铝颜料在免喷涂塑料中的应用研究

董前年，武立新，徐曈曈，谷圣军，朱胜利，朱双单

(1.合肥旭阳铝颜料有限公司，安徽合肥231131；2.安徽天易金属新材料有限公司，安徽六安237200）

常见铝颜料有铝银浆、铝银粉、片状铝粉，其具有平滑且极薄的鳞片状结构，是应用最多的金属效应颜料之一［1］，具有很好的银白色金属光泽，同时还具有保温性能和延缓涂层以及橡胶和塑料老化的作用，因此铝颜料被广泛应用于涂料、油墨、塑料等行业［2］。

塑料制品因具有质轻、比强度高、耐化学腐蚀性好、易加工成型等优良特性，被广泛应用于航空航天、汽车、家电、建筑等领域。然而，塑料制品受到紫外光照射和热辐射，容易老化，同时塑料制品没有金属光泽。随着人们对塑料制品外观要求越来越高，以及延长塑料制品的使用寿命，所以铝颜料在塑料行业中的应用越来越受到推崇。传统工艺是对塑料制品表面进行喷涂处理，起到装饰、遮盖和保护等作用，但喷涂使用的溶剂危害人体健康及环境；另外，喷涂生产环节多、综合成本高、良品率低、效率低；喷涂后的塑料制品回收性能差，影响废旧物资回收再利用[3-5]。因此，免喷涂塑料应运而生[6]。

1 铝颜料及其在免喷涂塑料中的应用

1.1 铝颜料的粒径与免喷涂塑料性能的关系

不同用途的免喷涂塑料对铝颜料的粒径选择也不同[3]。例如吹膜用的铝颜料一般要求其遮盖率好，同时具有一定的白亮度；吹塑用的铝颜料一般要求有一定的白亮度，光泽细腻，一般选择细白型铝颜料；片材一般要求光泽度高，有一定的闪点；家电注塑用的铝颜料一般要求铝片粒径不超过20 μm，光泽细腻，因此，一般选择细闪型铝颜料；汽车外饰件注塑用的铝颜料一般要求光泽度高，闪烁感好，同时要求耐候性好，一般选择闪光型铝颜料。如果做纯银色效果，一般选择6～30 μm之间的铝颜料，因为此粒径范围的银元型铝颜料片有着更强的金属感和白亮度；如果做彩色金属效果，一般选择30～100 μm的铝颜料，因为此粒径范围的铝颜料在制件表面起到星星点点的点缀效果；对于汽车外饰件材料，关注的是外饰件外观金属效果和表面流痕、麻点的控制，对整体效果要求较高，客户一般选择使用40 μm以上的铝颜料，虽然制件表面细腻度没有使用细粒径铝颜料那么好，但对流痕控制和金属闪烁感有着比较好的效果。

1.2 免喷涂塑料中影响铝颜料遮盖力的因素

影响铝颜料遮盖力的因素有很多，例如，分散性不好的铝颜料遮盖力差；在高剪切力的作用下，加工的铝颜料的遮盖力也受到影响，这是因为铝片发生径向断裂，缩小径厚比；铝颜料的粒径大小对铝颜料的遮盖力也有着非常大的影响[7]，一般来说，铝颜料的粒径越细，遮盖力越好；粒径越粗，遮盖力越差，也就是说随着铝颜料的粒径增大，遮盖力逐渐变差。因为细粒径铝颜料具有较低的颜料表面与边的比率、较多的光散射，所以遮盖力强，因此，细粒径铝颜料具有丝绸般的光泽效果，绝大部分色相是白相，但亮度、光泽度较低；粗粒径的铝颜料具有较高的颜料表面与边的比率、较少的光散射，所以遮盖力差，但亮度高，光泽度大，色彩饱合度较大，具有强闪烁效果。当然铝粒子的形状也影响铝颜料的白亮度和光泽度，银圆型铝颜料就具有较好的白亮度和光泽度。另外，免喷涂塑料加工成型条件也会影响铝颜料的遮盖力，例如在加工混合时，搅拌速度要低，挤出时螺杆剪切力尽量偏弱些，因为铝粒子的径厚比较大，在高剪切力的作用下，铝粒子片状结构容易发生径向弯曲和折断，从而影响铝颜料的遮盖力和金属效果。

1.3 铝颜料在免喷涂塑料中的应用

随着免喷涂塑料技术的提升，免喷涂优势越来越凸显，免喷涂应用范围也越来越广[8]。目前主要应用领域是小家电和化妆品容器、机油桶、食品包装以及汽车内外饰和冰箱、洗衣机和空调等家电领域。在汽车行业，主要用于汽车的大屏面、仪表板、保险杠、底护板、车门把手、出风口饰条、网饰条、雾灯饰条、天线、后视镜壳体等；在家电行业，主要用于电视机前框和底座上、空调面板和装饰条、冰箱门体的门把手和端盖等外观塑料件、洗衣机控制面板、洗衣机门外围等部件；在吸尘器、电吹风、热水器、净水器、豆浆机、饮水机、电饭锅等小家电行业也有广泛应用；此外，在快递包装、农地膜、机油桶、化妆品包装、化妆品瓶盖、PC注塑箱包等领域都有广泛应用。目前市场接受度最高的还是小家电，因为小家电的开模费用低，外观变换方便。

