Clariant-塑料中的应用

科莱恩中国有限公司颜料及添加剂部王显敏2003年12月,颜料基本知识及在塑料中的应用,1.颜色学原理2.颜料基础知识3.颜料性能介绍.4.有机颜料的热稳定性5.有机颜料的分散性6.工程塑料用有机颜料,讲座内容,1.颜色学原理.,1)光线与颜色6)光与物体的交互性2)电磁波的频谱范围7)标准光源3)光的传播8)物体的颜色4)加法混色9)光与物体的交互性5)减法混色10)同色异谱11)CIE-颜色图12)CIEL*a*b*计算公式,光线与颜色,颜色是人眼受到一定波长的光线的刺激通过视觉神经感知的结果。有光线才能看到物体,在宇宙中广泛的光谱范围中，人们只能用肉眼观察到小范围的光波(380-700纳米),我们将此范围内的波称为可见光.,太阳光也叫白色光，白色太阳光包含除品红外的所有色光,由不同波长的光线混合组成。人类的肉眼是看不到长波长和极短波长的光线。,电磁波的频谱范围.,(对数标尺),红外光,紫外光,无线电波,光波,X射线,-射线,可见光,LWMWKWUKWdmWcmWmmW,频率(Hz),波长(m),可见光波长范围：380-700纳米,伊萨克。牛顿1643-1727实验,光的传播,红橙黄绿青兰紫,兰光波长：小于480纳米；绿光波长：480-560纳米黄光波长：560-590纳米；橙光波长：590-630纳米红光波长：大于630纳米白光通过棱镜被分解成各种色光的过程称为光的色散,这种加法仅对可见光有效.,加色法,在加色法中，单独的颜色加在一起组成白色.,两种以上的光混合在一起，光亮度会提高，混合色的总亮度等于相混合的各色光亮度之和。其三原色是红光(700nm)，绿光(546nm)，兰紫光(345.8nm)，这三种色光都不能用其他色光相混而产生。按一定比例混合红，绿，兰紫色光可获得无彩的白光或灰色光。,减色法,通过叠加所有三种颜色滤镜可得到深灰色(而不是黑色),所有三种颜色都吸收可见光,所以只有少量的光线透过.,从复色光中(或白光)减去一种或几种单色光而得到另一种色光的效果。色素的三原色黄，品，青不能由其他色素混合得到，但调整色素三原色的比例却可混合得到所有的色彩。减色法中，混合的色彩越多，明度越低，纯度也会下降。减色法三原色混合结果会出现黑色。,黄青品,散射或反射,光与物体的交互性,吸收,透射,各种物体在阳光照散下会呈现出不同的颜色,物体对落在其表面的光线有选择的,物体的光谱特性,吸收:结构特性,散射:粒子特性,反射:表面特性,缓冲,透射,反射,散射,吸收,吸收：光除了透射外，也可被吸收或作为可见光消失,光散射：光线照射到与其周围物体折射率不同的物体上时会发生散射,光与物体的交互性,无吸收和散射,全部透过,光与物体的交互性,无色透明,无吸收,部分散射,部分透过,白色半透明,无吸收,无透射,全部反射,白色不透明,部分吸收,部分透射,无透射,有色不透明,部分吸收,部分散射,部分透过,有色半透明,部分吸收,部分透射,无散射,有色透明,标准光源D65,CandA的辐射分布.,相对辐射分布,这些数值是在1931年设定的，对应2观察角.,在1964年，开始引入10的观察角。随后标准光源D65开始使用.,标准光源A与白炽灯泡光波的分布相当(因此被称作人造光色).,同色异谱.,red,依赖的,非同色异谱,同色异谱,光源,观察角,反射,独立的,red,光谱配色对:光谱反射率相同，在所有照明条件下颜色都匹配,条件配色对:光谱反射率不同，在特定照明条件下对于特定观察者颜色才匹配,同色异谱说明,又称为条件等色，指两个色样在可见光谱内的光谱分布不同，而对于特定的标准观察者和特定的照明具有相同的三刺激值的两个颜色。我们将光谱反射率曲线不同，但在某一条件下色坐标相同的一对物体定义为同色异谱物体，或条件配色对，如果照明发生变化则该物体将不再匹配。标准光源的使用非常重要。同色异谱的意义可用不同的材料得到颜色的匹配可用少数几个颜色(如三原色或四原色)拼色复制许多颜色可用无毒的着色剂替代有毒的颜料。可用便宜的着色剂来替代昂贵的着色剂以降低成本。同色异谱现象的存在使得使用不同的着色剂调色成为可能,1931年建立的CIE颜色模型.,后面的CIE*XYZ模型(“鞋底状”)就是由此模型发展而来的,色调,明度,饱和度,*CIE=国际照明协会.,色调：色与色的区别明度：颜色的鲜艳度或灰暗度饱和度：单一颜色的深度，在色调质的基础上表现出颜色的纯度,颜色的属性,1.色调色调(H)又称色相，是色与色的区别，如黄，红，兰，绿等。一定波长的光或某些不同波长的光混合，会呈现出不同的色彩表现，即色调。