塑料色母粒用立德粉的有機(jī)表面處理方案(doc 6頁).docx

1、塑料色母粒用立德粉的有機(jī)表面處理綜述道奇威（成都）科技有限公司粉體事業(yè)部 彭宗凱 （611139）1.前言隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速增長和居民收入顯著提高，房地產(chǎn)市場也呈爆炸式增長，另外，為了拉動內(nèi)需，國家基礎(chǔ)建設(shè)項目連續(xù)開建，導(dǎo)致對塑料建材（塑料水管，穿線管，塑鋼門窗，塑料片材，塑料薄膜等）的需求也急劇增加。塑料色母粒是現(xiàn)代塑料制品加工中不可或缺的顏料產(chǎn)品。作為塑料色母粒主要顏料的鈦白粉和立德粉也因此得到了高速發(fā)展，色母粒用無機(jī)顏料的需求每年以25%以上的比例快速上升。立德粉又稱為鋅鋇白，英文名 Lithopone 為無毒白色粉末，是硫化鋅和硫酸鋇的混合物，不溶于水。硫化鋅和硫酸鋇在紫外光照射下，褪

2、色成灰色，因此耐候性和耐久性較差，但是其遮蓋力和白度卻很優(yōu)異，是僅次于鈦白粉的白色顏料。由于立德粉的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈦白粉，因此立德粉常常被用于鈦白粉的替代品，與鈦白粉混合使用，以期達(dá)到既能獲得優(yōu)異的遮蓋力合白度，又能降低生產(chǎn)成本的目的。由于立德粉的耐候性和加工性能較差，為了能夠增加立德粉的使用量，必須對其進(jìn)行表面改性處理。2. 色母粒的基礎(chǔ)知識2.1 色母粒的定義 由高比例的顏料（如鈦白粉、立德粉等）或添加劑與熱塑性樹脂，經(jīng)良好分散而成的塑料著色劑，其所選用的樹脂對著色劑具有良好潤濕和分散作用，并且與被著色材料具有良好的相容性。2.2 熱塑性塑料常用的著色方法有： 2.2.1色料: 將本色樹脂與

3、著色劑（如鈦白粉、立德粉等）混和混煉造粒成有色塑料后，再加 入到成型樹脂中，用于制造塑料制品。 2.2.2干粉著色：把粉狀著色劑（如鈦白粉、立德粉等）與本色樹脂均勻混和后直接用于制造塑料制品。 2.2.3色母粒著色：現(xiàn)今最普遍采用的塑料著色法。把分散于載體的著色劑（如鈦白粉、立德粉等）,與本色樹脂簡單混和后用于制造塑料制品。2.3 色母粒著色的顯著優(yōu)點有： （1）使用方便,對成型環(huán)境無污染。 （2）著色均勻,穩(wěn)定，提高塑料制件質(zhì)量。 （3）易于計量,可應(yīng)用自動化程度高的成型生產(chǎn)系統(tǒng)。 （4）可將著色,抗老化劑、抗靜電劑等集于一方，制成多功能母粒，方便使用。2.4 塑料用色母粒的基本要求： （1

4、）良好的耐熱性 （熱穩(wěn)定性） （2）良好的耐光性 （光穩(wěn)定性） （3）良好的分散性 （即要遮蓋率大） （4）要無遷移性 （包括耐溶劑性） （5）要有很好的著色力2.5 色母粒的構(gòu)成：顏料 + 載體 + 添加劑 = 色母粒2.5.1參考配方立德粉: 540%鈦白粉: 4060%其它無機(jī)顏料： 5-20%增白劑: 0.02%分散劑: 34%高壓PE: 26%2.5.2 顏料 一般分有機(jī)顏料(如酞青綠等),無機(jī)顏料(如氧化鐵紅、鈦白粉、立德粉),染料(如還原桃紅、分散橙等)。聚烯烴、PVC色母粒采用的是鈦白粉和立德粉。一般來說染料不可用于聚烯烴著色，否則會引起嚴(yán)重遷移。除白色母粒外，一般會采取多種顏

5、料復(fù)配，以生產(chǎn)彩色母粒。鈦白粉由于其具有非常好的遮蓋力，通常會作為配色的第一選擇。立德粉由于性價比高，因此也常被用于配色。2.5.3 分散劑 主要對顏料（如鈦白粉、立德粉等）進(jìn)行表面潤濕，有利于鈦白粉進(jìn)一步分散，并穩(wěn)定存在樹脂中；同時必須與樹脂相容性好，不影響著色產(chǎn)品品質(zhì)。聚烯烴色母粒分散劑一般采用低分子量聚乙烯蠟或硬酯酸鋅等。工程塑料色母粒分散劑一般采用有極性低分子量聚乙烯蠟、硬酯酸鎂、硬酯酸鈣等。2.5.4 載體樹脂 使鈦白粉、立德粉等均勻分布并使色母粒呈顆粒狀。選擇載體需考慮與被著色樹脂的相容性，還要考慮母粒應(yīng)有良好分散性，因此載體的流動性應(yīng)大于被著色樹脂，同時被著色后不影響產(chǎn)品質(zhì)量。如

