颜料的物理形态对塑料着色性能影响(续)

陈信华

（上海金泰色母粒有限公司，上海，200434)

3 颜料粒径大小影响

颜料用于塑料着色性能不仅仅由化学结构决定，也与颜料粒子大小和分布有关。颜料粒径大小对颜料的应用性能起到重要作用，诸如：着色力、透明度、遮盖力、光泽度、鲜艳度，分散性，耐热性，耐光（候）性等。当颜料粒径降低时，其透明性变好，着色力增加，鲜艳度光泽度提高，而耐热性，耐光性，分散性下降见表9。

有机颜料黄183有两个品种，其中一个品种为透明的（小粒径），其色调值76.0明显比遮盖183黄（大粒径）色调值 85.2绿光多了。遮盖183黄（大粒径）耐热性300℃比透明183黄（小粒径）280℃要好，而且遮盖183黄（大粒径）耐候性 3～4可用于户外。不同粒径有机颜料黄183色彩性能见表10。

表9 颜料粒径大小对性能的影响Tab.9 Effect of particle size of pigments on the coloring performance

表10不同粒径颜料黄183品种色彩性能——1/3标准深度Tab.10Coloring performance of Pigment Yellow 183 with different particle sizes(1/3 standard coloring depth)

3.1 颜料粒径大小与色相影响

同一化学结构颜料粒径大小影响到色相或色光，例如同一黄色颜料品种，当粒径微细，则显示绿光黄色，而粒径较粗时，则可显示红光黄色；红色颜料品种，粒径变小，色相角加大，显示更强黄光；粒径变大，色相角变小，显示更强蓝光；蓝色颜料品种，粒径变小，色相角加大，显示更强红光：粒径变大，色相角变小，显示更强绿光；绿色颜料品种，粒径变小，色相角加大，显示更强蓝光；粒径变大，色相角变小，显示更强黄光；不同色谱颜料，颜料粒径大小与色光变化规律如表11。

表11颜料粒径大小与色光变化规律Tab.11 Particle size and variation of color and light

二氧化钛的平均粒径为0.2 μm，它对短波蓝光（400 nm）有较强的散射力，底层色相带有较微的蓝相。而平均粒径在0.4 μm时，对长波红光（700 nm）有较强的散射力，底层色相带有较微的红相。二氧化钛的平均粒径与色光关系见图11。

氧化铁红化学名称为三氧化二铁(Fe2O3)，是铁的氧化物中最稳定的化合物，氧化铁红颜色的从红黄色到暗红色深浅不等取决于纯度、制法和粒径。氧化铁红颗粒大小和色相变化见表12。

图11 典型钛白粉粒径分布与底色关系Fig.11 Diameter of particle(Pigment White Powder)vs.relative scattering power

表12 氧化铁红颗粒大小和色相变化Tab.12 Particle size and hug change of iron oxide red

3.2 颜料粒径大小与着色力影响

着色力 (也称着色强度)是颜料赋予被着色物质颜色深度的一种度量。着色剂在塑料上着色力是指将每公斤含5%TiO2聚氯乙烯 （PVC）或1%TiO2聚烯烃 （PO）塑料，达到颜色的标准色深度（SD）时所需要的着色剂克数。

着色剂最大吸收波长决定它的颜色，而在最大吸收波长处的吸收能力决定了它的着色力。

影响着色力的主要因素是化学结构和晶体结构。除了结构外，饱和度增加，着色强度越高，亮度增加，着色强度下降，此外着色强度还与被着色物质组份、材质及应用条件有关。群青颜料粒径与着色力关系见表13。

表13群青颜料粒径与着色力关系Tab.13 Relationship between distribution of particle sizes of ultramarine pigment and coloring power

透明颜料183黄（小粒径）在HDPE着色力1/3标准深度0.23值比遮盖颜料183黄(大粒径)着色力1/3标准深度0.43低的多，因此着色力明显高近一倍见图12。

图12 不同粒径颜料黄183品种着色力（1/3标准深度）Fig.12 Coloring power of Pigment Yellow 183 with different particle sizes(1/3 standard coloring depth)

3.3 颜料粒径大小与遮盖力（透明性）影响

有机颜料透明性对于某些特定用途十分重要，例如在配制珠光色、金属色以及化纤纺丝时，需具有高透明度。欲使应用介质呈现非透明性，除了要求分散介质与颜料粒子之同的折射指数有明显差值外，还与颜料粒子对光线的散射作用有关。当颜料粒径大小是光线波长的一半，即颜料颗粒直径 0.3～0.55μm(即 300～550 nm)对光的散射能力最强，可导致高的遮盖力、即非透明性(Opaque)；而平均粒径小于光线波长的一半数值，其遮光能力出现明显下降，如氧化铁颜料粒径为0.001～0.05μm(10～50nm)则呈现透明性，见图 13。 透明性氧化铁红颜料具有高UV吸收特征，云母氧化铁用作防锈漆的颜料。

图13 不同粒径氧化铁颜料性能图Fig.13 Properties of iron oxide red with different particle sizes

