一般的PVC电缆料是以K值为65以上用悬浮法工艺生产的疏松型聚氯乙烯树脂为基本成分,再添加增塑剂,润滑剂,热稳定剂,着色剂,填充剂等辅助组分,经过混合,塑化,造粒等加工工序从而形成各种规格要求的PVC产品。从应用来讲大致可以分为:绝缘级,普通绝缘级,普通护层级,耐寒护层级,柔软护层级,耐热级等。以往按照线缆行业的约定,绝缘级颜色大致有12类,即黑,白,灰,黄,橙,红,紫,蓝,粉红,青绿,绿和棕。护套级的颜色分为四类,即黑,白,灰等。耐寒护层级则为黑色,但是近年来特别是电子线和汽车线等PVC绝缘线缆产品的兴起,不同的用户会针对电线电缆提出更多的不同的颜色标准(RAL、MUNSELL、REA等),这样对PVC电线电缆制造厂家在PVC电缆料着色上提出了更高的要求。只有充分了解了相关颜料的性能和应用知识后才能少走弯路和少犯错误。
常用的着色剂通常可分为染料和颜料两大类。因染料在软质PVC中会出现严重的色迁移现象,故PVC电线电缆着色剂只用颜料来配色。由于颜料的性能(光学性能,物理性能,加工性能及色牢度性能)与其分子结构,晶格类型,制造工艺密切相关,因而必须选择合适的色粉才能获得理想的使用效果。
就PVC电线电缆料的着色而言,考虑到所用树脂及相关助剂的特征,结合颜料的特点,笔者认为,在选择着色剂时应当注意以下几个问题:
1. 加工稳定性
PVC电线电缆的着色,一般是本体着色而非表面涂色。因此,无论是用色粉,色膏,还是用色母粒使PVC着色,前提条件是需使PVC树脂处于熔融状态,从而能使着色剂能均匀分布在熔体中。但是,在这样的加工条件下,其着色剂本身可能会发生化学或者颜色的变化。如某些偶氮颜料的耐热性较差,会发生分解成相应的色酚和色基,使色相发生改变。象某些偶氮的联苯胺黄类,联苯胺橙类颜料,在较高的加工温度或受热时间较长,原来绿相的黄会变成红相黄,彩度明显降低。其二,着色剂中的某些成分可能会促使PVC树脂的降介。如铁离子和锌离子是PVC树脂降解反应的催化剂。因此使用氧化铁(红,黄,棕和黑)颜料也会降低PVC树脂的热稳定性。其三,某些着色剂可能会与PVC树脂的降介产物发生作用,一方面使色料褪色,另一方面又促进了PVC树脂的分解。如群青类(兰和紫)颜料耐酸性差,故在PVC着色加工过程中,会与PVC分解产生的氯化氢发生相互作用而失去应有的颜色及着色力。
2. 分散性
着色剂在电缆料中的分散程度不仅影响线缆的表面质量,而且还影响线缆的绝缘性能。着色剂在塑料着色系统中的分散过程可分解为着色剂粒子的破碎,湿润和均匀分布三个阶段。因此,着色剂的分散性首先取决于其化学结构与物理性能。对于无机与有机颜料,其分散性的优劣大致有如下规律:
无机颜料 > 有机颜料
分子量小的 > 分子量大的
吸油量小的 > 吸油量大的
遮盖率高的 > 遮盖率低的
其次,取决所用的分散设备。在剪切作用强的设备如双螺杆挤出机中加工时,它的分散效果要好过单螺杆挤出机,故无机颜料在双螺杆设备中加工时分散性较好,有机颜料在捏和式加工设备中分散效果较好。
最后,着色剂的分散性还与着色体系的性能有关。着色体系的粘度变化范围越宽,越有利于着色剂的均化。PVC电缆料的熔体的粘度变化范围很大,并可通过改变配方成分及用量及加工温度来调节。因此,相对而言,着色剂在该体系中是较易分散的。
但是,必须指出PVC树脂是热敏性树脂,其熔融温度和分解温度相差无几,加工次数太多,受热时间太长,加工温度太高,都会造成PVC树脂的降解或焦烧,大大降低其应用性能。因此,在着色操作时,应当尽量选用分散性较好的色料,分散效率较高的设备,避免对PVC树脂的““多次加工”而影响产品的内在质量。
3. 迁移性
着色剂的迁移,就是指着色剂粒子在被着色系统中发生位移,尤其是从被着色体内部移至表面的现象。这种位移情况,在软质PVC着色系统中最为突出。
