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捷虹有机颜料在塑料中应用性能的表征与评价 之二

发布于:2013/5/27 13:59:34

关键词:测色仪,色母粒,PE,PP,有机颜料
简  介:2结果与讨论2.1色彩性能颜料的颜色性能是颜料的重要技术指标之一。色调、明度、饱和度就是颜色的三属性。为了使样品颜色的测量值与人眼观察到的样品颜色一致,国际照明委员会(CIE)推荐使用CIEL*a*b

2  结果与讨论
2.1  色彩性能
    颜料的颜色性能是颜料的重要技术指标之一。色调、明度、饱和度就是颜色的三属性。    为了使样品颜色的测量值与人眼观察到的样品颜色一致,国际照明委员会 (CIE)推荐使用CIE L*a*b* 颜色空间。CIE L*a*b* 颜色空间由亮度或光亮度分量 (L) 色度分量:a 分量(从绿色到红色)b 分量(从蓝色到黄色)组成。+a*为红色方向,-a*为绿色方向,+b*为黄色方向,-b*为蓝色方向,中央为消失区。当a*和b*值增大时,色点远离中心,饱和度增大。
    根据CIE L*a*b* 颜色空间标准,我们使用积分球式高精度测色仪对由来样颜料制得的PP色板(颜料含量0.4%)的各项色彩参数进行了测试(测试条件:D65/10°[SPIN])。测试结果如下:
   

 由表1可知捷虹JH-8305k较科莱恩HR-02亮度偏高、色调偏浅、色相偏红、偏黄;从图2可看出捷虹JH-8305k的反射率曲线基本与科莱恩HR-02的相吻合,只在红黄波长段要稍高。

   由表2可知捷虹JHR-2540较Ciba 2030亮度偏低、色调偏深、色相偏绿、偏黄;从图3可看出捷虹JHR-2540的反射率曲线在红光波长段要稍低于Ciba 2030。
    由表3可知捷虹JHB-408k较BASF K7090亮度偏高、色调偏浅、色相偏绿、偏黄;从图4可看出捷虹JHB-408k的反射率曲线基本与Ciba 2030的相吻合,只是在蓝紫波长段要稍高。


     由表4可知捷虹JHB-710k较BASF R6850亮度偏低、色调偏深、色相偏绿、偏黄;从图5可看出捷虹JHB-710k的反射率曲线较BASF R6850的在蓝紫光波长段要低,蓝相不足,色差较大。
2.2  分散性能
    分散性指颜料在介质中的分散能力。一般而言,颜料分散性越好,其着色力和遮盖力就越高,达到相同着色和遮盖效果时颜料用量就能减少。颜料的分散性不仅影响着色制品的外观(斑点、光泽、色泽及透明度)和加工性,也直接影响到着色制品的质量,如强度、延伸率、耐老化性等。分散的测定与表征:
(1)定性表征:相差照片。对所制备的来样颜料色母粒以LDPE为载体吹制薄膜,厚度大约为0.04mm~0.06mm,剪取2mm~4mm薄膜一片,用相差显微镜考察各颜料在薄膜中的颗粒团聚状况,从而反映了颜料的分散性。各来样颜料在薄膜中的相差显微照片如下(照片中白色雾状斑点为载体树脂LDPE为完全熔融而产生的晶点)。




    从以上四组相差照片对比中可以看出:
捷虹JH-8305k和科莱恩HR-02在薄膜中均分散较好,只存在很少量的颜料颗粒团聚体(黑点)。
捷虹JHR-2540在薄膜中分散良好,几乎没有颜料颗粒的团聚;Ciba 2030在薄膜中存在少量较大尺寸颜料团聚体。
捷虹JHB-408k在薄膜中有小粒径的颗粒团聚体存在;BASF K7090在薄膜中的团聚体数量稍多于捷虹JHB-408k的。
捷虹JHB-710k在薄膜中有少量小粒径的颗粒团聚体;BASF R6850的团聚体数量和粒径与捷虹JHB-408k的相近。  
(2)定量表征:粒度分布统计。用粒度分布仪测定所制薄膜中的颜料粒子的粒径分布。




  从上面的粒径分布图和对比表可以看出,捷虹JH-8305k粒径分布较窄,而且其平均粒径要小于科莱恩HR-02的平均粒径,但是捷虹JH-8305k的最大粒径要比科莱恩HR-02的大。

从以上粒径分布图和对比表可以看出,捷虹JHR-2540与Ciba 2030的粒径分布宽窄相当,但捷虹JHR-2540的平均粒径和最大粒径均小于Ciba 2030的。

从上面的粒径分布图和对比表可以看出,捷虹JHB-408k的粒径分布明显比BASF K7090的粒径分布窄,而且其平均粒径和最大粒径均明显比BASF K7090的低。

