塑料色母料的研发进展

汪晓鹏，陈好元

（1.甘肃省轻工研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000；2.国家轻工业塑料产品质量监督检测兰州站，甘肃 兰州 730000.3.兰州元达塑料有限公司，甘肃 兰州 730030）

2021 年是“十四五”开局之年，塑料新材料、新技术、新产品更加融入社会各个层面，在国家经济建设和人民生活水平提高方面将发挥更大作用。塑料着色是塑料制品业发展的重要组成部分，是影响制品内在质量和外观质量的关键因素。塑料制品着色不但能美化产品而且能赋予制品多种多样的功能，以及遮盖塑料的某些性能或赋予它某些特性，提高制品品质和外在感官。另外，塑料着色还可起到logo、驱虫、增产等附加功能，从而提高其附加值和企业经济效益。

以前，塑料着色多采用干法、糊状着色剂着色和色粒着色等生产工艺，这几种着色方法的不足之处在于颜料的分散性、稳定性差。干法着色颜料随风飞扬，污染环境、颜料剂量也不易控制。20 世纪80 年代则开发成功了高浓度色母料，使色母料的生产向前跨越了一大步。采用色母料进行着色，其工艺简单，使用方便，消除了对环境的污染，促进了颜料在树脂中的均匀分散。使用色母料生产的制品，表面光亮、耐光性强。随着科学技术的不断进步，色母料的生产技术也不断进步、完善和发展。新技术如电脑控制和电子技术、自动化技术、化工技术及机械制造技术已在色母料生产中得到广泛的应用，从配色、配料、混炼、挤出造粒、烘干到包装入库全部实现自动化、智能化。故而，减少了可能出现的差错，保证了颜色的准确性，避免了造成色差和缺陷，赋予了塑料制品更多的功效。塑料着色的目的和效果详见表1。

表1 塑料着色的目的和效果[1]

1 塑料着色母料的优越性

（1）使颜料或染料处于良好的分散状态，保护产品色相均匀性。色母料所使用的着色剂（颜料或染料）经过混炼设备超微处理，能均匀分散于载体树脂和塑料之中，从而保证着色剂在加工过程中具有良好的分散性，使制品色泽均匀一致。

（2）保持着色剂的化学稳定性。色母料是将着色颜料或染料固定于载体树脂中，因此，可以避免着色剂及其他助剂与空气接触，防止因氧化和受潮所引起的色质变化。

（3）使用方便，无污染，节省原料。使用色母料可直接与塑料树脂混合加工，无粉尘飞扬之虞，不存在污染问题，着色剂也能得以均匀和充分的利用，减少储料，节省能耗，宜使用于自动化连续生产工艺。

（4）简化工艺，提高产品质量。使用色母料着色，省去了染色、造粒等工序，减少了塑料重复加热所产生的降解作用。这样既简化了操作，又有利于保证树脂的性能不受影响，提高塑料制品的内在质量。

（5）现代先进加工设备和工艺技术的采用，为母料的生产提供强有力的硬件支撑。

2 塑料色母料品种与研发进展[2]

近年来，我国母料开发步伐加快，由最初的聚烯烃色母料发展到现在的通用色母料、专用色母料、多功能色母料、高浓度色母料等多种；颜色也从红、黄、蓝、绿、黑、白6 种发展到现在的数十种。现分叙之：

（1）通用色母料。通用色母料（也称万能色母料）开发难度较大，因此这种色母料的生产厂家较少。广州羊城工程塑料有限公司选用特殊树脂（K 树脂）和EVA（乙烯—醋酸乙烯酯）为载体树脂，研制开发成功了通用万能色母料，其颜色有40 余种，适用于塑料和橡胶制品。福州市塑料科学技术研究所开发了含颜料40%～60%的通用超浓度色母料，可用于PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、HIPS（高冲击强度聚苯乙烯）、AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、ABS（丙烯腈—丁二烯-苯乙烯共聚物）、PA（聚酰胺）等制品着色。丹阳市家电配件二厂开发了可用于多种工程塑料（POM、PC、PA 等）的通用级高浓度色母料，其颜料浓度为普通色母料的4～10 倍，可按1:（100～250）份数的比例混合后使用。通用万能色母料可用于多种塑料的着色，可减少色母料的库存，节约资金。不足之处，它对某些塑料着色效果不如专用色母料，尚有待提高。

（2）专用色母料。专用色母料的用途单一，如PVC 色母料只能用于PVC 制品着色，而不能用于其它塑料的着色。尽管如此，它着色效果好、价格便宜，因而应用广泛，生产厂家较多，产量也较大。专用色母料的品种大致可分为7 类。

