材的著色劑需具備的特性3.1.化學(xué)穩(wěn)定性與國際標(biāo)準(zhǔn)一樣,著色劑的供應(yīng)商首先要檢測顏料的耐酸(HCl、H2SO4、HNO3)性,耐堿(NaOH、NaCO3)性以及染料的耐過氧化性。PVC樹脂包括具有CH2CHCl重復(fù)單元的均聚物和含有若干不飽和單體的聚氯乙烯共聚物.PVC的玻璃化溫度為80℃,分解溫度140℃,加工溫度160℃～200℃。雖然配方中添加穩(wěn)定劑等各種助劑來減緩或阻止PVC的分解化過程,但在混料和擠出時還是有一部分HCl氣體和水分揮發(fā),會與著色劑中的個別顏料或染料產(chǎn)生反應(yīng)造成變色現(xiàn)象。3.2．耐遷移性（1）噴霜。塑料制品溶解的顏料或染料從制品內(nèi)部遷移至表面，并重新結(jié)晶的現(xiàn)象稱為噴霜。根據(jù)定義，顏料是完全不溶于塑料的，只有染料才能溶于塑料發(fā)生噴霜現(xiàn)象。而實(shí)際上有機(jī)顏料也能部分溶于塑料，因此也會出現(xiàn)噴霜。（2）滲色。兩種方式發(fā)生：一種方式是當(dāng)塑料制品中含有增塑劑時，由于許多有機(jī)顏料可部分溶于增塑劑，因此可以觀察到滲色現(xiàn)象。但是，門窗用（PVC-U）塑料異型材都是未經(jīng)增塑的，所以不會出現(xiàn)滲色現(xiàn)象。另一種方式是塑料制品本身不含增塑劑，但會與溶劑或含增塑劑的塑料接觸，溶劑或增塑劑會部分溶解表層的有機(jī)顏料或染料，產(chǎn)生滲色。3.3．熱穩(wěn)定性

著色劑的熱穩(wěn)定性取決于：（1）著色劑的化學(xué)性質(zhì)；（2）晶體結(jié)構(gòu)；（3）著色劑在塑料材料中的有效濃度；（4）混料工藝，擠出工藝。如：溫度參數(shù)和停留時間；（5）添加劑的影響。如：填料、穩(wěn)定劑等煅燒型無機(jī)顏料的熱穩(wěn)定性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料材料本身的熱穩(wěn)定性，一般在700～900℃之間。熱穩(wěn)定性還取決于著色劑在塑料中的有效濃度，有機(jī)顏料的熱穩(wěn)定性隨顏料濃度的減少而降低。著色劑中有可能含有填料、增塑劑、分散劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑等，所有這些組分都是非化學(xué)惰性的，它們中的任何一種都會影響到著色劑和塑料的熱穩(wěn)定性。任何聚合物樹脂（有機(jī)物質(zhì)）的退色過程，實(shí)際上是溫度乘以停留時間的函數(shù)。熱混時間和物料在擠出機(jī)料筒中的停留時間都會對顏色造成影響。還有，熱流道結(jié)構(gòu)中的不良設(shè)計是引起退色的主要原因，壓縮比的大小，會引起難以計算和控制的摩擦熱，過高的溫度會導(dǎo)致有機(jī)著色劑和塑料本身的熱損傷。比如螺桿間隙，剪切能力和模具（口模）流道的設(shè)計等。3.4．耐光牢度/耐候性材料耐光牢度的定義是：給定顏料（或染料）與聚合物體系暴露于日光中保持其初始顏色值的能量。耐候性的定義是：太陽輻射與大氣條件同時或交替作用于材料上時產(chǎn)生的影響，這些條件有濕度（雨水）、大氣中的氧及工業(yè)廢氣。簡而言之，耐候性就是耐光牢度加濕度，因?yàn)闈穸韧ǔＪ亲钪匾拇髿鈪?shù)，耐光牢度及耐候性對所處氣候具有很強(qiáng)的依賴性，氣候隨地域不同差別很大。如我國的新疆和深圳的紫外線輻射指數(shù)很高，化工城市的酸雨幾率很大等。除了幾種無機(jī)顏料之外，其他的著色劑都會由于輻射使色光發(fā)生一些變化。光和氣候（濕度）的綜合影響對有機(jī)顏料（或染料）和聚合物損傷更快。有的有機(jī)著色劑有很好的耐光牢度，但耐候性卻不夠好。