一文讀懂顏料在塑料中的分散作用！
顏料的分散對(duì)塑料著色有重要意義。對(duì)于著色用的顏料而言，最重要的性能就是著色力和遮蓋力。著色力是顏料著色能力和效率的度量，當(dāng)兩種塑料使被著色物獲得同顏色時(shí)，用量少的著色力高;遮蓋力是顏料遮蓋被著色物底色的能力。這兩項(xiàng)指標(biāo)與顏料的分散密切相關(guān)。
分散原理
一般而言，顏料的分散越好，其著色力和遮蓋力就越高。原因在于顏料對(duì)制品的著色和遮蓋都是通過(guò)其表面與光線的復(fù)雜作用而達(dá)成，顏料分散得好，其平均粒徑小，比表面積大，對(duì)光線的作用就強(qiáng)，著色制品的外觀就會(huì)顯得均勻、細(xì)膩，色斑少，色差小。此外，達(dá)到相同著色和遮蓋效果時(shí)顏料的用量就能減少，從而使著色成本降低。
工程上的“分散”概念一般包括如下兩種：
①分散介質(zhì)在體積上的減小和統(tǒng)一過(guò)程；
②被分散介質(zhì)在空間分布上的均勻過(guò)程。
對(duì)于樹脂中的顏料來(lái)說(shuō)，就是大的顆粒破碎成為小的顆粒并最終統(tǒng)一在某一尺度范圍內(nèi)，同時(shí)這些顆粒在樹脂基體中均勻分布。一般說(shuō)來(lái)，在塑料著色中，顏料的均勻分布并不困難，關(guān)鍵在于如何將其充分細(xì)化。
顏料分散前的形態(tài)
原生顆粒
以單晶、塊狀、球形或微晶組成的大晶體形式存在。
圖 顏料的原生粒徑
凝聚體
由原生顆粒表面彼此吸附而成。
團(tuán)聚體
由原生顆粒或凝聚體疏松的組合，或者是這兩者在邊、角上相互吸附而成的混合物。
顏料的分散細(xì)化，是將團(tuán)聚體粉碎、細(xì)化的過(guò)程。
圖 顏料的團(tuán)聚體
顏料生產(chǎn)過(guò)程示意圖
圖 顏料生產(chǎn)過(guò)程示意圖
顏料的分散過(guò)程
顏料的分散，第一步是使用潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕顏料，使顏料之間的凝聚力減小，便于第二步顏料的粉碎和細(xì)化。粉碎細(xì)化后的顏料進(jìn)一步做包覆處理，降低新形成的界面表面能，以便在進(jìn)一步加工時(shí)，不致于使顏料產(chǎn)生再凝聚現(xiàn)象，第三步細(xì)化后的顏料在熔體中能均勻分散，由此，顏料的分散過(guò)程可以分為三步：潤(rùn)濕、細(xì)化和細(xì)化后的穩(wěn)定化混合分散。
顏料的潤(rùn)濕
分散首先要進(jìn)行潤(rùn)濕，潤(rùn)濕過(guò)程是用潤(rùn)濕劑（表面處理劑）潤(rùn)濕、包覆顏料表面。
顏料的細(xì)化（粉碎）
顏料的細(xì)化是將團(tuán)聚體顆粒破碎，它主要依靠顏料顆粒之間的自由運(yùn)動(dòng)（沖擊應(yīng)力）和顏料團(tuán)聚體通過(guò)周圍介質(zhì)的應(yīng)力（剪切應(yīng)力）來(lái)完成。
細(xì)化的基本方法有以下三種：干混法、液體剪切法和熔體剪切法。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中是將這幾種方法聯(lián)合使用，更有利于發(fā)揮每種方法的優(yōu)點(diǎn)。
顏料分散粒徑問題
顏料分散后的粒徑多大為宜，可用下述數(shù)據(jù)加以說(shuō)明。
1.顏料粒徑大于30μm，制品表面產(chǎn)生斑點(diǎn)、條痕；
2.10～30μm，制品表面無(wú)光澤；
3.粒徑小于5μm時(shí)，對(duì)于一般制品，可以滿足使用，但是對(duì)要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，也會(huì)影響其力學(xué)性能、電性能及加工性；
4.對(duì)于纖維（單根絲直徑為20～30μm）和超薄薄膜（小于10μm），則顏料粒徑應(yīng)小于1μm。
許多研究工作證明，一般情況下，顏料粒徑愈小，它的著色力愈高。顏料粒徑大小還和遮蓋力有關(guān)，這是由于顏料經(jīng)分散處理，粒徑變小，表面積增大，因此遮蓋力就增加。此外，偶氮顏料粒子直徑在0.1μm、酞菁顏料粒徑在0.05μm時(shí)，具有最高的著色力。
顏料分散對(duì)制品外觀的影響
顏料的分散直接影響著色制品的外觀（斑點(diǎn)、條痕、光澤、色澤及透明度）；加工性，也直接影響著色制品的質(zhì)量，如強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、耐老化性和電阻率等。隨著顏料徑粒增大，制品的沖擊強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率下降。分散得好，其平均粒徑小，比表面積大，對(duì)光線的作用就強(qiáng)，著色制品的外觀就會(huì)顯得均勻、細(xì)膩、色斑少、色差小，同時(shí)可降低成本。
圖 顏料的分散對(duì)著色制品質(zhì)量的影響