①聚烯烃色母料。聚烯烃色母料在色母料行业中历史最长、产量最大、技术也较为成熟的品种。浙江蓝溪塑料厂以LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）树脂共混物为载体，制得浓磁白色母料，其加工性能良好，操作简单、切粒不掉渣。该色母料用于生产包装容器，可节约30%的钛白粉，还可提高制品光泽和内在质量。福州市科技研究所以国产新型云母钛珠光颜料为主，经表面处理后与树脂及其他助剂共混均匀，然后经挤出机挤出造粒制成的珠光色母料，其着色强度高、分散性好、珠光效果佳，符合卫生技术标准要求。采用该所开发的聚烯烃银色感色母料在PE 薄膜制品制备过程中添加3%，其光泽值提高20%～60%，色泽均匀，制品银色金属感强，力学性能也不受影响，用于包装装潢效果极好。

②薄膜用的色母料。薄膜用的色母料研究开发近年来较为活跃，它要求颜料的粒度更为细小。福州市塑料科技研究所用LDPE（低密度聚乙烯）、EVA 为载体树脂，国产钛白粉为颜料，开发成功的色母料，其颜料含量高达50%，可用于生产7μmLDPE 超薄薄膜，经检验测试产品的某些技术指标达到了日本同类产品水平。中国石化兰州化学工业公司对国产炭黑进行了认真的筛选，选择了适宜薄膜制备的炭黑品种，生产出的炭黑薄膜专用母料通过了国家级技术鉴定。使用该母料生产的薄膜，可防止杂草生长、能起到除草的效果，促进农作物增产增收，而且还可延长薄膜的寿命，废膜也易于回收。反光银灰薄膜专用色母料也已开发成功，并投入了生产。这类薄膜可提高农作物产量，防止蚜虫的生长，减少虫害的发生。

③聚苯乙烯（PS）类色母料。PS 树脂在家电、日化行业中应用较广。广州羊城工程塑料有限公司以高流动性PS 为载体树脂制成的PS 类色母料，可用于GPPS（通用性聚苯乙烯）、HIPS、ABS、SAN（苯乙烯—丙烯腈共聚物）等塑料制品的着色。载体对制品性能的影响较大，最好选用HIPS的树脂为载体。有人用抗冲击级ABS 和AS 为载体，添加着色剂、分散剂、润滑剂等助剂制成的色母料，当用于ABS、AS 等塑料的着色时不会影响制品的抗冲击性能。以ABS 为载体，添加一系列助剂，使用含颜料40%的瓷白浓缩色母料用于冰箱板材的生产。如此，既能降低成本，又可染色均匀。还能提高板材质量，节省进口外汇。

④PVC（聚氯乙烯）树脂色母料。国内生产PVC 着色制品时，基本上都采用在捏合、配料过程中加入着色剂的共混工艺方法。近年来，有些企业开发PVC 色母料，这种母料颜料含量高达40%～70%，比相应色浆的颜料高出一倍，而且颜色分散均匀，长期贮存也能保持颜色的稳定性。

⑤电线电缆专用色母料。我国的PVC 电缆料多是有色的，而本色电缆料较少。电线厂生产不同颜色的电线时需要使用不同颜色的电缆料，它不但占用场地大，资金投入多，而且更换颜色困难，原料浪费也大。

国外一般采用在本色料中添加色母料的方法来生产电线电缆。由于这种方法有许多优点，我国沿海经济发达地区已采用此法。北京化工大学和北京市电线总厂使用Brabender 转矩流变仪，筛选出了PVC 电缆专用料，经使用表明，效果良好，可完全替代进口产品。高速薄层全塑市话通信电缆是20 世纪70 年代迅速发展起来的一项新技术，随着我国邮电通信事业迅速发展，所用高速薄层全塑市话电缆聚烯烃绝缘色母料完全需要进口。上海染化一厂和成都电缆厂开发成功的母料接近美国Willson FiBerfil 公司和日本大日本油墨公司同类产品的水平，可部分替代进口。国内还有些企业，如中国石化兰州化学工业公司、湖南塑料研究所亦开发了该色母料，青岛宏信科技公司塑料助剂厂开发成功了LDPE 黑色电线专用母料，可用于LDPE 电缆生产。常州普莱克红梅色母料有限公司开发的塑料色母料、抗静电色母料、开口母料、阻燃母料、防老化母料等产品，该公司是华东地区最具规模的塑料母粒、功能母料生产企业。