着色剂在聚合物中的迁移通常可以分为四种情况。即结垢,浮色,渗色和粉化。其中第一种现象直接发生在着色加工过程中,其余三种则发生在着色物的使用过程中。
所谓结垢,就是指着色剂在着色加工时,因与被着色物的相溶性差或根本不相容而从体系中游离出来而沉积在加工设备的表面如挤出机的机筒内壁,螺杆的螺梭,口模孔内壁上。另外,结垢还与加工设备的类型及工艺条件有关。一般来说,设备的分散能力差,生产速度快,结垢就越明显。
浮色则是指着色剂从着色制品的内部转移至制品的表面形成色粉的沉积物,一经磨擦就可将其擦掉。色粉转移所化的时间大约在几天至几周。“粉化”的过程与原理与浮色基本相同,唯其转移速度较慢,可能要化几个月乃至几年。
渗色是指着色剂粒子先从被着色物内部转移至表面,再通过“溶剂性”或“接触性”渗透至与它相接触的另一物体上或物体中,使另一物体也沾上颜色,造成颜色“污染”。
着色剂在PVC树脂中的迁移性首先与其分子结构有关。一般来说,使用无机颜料,仅需考虑其结垢性,其渗色,浮色和粉化性很小。有机颜料则不然,必须要作全面考虑。例如有机颜料的迁移性其一与它在PVC树脂中的溶解度有关。在加工温度下溶解度越大,则一旦冷却后,其过饱和度就越高。再结晶的倾向及速度就越快,浮色就越明显。其二与浓度有关,着色物中有机颜料添加量越高,则浮色的倾向也就越大。其三与有机颜料的分子量有关。分子量越大,分子的空间构型越复杂,则在树脂中的迁移速度就越慢,其浮色性就越小。其四还与着色加工条件,着色物的使用环境等因素有关。如着色加工温度越高,潜在的浮色倾向就越高,着色物的使用环境温度越高,粉化及渗色的倾向就越大。PVC电线电缆料中的增塑剂含量越高,有机颜料的迁移倾向就越大,有机颜料的化学结构与增塑剂的化学结构越相似,则颜料的迁移倾向也就越明显。
显然,一些分子量较低的由色酚类合成的单偶氮的红色谱系有机颜料是不宜用于PVC电线电缆料着色的。
4.电性能
着色剂用于绝缘材料的着色时,就应当考虑所用着色剂的电性能。其影响主要体现在被着色物的体积电阻,介电常数及击穿电压上。前面两项与着色剂在被着色体中的分散度有关。通常,PVC树脂中加入着色剂后,总会或多或少地降低其电性能。其中影响的程度,以黑色和白色为最小,黄,红,橙和一些绿色居中,水溶性电介质及含湿量等有关。一般纯度高的水溶性电介质少的,极性小的,含湿量低的,其体积电阻较高。着色剂的介电常数对通讯电缆尤为重要。相邻绝缘层之间所用的着色剂的介电常数之差的最好低于百分之一,否则会产生窜线等现象影响信息传输的质量。另外,若着色体系中着色剂分散不良,某些地方存在较大的着色剂粒子,通电时易被电流击穿,造成漏电,严重影响其绝缘性能。
5. 颜色稳定性
使PVC电线电缆发生颜色变化的因素主要有:
1)着色剂的耐光性差
着色剂的耐光性与其本身的化学结构有关,同时还与其浓度及是否与冲淡剂(如钛白粉)共用有关。无机颜料的耐光性,无论是浓色还是浅色,无论是单用还是与钛白粉共用,其耐光性均较高。
2)着色剂与被着色物在使用环境中接触到的化学品的化学反应
若发生化学反应,必然改变了着色剂的颜色性能,从而导致颜色变化。不过,这种因素是可以预测的,如群青类颜料在酸性环境中的褪色,铬黄,钼铬红类颜料在硫化物存在下会因生成硫化铅而使颜色变暗淡。因此,只要在配色前,慎重选择着色剂就可避免这个问题。
3)PVC树脂的老化
PVC树脂在光照下也会发生光化学降介反应,使树脂的光反射指数发生变化,这样也会引起颜色的变化。但其影响的程度远小于前面的两个因素。
综合以上的分析,在PVC电缆料中选择好稳定而且高效的着色剂产品确实也不是意见容易的事情,必须对着色剂产品具有丰富的理论知识和实践经验,必须从产品来源,添加量,性能以及着色剂组合和价格等各方面作综合考虑,使之具有较高的性价比,以便于被用户所接受。当然,选择合适的着色剂必须经过生产过程中多次的应用实践来检验是否可行,其间所经过的过程也不是短时间能办到的。