从上面的粒径分布图和对比表可以看出,捷虹JHB-710k的粒径分布要比BASF R6850的窄,其平均粒径也比BASF R6850的稍小,但是其最大粒径却明显比BASF R6850的大很多。
2.3 加工流变性能
颜料加入塑料中,对塑料的加工流变性能会产生一定影响,其含量越高,影响越显著。尤其在生产色母粒时,颜料加工性能的优劣会极大地影响生产率和生产成本。
颜料的加工性能,通常采用动态扭矩流变法来评价。在扭矩-时间曲线中,最大扭矩与体系功率消耗密切相关,平衡扭矩则反应了体系的最终粘度。因此最大扭矩和平衡扭矩越低,则体系功率消耗就越小,加工过程就会越顺利,也就表明颜料的加工性能越好。
我们采用Brabender转矩流变仪进行测试。(试验温度130℃,仪器转速为30r/min,试验时间8-10min) 测试结果如下:

    图11可看出相对于没有添加颜料和分散剂的空白试样而言,加入颜料与分散剂的树脂的最大扭距和平衡扭距均高于空白试样,这就表明此种颜料的加入对树脂的熔体流动起到了阻碍的作用。在着色加工过程中捷虹JH-8305k的最大扭距和前5min的扭距均低于科莱恩HR-02的,说明初期加工性能捷虹JH-8305k要稍优于科莱恩HR-02。两者8min后的平衡扭距基本相同。
    图12可看出加入添加剂的树脂的最大扭距和平衡扭距均高于空白试样,说明此种颜料的加入降低了树脂的加工性能。在着色加工过程中尽管捷虹JHR-2540的最大扭距高于Ciba 2030的2~3Nm,但其平衡扭距却低于Ciba 2030的2~3Nm,说明捷虹JHR-2540的加工性能较优。

    图14可看出颜料的加入降低了树脂的加工性能。但其平衡时间也缩短了。在着色加工过程中捷虹JHB-710k的最大扭距和平衡扭距均高于BASF R6850的,但相差不大。
2.4  耐热性能
    颜料的耐热性能是指颜料本身以及着色后塑料在受热情况下色光变化的特性。影响颜料耐热性能的主要因素是其本身的化学结构、分子极性、分子量等,或者在受热时和其他添加剂发生某些化学反应等。
    评价颜料耐热性能的方法有很多种,本实验采用的是在注塑来样颜料色板(颜料含量0.4%)过程中,将物料分别在200℃、240℃、260℃、280℃下在注射机螺杆储料段保留5min后再进行色板的注射。通过高精度测色仪对所得色板进行色彩测试,以200℃下的色彩参数为基准,比较其他温度下注塑时发生的细微的颜色变化,即色差,并将国内产品与国外产品进行比较。测试结果如下:




    从表9可以看出,随着注塑温度的上升,样品的DE*值随之增大,说明注塑温度的上升会导致色彩差异的增大,在220℃时,相对于200℃,样品的色差大致在2左右,低于3的限定值,但是温度继续上升,色差增大十分明显,在280℃时,相对于200℃,色差达到了14。
    表10中,我们可以发现,温度的升高虽然必然引起色差的增大,但是对于PR254而言,增大的趋势并不明显。在200~260℃的注塑温度下,所得样品的色差相对于200℃时的基准来说,都低于1。PR254是二酮-吡咯-吡咯颜料,其分子式十分对称,两个苯环和并吡咯环都具有共轭稳定作用,另外,苯环上的氯原子基团也有益于耐热性的提高,从而使得PR254的耐热性表现优异。而国内的JHR-2540比汽巴公司的同类产品2030表现更佳。在260℃的注塑温度下,同等条件下的国内产品得到的色差仅为0.78,而汽巴产品则达到了0.99。
    从表11中,可以看出,在200~280℃的注塑温度下,不同样品的色差都在3以下,说明该铜酞菁颜料的耐热性能优良。而国产颜料JHB-408k的耐热性明显不如巴斯夫公司产品,在280℃下,国产颜料的色差为2.52,而巴斯夫公司产品色差仅为1.57。
    从表12中,可以看到,在注塑温度高于200℃时,色彩差异大大增加,在220℃时,国产颜料的  
色差达到了3.43,而巴斯夫颜料的色差甚至达到了6.04。随着温度增加,巴斯夫产品的色差上升到了8左右。这说明,PB15:1颜料的耐热性远远不及和它分子结构相同的PB15:3。
PB15:1和PB15:3的化学结构完全相同,但是PB15:3为稳定的β-晶体,色光为绿光蓝。而PB15:1的晶型为α-晶,色光为红光蓝。由于晶型的不同,造成了其耐热性的差异。而PB15:3的结果分析中,国产颜料之所以不如巴斯夫产品,原因可能是因为颜料分子结晶完整度不如巴斯夫公司产品,通过改善后处理工艺,促进结晶过程的发展,应该能提高产品质量和性能。

关键词:测色仪,色母粒,PE,PP,有机颜料

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