着色剂在PVC压延膜中的应用

聚氯乙烯(PVC)耐磨、阻燃、易加工、价格低廉,应用于工业、农业、建筑、电力、汽车、家电、包装及公用事业等行业。PVC可以通过注塑、挤出、压延、吹塑、搪塑、滚塑等方法成型,压延制品约占PVC制品的20%左右,制品通常为膜、片、板、人造革、壁纸等。

一、PVC压延膜及其特点

所谓PVC压延膜,即用PVC树脂粉、增塑剂、安定剂、加工助剂、润滑剂、抗冲剂等混合后经过压延生产工艺塑化、延展所得到的具有一定宽度、厚度、花纹,满足一定的力学性能的薄膜。压延工艺简单描述如下:

PVC混合物→高速捏合→密炼→开炼→挤出过滤→四辊压延→引离→轧花→冷却→卷取→检验→包装。

PVC压延膜的特点和优点如下:

1、PVC压延膜的规格多样

其单层膜的厚度范围为60~600μm,双层或多层热贴合或胶合后可以达到2.0cm;宽度(也称封度),由压延轮的有效宽度决定,单幅可达1.80m,双封度生产时每卷的封度可以仅为20cm;同样的,不同的压花辘在不同的压力下可以生产出深浅不同的各式花纹,例如平纹、花岗岩纹、仿木纹等等;厚度、宽度(封度)、花纹的自由组合可以生产出成千上万种款式满足不同行业不同用途的客户的需求。

2、PVC压延膜具有优良的透明性

PVC压延膜具有优良的透明性,其透明性优于聚丙烯(PP),经过特殊工艺处理(如过水)后透明性更佳,可以制备对透明性要求很高的产品如书封、文具等。而PVC与不同比例的钛白粉共用,PVC薄膜还可以具备高度遮盖力(达到99%以上),适合用于装饰或广告等用途。

3、PVC压延膜着色性好

常见的无机颜料、有机颜料、部分染料(如荧光染料)等都用于PVC薄膜的着色,可以制成色泽鲜艳的彩色薄膜产品,给人以强烈的视觉冲击引人注意;同时还可以制备金属色、珠光色、荧光色等特殊效果颜色;近年来推出的夜光效果颜料、长余辉效果颜料更会进一步拓宽PVC压延膜在功能材料如公路标识等方面的用途。

其它方面,PVC压延薄膜还具有力学强度高、绝缘性能好、阻燃性优良、耐腐蚀、易加工等优点。这些特点和优点也使得PVC彩色压延膜成为户外广告膜的最适合材料之一,非常适合户外广告、车身广告等使用,但也对其中所使用的着色剂的种类和形态的选择具有较高的要求。

二、PVC压延膜对着色剂的性能要求

着色剂即添加后可以是基材展现一定色彩的物质。着色剂主要分颜料和染料两种。染料和颜料的着色机理不同,染料是溶解于基材中使基材显示一定色彩;而颜料是不能溶于基材中,需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中才能取得令人满意的着色效果。着色剂的形态有多种形式,大致总结为下面物质形式,如表1所示。

表1 颜料的常用形态

形态	特点	是否适用于PVC压延
纯色粉	色粉生产厂商直接生产的产品,色粉凝聚态粒径较大,分散性差,粉尘大	多数不适合
色砂	是通过一定的加工工艺把色粉分散在一定载体内的颜料形式,其外观为砂粒状,其中的着色剂已经进行了预分散,分散性好,使用便利,价格高	适合多数PVC压延使用
色饼	纯色粉分散在一定载体中,但其加工工艺和载体与色砂有较大不同,且外观为饼状,分散性好	适合多数PVC压延使用
色膏	纯色粉分散在一定载体(多为溶剂或增塑剂)中,但其加工工艺和载体与色砂有较大不同,且外观为膏状,分散性好	适合PVC压延使用
色母粒	是一种高效能的塑料着色剂,由基本颜料或染料的组合与载体树脂所组成,高分散,已经配好色,可以直接使用,价高	适合

在表1中,除纯色粉外,其它的色纱、色饼、色膏、色母粒都是颜料的预制物形式,即都是以纯色粉为原料之一,按照一定的比例和载体、稳定剂、润滑剂、助剂等复配后制备而得的可以直接上压延机使用的颜料。一般来说,纯色粉由于其分散性较差,不直接上机用于压延工艺。