有兩種方法可以測定耐光牢度/耐候性：（1）潮濕或干燥條件下，在戶外試驗(yàn)場進(jìn)行自然輻射。（2）潮濕或干燥條件下，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工輻射。（模擬戶外氣候條件）耐光牢度及耐候性取決于：（1）著色劑的化學(xué)性質(zhì)；（2）晶型改變（有機(jī)顏料）；（3）著色劑濃度（有機(jī)顏料或染料）；（4）添加劑，如：填料、穩(wěn)定劑、阻燃劑等；（5）加工參數(shù)，如：混料、擠出；（6）輻射強(qiáng)度和持續(xù)時間；（7）溫度影響；（8）所處環(huán)境的大氣條件。大多數(shù)無機(jī)顏料的耐光牢度/耐候性是非常優(yōu)異的，能達(dá)到7～8級。耐光牢度對著色劑濃度（飽和度）的依賴性極為簡單，在高濃度的情況下，當(dāng)許多單個分子的顯色作用被破壞或因光的影響未被著色時，在視覺上并不產(chǎn)生明顯的色差。但在濃度低時，每個單分子的破壞都會造成總的顯色分子的減少，因而就會在視覺上引起較為明顯的色差。塑料異型材用著色劑的添加份數(shù)一般在2.0%—3.0%之間，低于2.0%是不合理的。從分散性角度考慮，并不是只要達(dá)到樣板顏色，添加份數(shù)越少越好（有些人從降低成本方面考慮）。3.5.木紋色種類木紋型材常見的有櫻桃木和胡桃木等兩三種，生產(chǎn)每種型材一般都有兩種色母粒按比例組合與原料混合擠出而成，色母粒一種是基色，一種是紋色。櫻桃木由黃橙色為基色，紫紅色或棕色為紋色；胡桃木由棕色為基色，黑色為紋色?；图y色的配比一般為4：1。㈢、樣板的確定：首先有型材廠家根據(jù)用戶的要求向色母粒供應(yīng)商提供樣板或色卡，色母粒供應(yīng)商根據(jù)樣板的顏色配色打板返回到型材廠家進(jìn)行確認(rèn)，這是一個漫長的過程，有的甚至要試驗(yàn)4、5次才能對上板,直到用戶滿意。㈣、造粒：首先要將配好的顏色以及載體和其他助劑按比例配好后混合經(jīng)平雙或單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒?；图y色要單獨(dú)進(jìn)行，只是在型材配方中再按比例填加。這里需要說明的是,基色和紋色在色母粒的制造過程中首先要遵循基色能提前塑化且分散性好。紋色延遲塑化且分散性差的原則來進(jìn)行配方組合。這就要在載體選擇和潤滑劑應(yīng)用上作適當(dāng)調(diào)整。二、塑料異型材配方的組成及對著色后耐候性的影響塑料異型材配方由PVC樹脂、穩(wěn)定劑、加工助劑、抗沖改性劑、填料、潤滑劑、紫外線吸收劑、抗氧劑，還有防靜電劑、防菌劑等多種組分按科學(xué)的配比混合而成。在仿木紋塑料異型材配方體系里，在不含鈦白粉、熒光增白劑、群青的基礎(chǔ)上增加了著色劑。其中有多種添加劑在著色劑制備過程中也要添加。各種組分對顏色的影響：（1）PVC樹脂。加工塑料異型材一般用聚合度1000（SG5型），K值在66～68之間的硬型樹脂。雖然樹脂供應(yīng)商的牌號和生產(chǎn)工藝各有不同，但一般型材廠家的樹脂選用是固定的，不會隨意更改。但用乙炔法生產(chǎn)的樹脂存在批次不穩(wěn)定因素，如若選用最好采用同一批次。而且，著色劑是由載體、色劑和添加劑三部分組成的，著色劑與PVC樹脂有某種程度的不相溶性，因此選擇著色劑的載體時，應(yīng)與要被著色的樹脂為同一類型，反之亦然。（2）穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑對塑料制品的耐光牢度和耐候性有積極的影響，穩(wěn)定劑分：熱穩(wěn)定劑和光穩(wěn)定劑。同理不只型材配方中要添加此類助劑，著色劑本身也要添加，而且最好與型材配方中的型號、批次、生產(chǎn)廠商一致。分析調(diào)查表明，是多種影響的共同作用造成樹脂老化，耐候性取決于包括著色劑和聚合物在內(nèi)的整個體系。