2.明度表征颜色的鲜艳度或灰暗度，对于色调相同的颜色来说，如果光波的反射率，透射率或辐射光能量不相等时，最终的视觉效果也不同，这个变化的量称为明度。颜色的明度取决于光线反射，透射及辐射能量的大小。着色物明度值的大小取决于颜料色量的多少。3.饱和度饱和度也叫纯度或彩度，指反射或透射光线接近光谱色的程度。在纯色颜料中加入白色或黑色后饱和度会降低。饱和度最大的颜色在可见光谱中是各种单色光，称为光谱色。,CIE-颜色图,xy-图,本颜色图根据颜色座标列出了所有可能的颜色.,确定颜色只需X，Z座标就可以.,Y座标是用来确定颜色的亮度的.,标准三刺激值X,Y和Z在这里被换算成如下颜色座标：(x,y和z):,CIEL*a*b*-色彩模型.,黑,黄,+b*,兰,-b*,色彩是人眼对颜色的感觉，根据这种感觉可以分辨各种颜色.,CIEL*a*b*色空间是基于一种颜色不能同时即是绿又是红,也不能既是兰又是黄着个理论而建立的.,单一数值可用于描述红/绿色及黄/兰色特征.因此当一种颜色用CIEL*a*b*表示时,L*代表明度值,a*代表红/绿值,b*代表黄/兰值.,0/360,90,180,270,2,3,4,8,1,5,6,7,9,10,11,12,13,15,14,16,17,21,20,19,18,23,22,1Yellow175HostapermYellowH6G2Yellow213HostapermYellowH5G3Yellow151HostapermYellowH4G4Yellow154HostapermYellowH3G5Orange43HostapermOrangeGR6Red168HostapermScarletGO7Red179HostapermRedP2GL8Brown25HostapermBrownHFR019Red209HostapermRedEGtransp.10Violet19mod.HostapermRedE2B7011Violet19mod.HostapermRedE3B12Violet19mod.HostapermRedE5B0213Red122HostapermPinkE14Red257HostapermRedViolet3RL15Violet19mod.HostapermRedVioletER0216Violet23HostapermVioletBL17Violet23HostapermVioletRLspec.18Blue15:1HostapermBlueA2RHostapermBlueA4RHostapermBlueBT-728-DHostapermBlueBT-729-D19Blue15:2HostapermBlueAFLHostapermBlueBT-627-D20Blue15:3HostapermBlueB2G-LHostapermBlueB4G21Blue15:4HostapermBlueBT-617-DHostapermBlueBFL22Green7HostapermGreenGLS01HostapermGreenGG01HostapermGreenGNX23Green36HostapermGreen8G,Hostaperm颜料,色调角HueAngle,C*=彩度差,H*=色调差,L*=明度差,a*=红/绿-彩度,b*=黄/兰-彩度,L*=明度,E*ab=(L*)2+(a*)2+(b*)2,E*ab=(L*)2+(H*)2+(C*)2,符号代表的内容:,CIEL*a*b*计算公式,L*,a*,b*,L*大于0表示明亮度高，小于0表示灰暗度高a*大于0表示靠近红光，小于0表示靠近绿光b*大于0表示靠近黄光，小于0表示靠近兰光,L*,CIEL*a*b*系统,a*,Eab,-a,+a,F2,F1*,b+,-b,黑,F1,白,F1=试样,F2=标样,=色差,Eab,F1,F2=实际色差.,F1*F2=水平面色差,CIE*-颜色系统.,1,3.2,0=5,H*的允许范围,0,0.0,2=1,0,2.0,4=2,0,4.0,7=3,0,7.1,3=4,H*,“色光,更红,黄更绿,更红橙更黄,更兰红更黄,更兰紫更红,更绿兰更红,更黄绿更兰,”纯度/彩度,灰暗明亮,彩度减少彩度增加,+,+,L*+,C*+,L*,-,C*,-,更干净,更脏,-,-,L,C,2.