PVC压延薄膜生产商必须满足用户对颜色效果及性能的要求,例如色相及其饱和度,颜色的耐光性、耐久性等等,PVC压延薄膜生产商必须保证生产出的产品的颜色及性能与用户提供的样本及要求一致。

有两种基本的配色技术可以选择:

第一,直接选用色母粒,也就是PVC压延膜生产厂家提供色样及颜色要求给色母粒供应商,由色母粒供应商根据要求配色后生产加工成色母粒直接供给PVC彩色压延膜的生产商使用;

第二,PVC压延膜生产商自选颜料,根据配色原理配色。但不管选用那种配色途径,对其中的着色剂的要求是相同的,由于染料的耐热性低、迁移性差,很少用于PVC压延膜中。

我们下面的讨论只针对颜料进行。颜料的性能包括着色力、耐热性、耐迁移性、耐光性、耐候性、耐化学药品性和毒性。而PVC压延薄膜厚度薄、加工温度高、加工过程中剪切力大、摩擦产热高,除了普通的塑料加工对颜料的性能要求外,PVC压延膜中应用的颜料尤其要关注下面的性能:

1、颜料应具有较高的耐热性

PVC混合料压延工艺的加工温度在180~200℃之间,且压延轮的相对滚动造成高剪切力和高摩擦力,压延过程中PVC混合料受热极高,且易产生局部过热情况,因此对颜料的耐热性要求非常高,一般要求颜料的耐热性至少在200℃/5min以上。

颜料的耐热性主要是由着色剂的化学结构决定的,也与着色剂的颜料化处理过程有关,还与颜料复配物中所使用的载体或其它添加剂有关。一般来说,无机颜料、有机的缩合偶氮颜料、异喹哚啉(酮)颜料、喹吖啶酮、酞菁铜等含有多环结构的颜料的耐热性较高;而单偶氮颜料、双偶氮颜料及染料等的耐热性较差。

如果颜料耐热性不足,在PVC加工过程中颜料的色光或者色相改变会导致薄膜生产产生批内色差,严重的可能导致黑点等烧焦情况。

2、颜料应具有优异的分散性

PVC压延薄膜的厚度一般仅60~600μm之间,要求所采用的颜料具有优异的易分散性,不仅颜料初级粒子的粒径范围要控制在远小于薄膜的厚度,还要注意颜料的初级粒子之间不能在混合或者加工过程中发生团聚等情况;如果颜料在PVC混合物中不能良好分散,则容易出现批内色差、色点、色线等问题,当用于透光打灯广告用途时这些缺陷会明显显现。

测量颜料的分散性可以参考DINEN13900-3-2003(颜料和稀释剂.扩散方法和在塑料中可扩散性的评估.第3部分:用两辊磨测定色彩特点和黑色及彩色颜料在聚乙烯中)。采用颜料预制物形态会提高颜料在PVC薄膜中的分散性。

3、颜料的微量使用

所谓颜料的微量使用,即指颜料在颜色配方中的用量低于千分之一(0.1%)时的应用。

一般来说,耐热性好的颜料可以微量使用,耐热性差的颜料很少用于微量使用以保证生产时的批内颜色稳定性,但一些颜料的耐热性与其用量有关,例如紫色颜料P.V.23,在大量使用时候的耐热性很好,可以达到300℃以上。但随着其用量的降低,其耐热性急剧下降,当用量低于万分之一时,其耐热性仅为200℃左右,生产白色等浅色薄膜时产品可能会出现批内色差等问题。因此我们要关注颜料的微量使用问题。

其它方面,用于PVC压延膜的颜料要注意无轮面析出、无粘轮、无迁移等。所谓轮面析出,指在压延生产过程中颜料从薄膜中向薄膜的表层迁移甚至迁移到轮面的现象,使用无色或白色的PVC混料清洗轮子会发现该混合料被染色。

一般中低端颜料在使用量较大时候可能发生轮面析出情况,轮面析出对PVC压延膜的表面效果有较大的负面影响,容易出现麻面、表面光度做不上去的现象。实践中发现加入ST600爽滑透明粉可以改善轮面析出现象,同时还可以提高膜材的吸墨性能，但要注意对薄膜透明性的影响。

来源：安米微纳新材料

原文始发于微信公众号（艾邦车衣膜论坛）：着色剂在PVC压延膜中的应用