2 铝颜料在免喷涂塑料应用中存在的问题和解决办法

由于铝颜料是片状结构，跟其他染料和球形无机颜料不同，在塑料注塑时会在塑料制品中出现流痕和熔接线［8-11］。流痕形成的主要原因：含片状铝颜料的熔融塑料流在模腔内流向突然发生变化时，导致片状铝颜料在排列上发生取向变化，破坏了片状铝颜料在塑料流表面的平行排列，从而在塑料制品表面形成流动痕迹，即流痕，常常发生于浇口、厚薄壁转换的地方。熔接线形成的主要原因：当两股或多股熔融塑料流汇合时，由于片状铝颜料趋向于在塑料流表面平行排列，容易发生卷曲和翻转，同时由于塑料熔体是非牛顿流体，有剪切变稀的特性，所以交汇处铝颜料变稀，这两者的共同作用使交汇处反射性急降，形成表观上的暗线，即熔接线。

如果要解决或者减少铝颜料在注塑制品中出现流痕和熔接线，可通过模具和注塑工艺来改进，即通过工业设计和产品设计技术共同完成，可以将流痕调节到产品背面或不明显处；或者从注塑工艺着手，例如提高注入速度和压力，也可以通过减少铝颜料用量，或者选择大粒径铝颜料，或者其他颜料复配着色，都能够有效降低流痕和熔接线。具体分析如下：

因为注塑时提高背压，可以提高螺杆的混炼性，从而提高铝颜料的分散性。注塑时的加工温度一般选在树脂推荐的温度范围的上限处，这样能保证材料良好的流动性，熔体的流动带动了铝颜料片体的自动定向，从而取得良好的金属效果。对于磨具表面，将根据不同产品的要求来选择，如果是小制件或光面，尽量选择高光模具，配合合适的模温，制件表面的光泽度会大幅度提高；如果是大制件或者不要求光面，表面拉丝处理也是一个不错的选择，拉丝处理可以掩盖流痕和分散的缺陷。如果产品的表面避免不了流痕和熔接线，不妨在流痕和熔接痕的地方增加一些设计元素，让瑕疵变成一种装饰；磨具浇口的设计也非常重要，单一浇口比多个浇口可以减少材料表面的熔接线，浇口的位置通常应选择在远离流动障碍的厚实处，浇口末端与流道系统之间距离尽可能小，以减少由于流体阻力的差异而引起的铝颜料分布不均匀和杂乱无章的排列现象［5］。

随着铝颜料粒径增大，塑料制品流痕逐渐减小以致最后可能消失，熔接线也变得不明显；另外，随着铝颜料添加量的减少，流痕和熔接线也逐渐减少，以致最后流痕和熔接线变得不明显，也可以添加深色染料来掩盖熔接线。选择相应有机颜料，也可减少流痕和熔接线，比如选择相同量的有色有机颜料与铝颜料复配，但绿色不透明度低，熔接线明显；而红色不透明度高，熔接线不明显甚至消失；蓝色不透明度居中，熔接线现象居中。

总之，从目前的技术来讲，还不能完全解决注塑件的流痕和熔接线问题，只能是想办法减弱流痕和熔接线，或者把流痕和熔接线放到可以隐藏的部位，也有用拉丝等技术来处理。目前很多案例表明，消费者可以接受轻微流痕和熔接线的制件，尤其是在小家电应用上，一般是选用深色的金属效果，就是染料加铝颜料复配着色。对于一般消费者来说，都不会仔细去寻找流痕和熔接线的位置，国外甚至用流痕和熔接线来制造绿色环保的概念。

3 铝颜料在免喷涂塑料中应用的注意事项

铝颜料的遮盖率、金属效果、光反射等性能与铝颜料片状结构的保持度、排列平整度等因素有关，因此，在塑料加工过程中一般需要注意以下几点：

（1）尽可能选择透明性好的塑料，透明性好的材料对铝颜料的反射光影响小，铝颜料着色后金属效果也较好。

（2）在配方中若是硬胶塑料，尽量选择染色力强的染料与铝颜料复配；若是软胶塑料，则选择透明性好的颜料与铝颜料复配，否则，颜料的不透明性会影响光的反射，从而影响金属效果。

（3）铝颜料不能与钛白粉复配。钛白粉具有消光作用，钛白粉和金属粉在一起，由于钛白粉的高遮盖性导致金属感损失较多，如果想达到较好的遮盖力，可使用小粒径的铝颜料；如果想达到较好的白度，可适当加一些银白细珠光进行复配，但珠光不要加太多，否则会导致铝颜料返粗，分散性变差，导致制品金属感下降，甚至可能会看到很多铝片堆积在制品表面形成的麻点。

（4）铝颜料加工以及使用过程要避免高剪切，因为高剪切会让铝粒子片状结构剪碎或弯折，导致银色效果变差和发黑现象。在塑料加工过程中，如果是主喂料，在保证铝颜料可以均匀分散的情况下，剪切越低越好；如果选择侧喂料，由于分散的距离变短，需要适当提高螺杆的剪切力，避免出现麻点和分散不均的缺陷。

（5）塑料母粒的选择也很重要，经研究发现，透明的塑料母粒加工的塑料制品银色效果较好，比如同样的添加量，用透明ABS成型的制品比不透明PP成型的制品银色效果更加鲜艳；另外，流动性越好的塑料母粒，成型的制品银色效果也越好。

（6）随着农地膜、快递袋和其他银色包装袋的广泛应用，薄膜类银灰色母粒的市场也越来越大。基于成本考虑，很多膜类银灰色母粒会选择使用浆状铝颜料，但需要注意的是浆状铝颜料含有30%～35%溶剂，如果溶剂选择不当，吹出来的膜会出现气孔。如果加工无气味的银灰色母粒，需要选择条状铝颜料或粉状铝颜料。

（7）随着国家政策法规的规范，以及和国际市场接轨，目前很多塑料制品不仅要求符合RoHS、FDA和AP(89)1标准,同时也要符合加州65、PAHs和REACH标准，因此，此类产品选择使用的铝颜料也要满足以上环保要求。