颜料基础知识,着色剂分类8)颜料的发色原理2)着色剂的物理性能9)标准色深（SD）3)颜色索引10)着色力4)类别名称11)耐晒性5)什么是颜料12)耐候性6)无机颜料的分类13)耐迁移性7)有机颜料的分类,彩色颜料,黑颜料,珠光效果颜料,金属颜料,白颜料,颜料,染料,颜料,染料,着色剂,无机,有机,彩色颜料,彩色染料,黑颜料,黑染料,荧光染料,在颜色色相(DIN55944)之后的分类,着色剂的物理性能,白颜料,无机着色颜料,有机着色颜料,染料,碳黑,散射光线,重散射及吸收,轻散射及吸收,吸收,全吸收,颜色索引,颜色索引(ColorIndex)是一部国际性的染料和颜料及中间体品种的汇编。是由英国染色家协会同美国纺织化学家及调色家协会共同编辑出版的.主要内容：1。以表格形式列出染料颜料的化学分类，CI结构编号，色调，色牢度及用途。2。介绍染料和颜料的结构式，制备途径，性质，化学命名发明者和所申请的有关专利等。3。染料与颜料制造厂商缩写代号索引，以字母顺序排列，另外还介绍了染料，颜料的生态和毒性学等。,颜色索引,如,什么是颜料?,颜料一般不溶于所应用的材料中,颜料在实际应用中不会受到物理及化学因素的影响.,颜料的着色作用是靠对光线有选择的吸收及散射来实现的.,颜料的供货形态可以是精细的粉末，也可以是滤饼.,颜料是彩色的，黑的，白的或荧光的微粒子，有机的或无机的固体物质,无机颜料的分类,碳黑,氧化铁黑,金属络合黑,填料,彩色颜料,金属颜料,珠光颜料,氧化铁,氧化铬,铬酸铅/钼铬铅,镉类群青锰紫,钒酸铋,碳酸盐类,硫酸盐类,硅酸盐类,有机颜料的分类按化学结构分类,非偶氮类(也称杂环类),二恶嗪类颜料，三芳甲烷类,吡咯并吡咯二酮类(DPP),颜料的发色原理,1.发色，助色团学说有机颜料的分子中含有发色，助色团。含有发色团的分子称为发色体。发色团如：-CH=CH-，-N=N-，-N=O,C=O等(25种左右)，增加共轭双键颜色加深，羰基增加，颜色也加深。当分子中引入另外一些基团时，也使发色体颜色加深，这些基团称为助色团，如氨基，羟基和它们的取代基。2.醌构理论有机颜料分子中含有邻醌基或对醌基形成的结构，此理论可解释三芳甲烷类及醌压胺类化合物的发色，但不能解释偶氮及多甲川类的发色。3.分子轨道理论量子理论认为物质中电子具有不同的能级准位，电子在光的作用下可发生能级跃迁(*和n*),3颜料性能介绍,1)标准色深（SD）2)着色力3)耐晒性4)耐候性5)耐迁移性,标准色深是目测颜色强度的感觉SD-标准色深,是某一约定的颜色的深度,即某一给定颜色与纯白的目视差别.饱和度增加,颜色强度越高:亮度增加,颜色强度下降.颜色的计算可根据DIN53235的CIELab体系进行.1/3SD-1/3标准色深,是冲淡色1/25SD-1/25标准色深,是冲淡色VT纯色,又称饱和色,没有用白料冲淡的颜色.TT深色,是指用白料1：1冲淡的颜色.,标准色深(SD)DIN53235,着色力,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。影响颜料着色力的因素除颜料本身外，还与被着色物质组份，材质及应用条件有关。通常定义标准品的着色力为100%，将待测样品与标准样品进行比较塑料：是指将每公斤含5%TiO2（PVC）或1%TiO2（PO）塑料，达到“颜色的标准色深”（SD）时所需要的颜料克数。,耐晒性,耐晒性是指颜料或含有颜料的应用体系在日光照射下，在特定时间内保持着色层色泽的能力。除少数无机颜料外，大部分无机颜料及有机颜料在光照下或多或少都会发生变色现象,以致丧失本身的性能。不同颜料之间的耐光性比较只能在同等颜料深度时进行。耐晒性不仅仅依赖于颜料的结构和颗粒的大小，还有赖于其各种各样的应用领域和颜料浓度。耐光性的测定是将注塑成型的小板平行置于自然光或者人造光源(氙灯）下曝晒，根据DIN53388/DIN53389与8级羊毛蓝尺作对比。8级最高；1级最低。试样置于玻璃下，在阳光或下曝晒。,DIN53952规定的羊毛兰卡.,未曝晒,3级曝晒,5级曝晒,7级曝晒,8,7,6,5,4,3,2,1,级别,ISO规定以一种标准兰色颜料(维多利亚兰)受氙灯照射时颜色的变化情况作为耐晒牢度,耐光性与不同辐射源的关系.,5,4h15h34h100h240h400h800h1600h,2,5h6,5h9h41h80h130h260h520h,2,5h6,5h15h60h110h200h400h800h,2,5h8h20h75h160h270h540h1100h,4Days14“28“70“100“140“160“360“,羊毛兰卡XE1200GLXE1200WWeatherometerSuntest折合户外天数,12345678,耐候性,大气中的各种化学物质如水分，工业废气等都会对颜料体系产生侵蚀。