⑥塑料纤维、单丝专用色母料。纤维、单丝专用色母料的开发难度较大，它对颜料的粒度要求极为严格。燕山石化公司树脂所引进瑞士1000t/a 色母料生产线，采用湿法生产工艺，在颜料中加入表面活性剂（转相剂）等一系列助剂后，用沙磨机进行研磨，使颜料颗粒粒径在1μm 左右水平，这种色母料用于纤维抽丝时，可保证150 h 不堵塞喷丝板。中国石化兰化公司开发的PP 纤维色母料，经纺丝证明，质量达到国内先进水平，价格仅为进口的1/3，具有可观的经济效益。福州市塑料研究所开发成功的PE 单丝专用高浓度色母料，已通过了福建省省级鉴定，它适合于制造渔网、建筑安全网、遮阳网和绳缆的PE 单丝着色，具有颜料含量高、分散性好，着色力强和光泽度高等优点。

⑦工程塑料专用色母料。广州羊城工程塑料有限公司以低分子聚酰胺（PA）为载体，制成可用于PA6、PA66、PA1010、PA610 及其他聚酰胺制品的母料。北京佳兴公司开发了适于PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、PBT（聚对苯二甲酸丁二酯）等工程塑料着色的高浓度专用色母料。广东省新会县纤维母料厂开发聚氨酯瓶专用色母料，该产品热稳定性好、着色力强、透明度高、成本低，可完全替代进口产品。此外，广西塑料研究所开发成功了热固性塑料专用色母料，开辟了色母料应用的新领域。

（3）多功能色母料。以往使用的色母料只有着色功能，且功能较为单一。不能满足制品抗静电、阻燃、抗菌、防雾滴等特殊功能的需求，若要赋予其这些特殊功能，则需加入抗静电剂、阻燃剂、抗菌剂、防雾滴剂等助剂，这样使得工艺复杂、成本升高、造成制品力学性能下降，而且制品质量也难以保证。山东省新泰市色母料厂与山东大学共同开发的PRM 多功能色母料，集着色、阻燃、抗静电为一体，添加量为1：（4～8）份。该母料解决了制品生产难题，同时降低了成本。福州市塑料研究所开发了低毒、抗静电、着色、阻燃多功能色母料，它采用高效阻燃剂、抗静电剂、着色剂加载体树脂及其他助剂，经混炼造粒而成。该母料的氧指数达40%、表面体积电阻率≥1011 Ω.cm，LD50（半数致死剂量）≥7 mg/kg，可在PE、PP、ABS、HIPS 中推广应用，其阻燃性达到美国保险业实验室UL94 技术要求。有科研人员在载体中加入抗氧剂、光稳定剂、无滴剂、着色剂、红外线阻隔剂等一系列助剂，制成了多功能母料，添加该母料的PE 薄膜，具有长寿、无滴、保温、着色的功能，可使农作物显著增产。浙江乐清县母料厂开发了安全色母料，它集阻燃、着色为一身，解决了电视机外壳染色与阻燃的难题，使用该母料制成的产品，经国家有关部门检测符合安全标准要求。上海塑料制品研究所在复合载体树脂中添加着色剂、复合阻燃剂、加工助剂，制得的双功能母料可用于PP、ABS、HIPS 等塑料，添加量为1:20 份时，阻燃性能可达到UL94V-2 级。江苏如皋市张黄化工助剂厂利用国内开发技术生产出了耐热、高光泽工程塑料着色母料，主要用于PET、PBT、PC 等工程塑料和各种增强塑料的着色，也可用于PA6、PA66、PA610 等塑料的着色。使用该母料着色，色泽鲜艳，着色力强，耐热氧老化，在加工温度下不分解、不退色、无毒无味，而且分散性好，可与塑料树脂混合均匀，烘干后便可使用。

3 塑料色母料未来的发展方向

随着塑料工业的高速发展，色母粒也水涨船高，其母料产量、品种得到了长足的发展。预计“十四五”期间将向着以下发展：（1）多功能色母料的开发；（2）高性能工程塑料、热塑性弹性体色母料的开发；（3）专用色母粒、色母料用的分散剂、添加剂的开发；（4）色母料性能测试标准的制定和检测机构的建立等；（5）各种先进共混设备的使用，使得母料的加工、改性、复配更为容易和方便，加快了开发功能性母料；（6）纳米技术在塑料色母料研发中的推广应用，极大提高色母料的性能。