近年来,国际上对环保要求的呼声越来越高。特别是欧盟提出的对于进口产品及其零件(包括半成品、成品、原材料、附属品、包装类)必须满足欧盟RoHS指令,这样对国内出口企业和相关配套企业来说更是提出了更高的要求,很多企业在生产过程中胆颤心惊,生怕出现什么差错。对于电线电缆生产企业来说,同样也要遇到此类问题,特别是PVC产品以及色母粒生产企业来说,由于成分复杂,原材料选择和生产过程中要求尤其严格和重要,因此要求符合ROHS类着色剂作为塑料着色剂的生产企业必须高度重视这一问题,以积极的态度来面对市场的挑战。其实只要大家对原材料有一个比较充分的了解,控制符合要求的产品也不是什么难事。笔者就生产色母粒过程中的一些经验向大家做一个交流。
对于颜料来说分为无机颜料和有机颜料,包括也包含染料部分。对于所有颜料来说,它具有各自相同和不同类的特征,大致可以从下表格中看出:
种类 | 无机颜料特性 | 有机颜料特性 |
特性
| 不透明 着色力差 便宜 颜色种类少/范围窄 无迁移性 易于分散性能稳定 | 透明/半透明 着色力高 昂贵 颜色种类多/范围宽 会迁移 易引起分散问题 各种性能都有 |
代表 产品 | 氧化铁- 黄/红/棕 铬酸铅盐- 黄/橙 群青- 兰/紫 氧化钛- 黄/棕 镉- 黄/橙/红 氧化铬- 绿 钴- 兰/绿 | 低价黄/红 中/高价黄/橙 中/高价红/紫 酞氰兰/绿 |
早期的电线电缆着色中,无机颜料由于具有遮盖力高,耐热耐溶剂性好,对树脂着色适用性广,价格又较低,因此重金属类的无机颜料使用比较广泛,其用量几乎占塑料彩色着色剂的30-50%。但是,由于含有剧毒的铅与镉等重金属,长期接触此类物品,会严重伤害人体健康及造成环境污染。因此必须寻找合适的替代品,让我们先来分析一下重金属颜料的特性
1. 化学结构简单
重金属类无机颜料,如铬黄(ChromiumYellow),镉黄(CadmiumYellow),镉橙(Cadmium-orange),钼红(Molybdatered)从化学结构而言,重金属颜料仅仅是一些无机盐类。如铬黄为铬酸铅,镉黄为硫化镉,钼红为钼酸铅,其结构相当简单。
2. 色谱广
同一化学结构的重金属颜料,由于采用不同的制造工艺,所得成品的纯度,成分,晶相不同,从而影响光学性能。如铬黄颜料,其色相就可从绿相变到红相。其色相与成分之间的关系举几例于下:
名 称 成 分 色 相
柠 檬 铬 黄 PbCrO4.PbSO4 绿
中 铬 黄 PbCrO4 标准
桔 铬 黄 PbCrO4.PbO 红
再如镉颜料,竟有黄色,橙色和红色三种色谱,其色相变化更大。因此这类颜料的配色适应性广、选择余地大。
3. 品种多
同一种结构的颜料,色相不同,就可成为不同的产品。因此重金属颜料的品种非常多。如铬黄颜料(PY34),其商品牌号达到200多种。其中汽巴(CGY)公司就生产5个系列97种产品!BASF 公司也生产6个系列计44种产品;大日本油墨(DIC)生产32种,英国卜内门(ICI)公司生产11种。再如镉红(PR108),BASF公司生产品种达88个之多,钼红(PR104),汽巴(CGY)公司生产54种!这些品种,既有通用型,又有专用型,极大地方便了用户的选择。
4. 性能好
与一般的无机颜料相比,铬黄颜料不仅具有遮盖力高,耐热,耐光,耐溶剂性好的优点,而且其着色力也较高,色彩较鲜艳,可与大多数有机颜料相比美,因此,几十年来深受塑料,涂料行业的用户所青睐。作为重金属颜料的替代品,原则上也应具备上述各项优点。只可惜至今为止,颜料合成工作者还尚未研究出一种能完全替代重金属颜料的新产品。颜料应用者们
只能从现有的无机与有机颜料的众多品种中去筛选合适的替代品。比较合适的替代品大体有以下几种:
A:无机颜料
主要有钛酸盐类 ,这类颜料有时也称为混合金属氧化物(Mixed Metal oxide Pigments)或复杂的彩色无机颜料(Complex Inorganic Color Pigments).其特点是耐热,耐溶剂性极佳,但鲜艳度不高,着色力较低。
B:有机颜料
这类颜料的优点是着色力高,色彩鲜艳,其主要缺点是耐热,耐光,耐溶剂性欠佳。因此,符合塑料加工要求的品种较少。部分有机颜料在HDPE中的耐热性均在200度以上,如双偶氮的耐热温度为200度;偶氮色淀类为240度;单偶氮金属盐为260度;缩合偶氮类为260-280度,杂环类的耐热温度为300度。这些有机颜料的着色力比重金属无机颜料的着色力高得多,有的甚至达到10倍。它们的缺点是耐溶剂及分散性不及铬黄颜料,价格也较贵,而且它们的遮盖力都很低。因此必须和无机颜料复配。
在研究有毒重金属颜料的替代品的应用配方时,下面几个问题应当引起重视:
1:颜色匹配性。
一种重金属颜料具有多种色相,取代品必须具有近似的色相;替代品用有机颜料时,其添加量比重金属颜料少得多,遮盖力又较低,故必须相应增加钛白粉(提高遮盖力)或填充剂(提高视密度)的用量。因此,必须同时注意颜料添加量不同对色相的影响。此外,为保证有足够的彩度,所选用的替代品的种类不宜太多(指同一个配方中)。
2:加工稳定性:就是指替代品在着色过程中必须具有足够稳定性。它们包括:
A:热稳定性。
选用的代用品必须具有足够的耐热性能,在加工过程中不能分解变色。
B:分散性
有机颜料的分散性较差。应选用压实性较小的替代品。同时,吸油量较小的,遮盖力较高的有机颜料,其分散性也较好。
C:与树脂的化学反应性
有些有机颜料与树脂有一定的相溶性,有的在高温下会与树脂发生化学作用而引起树脂的降介和颜料结构的破坏。必须选择对树脂呈惰性作用的替代品。另外,有的有机颜料的晶格较疏松,在高温下有澎化现象,其晶体呈棒状或针状却,在冷却时,其纵向与横向的收缩性不同,故用于HDPE着色时使制品产生收缩变形,影响着色制品的质量。因此,在选用有机颜料时,有时也要考虑替代品是否有同质异晶,同质多晶的产品及各自的适用树脂。
D:迁移性
毫无疑问,所选用的替代品必须具有足够的耐迁移性。一般来说,杂环类耐迁移性较好。偶氮类中分子量越大,偶氮数目越多,其耐迁移性较好。同时,在着色加工,特别是制造浓色母粒加工中,还要注意析出(Plateout)问题。因为用有机着色剂时,配方中往往会有相当大量的钛白粉,其含量太高,常会造成在挤出造粒过程中的析出,而影响挤出操作及产品的外观
F:价格合理性
铬黄类颜料价廉物美。而高档有机颜料价格昂贵。如何保持着色产品的价格竞争力,确是一大难题,因此,必须从价格,来源,添加量,性能等各方面作综合考虑,来选用替代品,使之具有合理的价格,以便于被用户所接受。当然,选择合适的代用品必须经过色母粒的生产,电线电缆的应用等多方的检验是否可行,其间所经过的过程也是很繁杂的。