因此，聚合物必須使用可以抵抗光、熱和大氣中氧的高效穩(wěn)定劑，因?yàn)檫@些穩(wěn)定劑可以抵御聚合物長期暴露在大氣中環(huán)境對它造成的損害。熱穩(wěn)定劑可以保護(hù)聚合物在加工過程中以及后期免受熱損傷；光穩(wěn)定劑可以減少光和大氣中的氧對聚合物的損害。光穩(wěn)定劑是一種用于提高聚合物和著色聚合物耐光牢度及耐候性的穩(wěn)定劑，更為常見的情況是將光穩(wěn)定劑加入到著色劑當(dāng)中。熱穩(wěn)定劑有：鉛鹽穩(wěn)定劑、復(fù)合鉛穩(wěn)定劑、稀土穩(wěn)定劑、有機(jī)錫穩(wěn)定劑、鈣鋅穩(wěn)定劑等，根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成，通體彩色塑料異型材最好選用稀土和鈣鋅穩(wěn)定劑，深色也可采用復(fù)合鉛或鉛鹽穩(wěn)定劑，盡量不要采用有機(jī)錫穩(wěn)定劑。（3）抗氧化劑?？寡趸瘎酆衔锏纳珴捎辛己玫谋Ｗo(hù)作用，一般主輔抗氧化劑搭配使用有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗氧性。目前在塑料行業(yè)應(yīng)用最好的是瑞士汽巴公司生產(chǎn)的1010，一般與ETHAPHOS368，BTHANOX310或DLTP等配合使用能發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，用量一般在0.3—1.0%之間。（4）紫外線吸收劑。在聚合物中添加紫外線吸收劑可降低陽光對聚合物樹脂的損害，但不能完全避免這種損害。實(shí)驗(yàn)表明，添加紫外線吸收劑不能保護(hù)聚合物的表面，因?yàn)樗紫仍诰酆衔飪?nèi)部起作用，因此添加紫外線吸收劑的目的是在聚合物鏈反應(yīng)開始之前使自由基失去活性。常用的型號有UV-9、UV-531、UV-35、UV-327等，而在塑料異型材中更為常用的是UV-531。且紫外線吸收劑與受阻胺（HALS）結(jié)合使用有化學(xué)協(xié)同效應(yīng)。（5）配方中外潤滑劑的選用也非常關(guān)鍵，好的潤滑劑會賦予塑料異型材高品質(zhì)的光潔度。一般選用PE、OPE、EBS等。盡量不用石蠟，石蠟擠出時的嚴(yán)重析出會縮短清模時間，影響制品光潔度，且嚴(yán)重時會直接影響型材的物理性能。（6）仿木紋塑料異型材在戶外經(jīng)長時間氣候影響后會產(chǎn)生粉化和析出現(xiàn)象也會造成顏色產(chǎn)生變化，這就要求選擇好填料的種類和控制好添加份數(shù),一般的CaCO3的填加量在5-8份。之前的木紋型材變色除個別廠家采用耐候性差的有機(jī)染料外，最主要的原因是CaCO3填加量太大，型材產(chǎn)生粉化和析出現(xiàn)象造成的。（7）在塑料異型材加工過程中，樹脂在粉末狀態(tài)下流動都會產(chǎn)生靜電，加入抗靜電劑能避免粉料在輸送和喂料時由靜電引起的架橋現(xiàn)象。建議在用鐵、鈷、鎳等的金屬氧化物來著色的母粒時,去掉從色母加入到擠出各環(huán)節(jié)的磁力架,以免色母被吸附不能流動,比如說氧化鐵紅。在配方中添加著色劑生產(chǎn)同一種仿木紋彩色塑料異型材時，型材配方是不變的，試驗(yàn)表明任何一種助劑的切換都會對顏色造成影響，特別是穩(wěn)定劑或碳酸鈣切換后造成的型材制品色差很大。三、木紋型材的生產(chǎn)工藝除了助劑的影響之外，顏色還受混料工藝（混料溫度和時間）、擠出工藝（擠出溫度，速度和壓力）及冷卻速率的影響。在仿木紋塑料異型材的生產(chǎn)過程中，擠出工藝是一個關(guān)鍵的因素，因?yàn)樗苯邮苋藶橐蛩赜绊懙某潭容^大。所以要遵循“定人”、“定機(jī)”、“定模具