著色力與消色力
顏料著色能力和效率的度量，當(dāng)兩種顏料使被著色物獲得相同顏色時(shí)，用量少的著色力高。二氧化鈦與另一種顏料混合后，能夠得到混合物顯示它本身顏料的能力。對(duì)于二氧化鈦，它與一深色顏料混合后，混合物的顏色越淺，表示它的消色力越強(qiáng)。
圖 顏料粒徑與著色力的關(guān)系
消色力的影響因素
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消色力的大小與它的散射能力和折射率有關(guān)；
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粒子的大小、形狀、結(jié)構(gòu)和粒度分布對(duì)消色力有明顯的影響，消色力隨著粒度的減小和粒度的均勻性的增加而增大；
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鈦白粉的消色力還與制備條件有關(guān)。
常用塑料著色方法
1.干混著色
又浮染、粉狀著色和純顏料著色，可以生產(chǎn)普通塑料制品。它簡(jiǎn)化造粒工序直接用注塑、擠出等加工方法生產(chǎn)著色制品，避免因造粒加熱使樹脂產(chǎn)生降解。
2.干顏料混合物著色
當(dāng)使用分散性差別很大的顏料時(shí)，及塑料加工廠家進(jìn)行配色感到困難時(shí)，就可以使用顏料供應(yīng)廠家提供的粉狀配色顏料混合物。
3.糊狀混合物著色
是使用三輥研磨機(jī)和捏合機(jī)等混合和混煉設(shè)備，并使用增塑劑、多元醇等液體載體把顏料研磨成糊狀的顏料色漿。
4.顏料混合物
是顏料的濃縮物，且經(jīng)過(guò)細(xì)化充分分散至樹脂或分散劑中。
顏料分散的主要設(shè)備
捏合機(jī)：主要用于高粘度物質(zhì)之混合分散；
Branetali混合機(jī)：主要用于各種粘度乳液的混合和分離；
高速分散機(jī)：是顏料分散設(shè)備中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種；
三輥研磨機(jī)：主要用于揮發(fā)性低的涂料的加工；
球磨機(jī)：主要用于生產(chǎn)揮發(fā)性涂料及各種油墨、液體著色劑和配置色漿料等；
砂磨機(jī)：主要用于揮發(fā)性涂料及各種油墨的加工和液體著色劑、乳膠漆等的生產(chǎn)；
膠體磨：是一種無(wú)介質(zhì)的分散設(shè)備，由轉(zhuǎn)子和定子組成；
高速混合機(jī)：主要用于干摻和粉體樹脂的混合和分散；
連續(xù)混合器：是一種轉(zhuǎn)子式混合器，主要用于部分物質(zhì)的配料及在塑料中摻入各種纖維。
如何提高顏料的分散性？
在液體介質(zhì)中達(dá)到高品質(zhì)分散的方法（載體的選擇）
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其對(duì)顏料及研磨表面皆有良好的潤(rùn)濕性；
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‘粘性’配合方法，即在依賴粒子互相撞擊的加工法中選用低粘性，而在依賴經(jīng)由液體層的剪切力的加工法則選擇高粘性；
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在加工的條件下和顏料間可化學(xué)相容。選擇適量的顏料和添加劑，以在機(jī)器中有恰當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)。
用熔體剪切法達(dá)到高品質(zhì)分散的方法（樹脂的選擇）
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對(duì)顏料和研磨表面皆有良好的潤(rùn)濕性；
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高粘著強(qiáng)度；
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粘度受溫度的影響很小，在加工條件下和顏料間化學(xué)相容。和基料樹脂流動(dòng)性可相容（尤其是在制備色母時(shí)）以降低因熱熔流速不同而引起的稀釋化困難；
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選擇適量的顏料以使在操作時(shí)可產(chǎn)生高剪切力；
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預(yù)混各干態(tài)成分；
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用剪切力來(lái)流動(dòng)樹脂而非使用可能的外來(lái)熱（如Banbury）。
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