如图14中所示，颜料颗粒直径对光的吸收与散射作用的影响，使颜料显示非透明性与透明性的特征。着色剂在使用时因散射而导致的透明或遮盖取决于其在应用介质中的粒子尺寸。

图 14 颜料粒径与遮盖（透明性）的特征Fig.14 Particle sizes vs.covering(transparency)of pigments

S.Brunauer(布鲁尼尔)、P.Emmett （埃密特）和E.Teller（特勒）于1938年提出的BET多分子层吸附理论，其表达方程即BET方程，我们采用BET方法，测定颜料红254六种不同试样（254/1，254/2，254/5，254/6，254/10，254/11）的比表面积，以离心转盘方法测定粒径大小，其关系如图15所示。

图15颜料红254粒径大小与表面积关系Fig.15 Relationship between particle size and specific surface area of Pigment Red 254

结果表明颜料红 254/1，254/2，254/5粒径较大，其比表面积数值小；反之颜料红254/6，254/10，254/11粒径较小，其比表面积数值大。

我们在可见光区域内黑白格背景下测定不同粒径大小试样的色差值（△E），数据表明粒径较小试样颜料红254/6，254/10，254/11， 则更透明（△E色差值较大），而粒径较大颜料红试样，由于强的散射作用，较小色差值，高的遮盖力。见图16。

图16不同粒径颜料红254与透明性（遮盖力）的关系Fig.16 Particle size vs.transparency(covering)of Pigment Red 254

3.4 颜料粒径大小与耐热性影响

有机颜料的原始粒径大小也对耐热性有很大影响，一般来说颜料粒径小，比表面积大，而耐热性和分散性差。反之粒径大，比表面积小，着色力低，而耐热性和分散性好。颜料红254其粒径大小对耐热性影响见表14。

表14同一结构颜料红254不同粒径品种的耐热性Tab.14 Heat resistance of Pigment Red 254 with the same structure but with different particle sizes

从表14可以看出Red BOC比表面积19.9 m2/g相对应粒径大，在颜料含量0.05%耐热性达300℃，而Red BTR比表面积93.8 m2/g相对应粒径小，在颜料含量0.05%耐热性达280℃。

3.5 颜料粒径大小与分散性影响

颜料粉体颗粒的细度对于颜料的润湿和分散有着较大的影响。通常细小颗粒粉体之间的间隙要比较大颗粒之间的间隙来的小，因而载色体树脂对小颗粒粉体颜料的润湿和渗透速率就比较慢，从而影响颜料颗粒最终的分散效果。

表15 不同粒径大小颜料红122分散性Tab.15 Dispersivity of Pigment Red 122 with different particle sizes

从表15所得到的实验结果就充分验证了上述分析的结论。同一化学结构的颜料品种（颜料红122，喹吖啶酮），由于采用了不同的表面处理工艺，得到颗粒粒径大小分明的两个不同产品，经由完全相同的色母粒制成工艺，再将所得母粒通过25 μm孔径的滤网进行过滤值测试，得出结果相差非常悬殊的两组数据。实验证明：具有较大粒径颗粒的颜料相对比较容易被润湿而得到较好的分散效果。

同样道理，无机颜料大多数是由金属氧化物组成的，相对于有机颜料而言，平均颗粒也较有机颜料来得大，因此无机颜料相对于有机颜料的分散性要好。尤其像二氧化钛，铬系以及镉系颜料在塑料中都是最容易分散的。

3.6 颜料粒径大小与耐光（候）影响

有机颜料经光照后褪色过程，被认为是光氧化——降解的过程，反应速度与比颜料表面积有关。细小的颜料粒子，有较大的比表面积，在光射照射下更易发生颜料的光化学氧化与还原反应，导致颜料褪色，耐光牢度降低，因此耐光坚牢度就比较差。着色剂经光照后粒径较大的颜料其褪色速度与粒子直径平方成反比，而粒径较小时其褪色速度与粒子直径的一次方成反比。

不同粒径颜料139黄经曝晒后颜色变化。见图17。从图17可以看出表面积23.3 m2/g颜料黄139，相对应粒径大在阳光曝晒下色差变化明显比颜料表面积51 m2/g颜料黄139相对应粒径小要小的多，表明耐光性提高。

图17不同粒径颜料139黄经曝晒后颜色变化Fig.17 Color changes(after exposure to sunlight)of Pigment Yellow 139 with different particle sizes

图18 异吲哚啉酮颜料不同粒径对成型收缩关系Fig.18 Relationship between particle size and molding shrinkage rate of isoindolinone pigments

同一结构颜料红254不同粒径品种的耐候性见表16。从表16可以看出表面积12.0 m2/g相对应粒径大颜料红254，加钛白，在1000 h耐候性有5级，而表面积106 m2/g相对应粒径小颜料红254只有4级。大粒径DPP Red SR1C可用在需耐候要求特别高的汽车漆。

表16 同一结构颜料红254不同粒径品种的耐候性Tab.16 Weatherability of Pigment Red 254 with the same structure but with different particle sizes

3.7 颜料粒径大小与翘曲性影响

颜料粒径大小也会影响成型收缩率，如图18所示。同一异吲哚啉酮，当颜料颗粒大至一定程度或小至一定程度时，其成型收缩率和收缩比为最小。

4 结语

塑料着色是一项系统工程，为了开拓塑料制品的商业价值，从单纯追求产品美观，发展到对商品的应用性能和安全性等提出了对着色剂更高的要求，所以塑料着色时我们仅仅选择某个化学结构的颜料还远远不够，而是要选择具有良好物理状态，满足着色性能要求颜料。

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