耐候性就是指其抵抗大气中化学及物理因素(包括光照)而保持其色泽的能力。是一个系统性测试，要将所有的原料组成考虑在内。耐候性取决于不同颜料，不同浓度，不同应用领域，不同冲淡程度和不同气候条件。评定方法是户外曝晒12或24个月（FlorideTest）加速老化是用老化仪测试成千小时，人工条件下进行。（Weather-O-Meter）根据标准DIN54001由5级灰卡评价颜色的变化。5级最佳；1级最差。不同颜料的耐候性结果可能异于耐光性是一个系统性测试，要将所有的原料组成考虑在内,佛罗理达耐候试验站,户外自然曝晒试验,全球的年平均光辐射量(Kly),耐迁移性,迁移性是颜料从其所在的涂层中转移到与之接触的另一物质表面上的现象。起霜(Blooming)：色料渗出并能被擦掉。这与颜料的类型，加工温度和颜料的浓度有关。咬底(Overspray)：颜料迁移到下一道漆中。这与处理温度，颜料的浓度和曝晒时间有关。渗色(Bleeding)：颜料从塑料中迁移到与其直接接触的材料中去。这也与加工温度，颜料的浓度和曝晒时间有关。根据DIN54002“颜色的渗出”5级灰卡标准进行。,4.热稳定性,主要依赖于：应用介质（粘结料或塑料）；颜料浓度在加工温度下的停留时间。耐烘烤,热稳定性测试方法(DIN53772),PP保险杠,PP编织袋,LLDPE薄膜,LDPE薄膜,HDPE周转箱,HDPE薄膜,HDPE瓶料,300572,290554,280536,270518,260500,250482,240464,230446,220428,210410,200392,190374,180356170338,C/F,PP纺丝,聚烯烃材料的加工温度,各种工程塑料的加工温度,测试用的颜料制备物采用粉状颜料与蜡制备蜡母粒,制备着色HDPE树脂使用挤出机将HDPE树脂与颜料制备物混合均匀达到以下几种颜料浓度：0.1%,0.05%,0.025%,0.01%和0.005%.,制备注塑切片采用全自动专为测定热稳定性设计的注塑机,在指定的温度与停留时间下打切片,采用光谱测色仪分析切片将切片放置至少16个小时以后，采用光谱测色仪分析切片.使用CIEL*a*b*测定色差DE,着色力，色调角以及色纯度差异。根据DIN53772，将DEab=3控制为热稳定性结果。,氧化铁黄颜料的耐热历程,颜料浓度%,PY180,PY95,PY138,热稳定性C,绿相黄颜料性能,PY191PY183,PY110,PY181,颜料浓度%,热稳定性C,红相黄颜料性能,PO72,PO64,PO43,颜料浓度%,热稳定性C,橙色颜料性能,PV19,型PR242PR122,PR254,PR272,PR170,颜料浓度%,热稳定性C,红色颜料性能,紫色颜料性能,PV19,型.,PV23,颜料浓度%,热稳定性C,5.有机颜料的分散性,初级粒子,凝聚体,聚集体,颜料最小单位以单晶体形式存在，具有该颜料所有性能。,一堆初级粒子以表面与表面相结合。其表面积小于所有单个粒子表面积之和。没有可接触内在面积。,初级粒子与聚集体在棱角上结合。其表面积与所有单个粒子表面积之和大致相同。存在可接触内在面积。,颜料结构,颜料的分散性,颜料凝聚体,润湿(分散剂),分散,分散温定(分散剂),高速搅拌机,双螺杆挤出机/捏合机,加工方法,分散剂过多(例如蜡),颜料的分散,双螺杆挤出机/捏合机,颜料的分散性,PVFastGreenGG01,PVFastOrangeGRL,PVFastRedHB,PVFastRed3B,放大32000倍,电子显微镜下的颜料照片,比表面积与颗粒大小的关系,假设为球型粒子可以得到以下数据:,颜料的粒子越小，其比表面积越大。一般有机颜料的比表面积为十几到几十m/g,颜料的分散性,制备物,颜料,分散情况优良,分散情况较差,显微镜下的照片,颜料的分散性,颜料的分散性,颜料粒子性能对颜色的影响在一定范围内粒径愈小色光愈靠近深色;粒子愈大,色光愈向浅色靠近.通常粒径大，粒度分布较宽，色光发暗；反之色光鲜艳.粒子变小时,比表面增大，着色强度增加;反之,着色力下降.粒径愈小,愈透明;粒径愈大,遮盖力愈高.,颜料的分散性,颜料粒子对颜料性能的影响当粒子变小，比表面积增大时，吸收的光能量增加,受破坏的程度也增加，因此褪色较快.反之,耐晒性提高.颜料粒度小时,受到的重力较小，不易沉淀;但另一方面，粒子小，比表面积增加，表面自由能也增大，粒子总有自动减小表面积的趋势，从而发生絮凝的机会也增大，不利于分散。