6、選用熔體指數(shù)較大的同類高聚物，使母粒的熔體指數(shù)較高于被著色高聚物，以保證最終制品的色澤一致。PE、PP色母料選擇LDPE（低密度聚乙烯）樹脂為載體，PS、ABS母料選擇改性PS為載體。3色母粒用立德粉的要求 色母粒所用立德粉，必須注意與鈦白粉和塑料原料、助劑之間的搭配關(guān)系，其選擇要點如下所述：（1）化學(xué)穩(wěn)定性好：立德粉不能和樹脂及各種助劑有反應(yīng)，耐溶劑性強(qiáng)、耐熱性好等。也就是說，色母粒中的立德粉及其表面的有機(jī)處理劑不能參與各種化 學(xué)反應(yīng)。（2）耐溫性好：由于色母粒在制造過程中和塑料制品成型加工時都是在高溫環(huán)境下進(jìn)行，所以立德粉應(yīng)在加熱成型溫度條件下不分解變色（3）遷移性小：由于塑料制品成型加工

7、過程中存在很大的溫度變化，室溫（原料）高溫（加工過程）室溫（冷卻成型）。立德粉必須保證不發(fā)生遷移，否則會造成塑料制品表面色澤不均。（4）分散性好：立德粉分散不均勻時，會影響制品的外觀性能；立德粉著色力差時，會使立德粉用量增加，材料成本提高。同一立德粉在不同樹脂中分散性和著色力并不相同，所以在選擇立德粉時應(yīng)注意這一點。另外，立德粉的顆粒大小與分散性也有關(guān)系，立德粉粒徑越小，則分散性越好，著色力也強(qiáng)。（5）加工性優(yōu)：立德粉在載體樹脂中具有高熔融指數(shù)時，色母粒生產(chǎn)中的混煉和捏合工序就能順利進(jìn)行（加工溫度低，捏合時間短，節(jié)約時間和能源）。優(yōu)異干粉流動性可以幫助立德粉順利和準(zhǔn)確地添加，容易通過過濾的震動

8、篩，同時減少其在包裝袋中的殘留。 4色母粒用立德粉的有機(jī)表面處理 誠如前述，立德粉在色母粒配方中的功能是作為鈦白粉的替代品，只有盡量提高立德粉的加工性能和耐溫、耐候等性能，才能最大限度的多加立德粉，少加鈦白粉，從而達(dá)到既不影響色母粒質(zhì)量，又能大幅度降低生產(chǎn)成本的目的。通過合適的有機(jī)表面改性處理，是可以使立德粉粉的加工性能和耐溫耐熱性能得到大幅度改善的。 （1）化學(xué)穩(wěn)定性：立德粉中的硫化鋅的耐酸性不好，可與酸在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而釋放出硫化氫，而硫化氫可能與鉛類穩(wěn)定劑反應(yīng)，導(dǎo)致“鉛黑”現(xiàn)象的出現(xiàn)，塑料加工體系中經(jīng)常會使用硬脂酸類潤滑分散劑和鉛類穩(wěn)定劑。如何避免立德粉與這些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就顯

9、得尤為重要。因此，我們應(yīng)該選擇一些化學(xué)惰性的有機(jī)處理劑，如某些特殊的聚硅氧烷或改性聚硅氧烷， 它在低溫和高溫環(huán)境中都具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性，不會與色母粒體系中任何添加劑發(fā)生化學(xué)作用。將其包覆在立德粉表面，避免立德粉與塑料體系中的其它組分的直接接觸，就可以解決化學(xué)穩(wěn)定性的難題。（2）耐溫性：立德粉由于含硫化鋅粉高溫時容易變色。完整的有機(jī)薄膜可以大幅度的提高立德粉的耐溫性能。傳統(tǒng)的分散劑（如硬脂酸及其衍生物）由于其本身不耐高溫，高溫環(huán)境下容易發(fā)生黃變和分解，加之其本身易于加速硫化鋅變色，因此不可用于立德粉的改性處理。某些特殊的有機(jī)硅材料的分解溫度超過350度，300度以內(nèi)不會發(fā)生顏色變化，即不會發(fā)