,过滤值(过滤网压力值)薄膜值(以目测和电子照片共同评估),分散性能的测试方法,颜料的分散性,1色母粒+树脂2挤出机3齿轮磅4分路5筛网6压力探头,过滤压力测定,颜料的分散性,测试样品包括HostalenPP和颜料制备物在加有过滤装置的挤出机中挤出。颜料粒子(颜料凝聚体)会阻碍试样在过滤网中通过，同时炮筒内压力上升。将最终压力与起始压力比较得出过滤值。合格值是小于等于2bar/g。,过滤网压力值的计算,颜料的分散性,过滤值:1.0bar/g,过滤值:4.6bar/g,过滤值:0.4bar/g,颜料的分散性,在LDPE中混有含1%颜料浓度的制备物，然后通过挤出机吹薄膜。采用针孔式照相机与计算机记录颜料颗粒的数量与大小。计算机将结果评定成1-5级薄膜值。合格产品薄膜值小于等于3-4级。,薄膜值,颜料的分散性,颜料的分散性,薄膜值测定仪器,PVFast系列具優秀且廣泛的堅牢度高耐光、耐熱及抗色移性；除小數例外，此糸列顏料能適用於所有塑料Graphtol系列,6.工程塑料用着色剂,注塑成型,1.聚酯(PET,PBT)260-310C2.聚碳酸酯(PC)280-340C3.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)240-260C4.聚酰胺(PA)240-320C5.聚甲醛(POM)190-230C,PET延展瓶片料只能采用染料作着色剂，大部分有机颜料都会产生成核效应。,1.0聚酯,+建议使用,+/o有可能适应,-不建议使用,PBT与PET中采用的着色剂,此处推荐的仅是科莱恩公司生产的染料,+建议使用,+/o有可能适应,-不建议使用,PBTPP,PET及PAN紡絲。產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)、歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I)。美國FDA批淮應用於食品包裝著色。,PVFast黃HGRC.I.顏料黃191/顏料編號18795紅光黃顏料。具卓越耐熱性。使用於HDPE不會出現繞曲現象。是含鎘,鉻等重金屬顏料替代品。適用於PVC,PVC電纜,PO,PS,工程塑料;PP及PET紡絲。產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)、歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I)。美國FDA批淮應用於食品包裝著色。,Graphtol黃H2RC.I.顏料黃139/顏料編號56298我司特別為薄膜及PP紡絲著色工藝而研製之顏料黃139號產品。其良好堅牢度、易分散性及高著色力令其適合應用於PVC,及PO等可作聯苯胺類顏料代替品。產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)、歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I)。,PVFast猩紅4RFC.I.顏料紅242/顏料編號20067猩紅色光且具優良堅牢度表現。特別建議應用於薄膜或紡絲著色。適用於PVC,橡膠,PO,PS,工程塑料;PP,PET及PAN紡絲。產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)、歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I)。,PVFast紅HBC.I.顏料紅247/顏料編號15915单偶氮类,兰光紅颜料理耐热性能优异.在高密度PE中使用不会引起翘曲.可用于除尼龙外的各种塑料.特別适用于PP紡絲,可做为鎘红类无机颜料的替代品.產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I)。,PVFast粉紅EC.I.顏料紅122/顏料編號73915具出色堅牢度表現及極佳分散性;適合應用於廣泛的材料。特別建議應用於薄膜或紡絲著色。適用於PVC,PO,電纜,工程塑料;PP,PET及PA6紡絲。適合作配色用顏料。產品安全性合乎主要歐美日等國家標準，例如歐洲玩具安全條例(EN71Part3)、消費品安全條例(5thAmendmentoftheConsumerGoodsOrdinance)、歐洲食品包裝著色劑要求(EuropeanResolutionAP(89)I