10、生黃變。另外，這種有機(jī)硅材料包覆到立德粉顆粒表面后，可以防止立德粉與體系其它物質(zhì)的直接接觸，從而進(jìn)一步提高立德粉的耐熱和耐光性能。 （3）遷移性：立德粉的遷移主要是由于它與樹脂的潤濕相容性不好，在溫度降低，塑料制品收縮時，樹脂與立德粉的移動速度不一致所造成的。要降低遷移性，就要提高立德粉與樹脂的相容性。根據(jù)相似相容原理，立德粉表面的有機(jī)處理劑最好具有與應(yīng)用樹脂相同或相似的官能團(tuán)。對于最常用的聚烯烴型塑料，選用含有長鏈烷烴的有機(jī)處理劑會比較適合。 （4）分散性：立德粉分散性主要受分子間作用力，極性吸附，顆粒細(xì)度等因素影響。用于塑料色母粒的立德粉，立德粉的粒徑一般為0.4微米左右。這種細(xì)小顆粒具有

11、極大的比表面積和吉布斯自由能，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)把立德粉加入到樹脂體系中時，由于臨近粒子間的極性吸附和范德華力的作用，粒子有相互靠近，降低總比表面積和表面自由能的趨勢，從而使立德粉顆粒從高度分散體向團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化。 對于未進(jìn)行表面有機(jī)改性處理的立德粉，在與樹脂一起混煉時 ，立德粉很難分散，即使在高溫高速捏合時能分散開，一旦捏合終止，它又會慢慢變成多聚體，將來使用時容易造成“顏料遷移”。為了提高立德粉的分散穩(wěn)定性，必須消除或削弱其表面極性和降低其表面自由能。建議采用具有較低自由能和易于擴(kuò)展?jié)櫇竦姆请x子性有機(jī)硅處理劑進(jìn)行表面改性處理。這類有機(jī)硅處理劑一般含有長鏈脂肪鏈，可提高立德粉與樹脂的相容

12、性，降低立德粉的表面張力以提高相容性；同時它還可以屏蔽立德粉表面的極性基團(tuán)(如羥基)，在立德粉表面生成位阻官能團(tuán)，阻止立德粉顆粒相互靠近，增加團(tuán)聚的難度，從而達(dá)到穩(wěn)定分散的目的，防止“顏料遷移”。另外，有機(jī)硅表面處理劑一般還具有很好的助磨功能，可以有效降低立德粉顆粒的粒徑和提高粒徑的分布均勻性，從而進(jìn)一步提高立德粉在樹脂中的分散性。（5）加工性：色母粒生產(chǎn)企業(yè)對立德粉的加工指標(biāo)主要有兩個：熔融指數(shù)和干粉流動性。熔融指數(shù)主要由立德粉的潤濕潤滑性能和吸油量決定。潤滑性越好，則立德粉與樹脂的復(fù)合體的流動性就好，熔融指數(shù)就高，加工就更方便。吸油量越低，潤濕等量立德粉的載體樹脂就少，易于制造高濃度的色母

13、粒，從而在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時，提高色母粒的著色能力。優(yōu)異的干粉流動性主要是為了便于使用，減少浪費。要提高熔融指數(shù)，除了通過致密的無機(jī)包膜外，還必須對其進(jìn)行表面有機(jī)改性處理，以提高其潤濕潤滑性能，并進(jìn)一步降低吸油量。改性聚硅氧烷具有很好的潤濕潤滑性能，可以顯著提高熔融指數(shù)，同時，改性聚硅氧烷還可以在立德粉表面形成一層疏水的，非極性有機(jī)硅膜層，可以防止立德粉顆粒因極性吸附或因吸潮而造成的團(tuán)聚，從而提高其干粉流動性。5色母粒用立德粉表面改性劑的選擇 根據(jù)色母粒用立德粉的特殊要求，特別是“耐候性”和“耐酸性”問題的突出性。相對于普通用途的立德粉的有機(jī)處理來講，色母粒用途的立德粉的有機(jī)處理應(yīng)該重點考慮處

14、理劑的耐溫性能。建議選擇改性聚硅氧烷作為立德粉的表面改性劑，如道奇威公司的PT-108粉體改性劑。下圖是PT-108粉體改性劑熱重?fù)p失分析圖： 烘 烤 溫 度 及 時 間 表面改性劑 初始（%） 105度 2 小時 150度 1小時 200度 1小時 220度 半小時250度 半小時 300度 半小時 350度 半小時 不揮發(fā)物 100%100%100%100%100%100%99.0%98.5%顏色無色透明無色透明無色透明無色透明無色透明無色透明無色透明無色透明從圖中可以看出，PT-108粉體改性劑在300度以內(nèi)，重量基本上無變化， 而且顏色基本無變化，一直為無色透明狀。 PT-108粉體改性劑是特殊聚硅氧烷和改性聚硅氧烷的復(fù)配物，可以在立德粉表面形成一層非極性的，具有極佳的潤濕性能和潤滑性能的有機(jī)硅膜層。實際應(yīng)用證明該膜層具有以下優(yōu)點： 改善耐立德粉的耐熱性和耐酸性能，降低光敏性，避免“灰分”的產(chǎn)生。 幫助立德粉顆粒在粉碎時向球形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，提高立德