Главная / Статьи-разработки-исследования/ Свойства и особенности окрашенных полимеров

Свойства и особенности окрашенных полимеров

Красящие вещества, введенные в полимер, могут влиять на свойства окрашенного полимера. Они обладают своими собственными свойствами, такими как атмосферостойкость, светостойкость, прозрачность, а также могут быть токсичны. Все красящие вещества разделяются на два класса по своему физическому поведению – пигменты – это органические или неорганические соединения не растворяющиеся в полимере и нерастворимые производные растворимых красителей или же - лаки, которые применяются для окрашивания полимерных материалов в массе.

В процессе окрашивания полимеров пигменты могут использоваться в виде порошков, гранулированного пигмента (спрессованная форма), жидких или твердых форм моноконцентратов пигментов и концентратов пигментов (мастербачи – пигментные композиции, введенные в полимер-носитель). Красители - или полимер растворимые органические красящие вещества, способные растворяться в расплавах полимеров, которые также применяются для окрашивания полимеров в массе. Один из видов красителей - жирорастворимые красители, используются при окрашивании полимеров.

Концентрации красителей, необходимые для достижения интенсивных окрасок и составляют ~0,5% от массы полимера. Вводятся в меньших концентрациях по сравнению с мастербачами для достижения одинаковой степени интенсивности окраски изделий. Они равномерно распределяются в массе полимера, не ухудшают физико-механических показателей. Однако эти красители, как правило, уступают пигментам по устойчивости в расплавах полимеров, что ограничивает их использование при окрашивании изделий. Кроме того, возможна миграция красителя, степень которой зависит от структуры и свойств полимера (обычно сильно мигрируют из полиолефинов – ПЭ и ПП).

Свойства красящих веществ

Основными свойствами, на которые следует обращать внимание при выборе концентратов, являются: - термостойкость – значение температуры и продолжительность времени, в течение которого красящее вещество не изменяет цвет. - светостойкость – сохранение окраски изделия под действием солнечного излучения (в частности УФ). Светостойкость оценивается баллами от 1 (очень плохая) и до 8 (выдающаяся), а 6 и 7 баллов – очень хорошая и превосходная.

- атмосферостойкость – испытание долговечности окрашенного материала при воздействии погодных условий – УФ - и ИК-излучения, перепадов температуры и влажность воздуха. - миграция – выпотевание и выделение красящего вещества на поверхность изделия. Выделяют три типа миграции – 1) экстрагирующее выделение – если окрашенный пластик находится в контакте с растворителем и красящее вещество пластика окрашивает растворитель.; 2) контактная миграция – происходит в том случае, когда красящее вещество мигрирует их одного изделия в другое (часто встречается в случае пластифицированного ПВХ); 3) выделение на поверхность полимера. Этот процесс очень медленный, но при этом образуется замутненная поверхность изделия. - абразивный износ – многие неорганические пигменты (диоксид титана с необработанной рутильной структурой, титанаты хрома и никеля) имеют высокую твердость, а поэтому могут вызвать абразивный износ элементов перерабатывающего оборудования. - плей-аут – отложение окрашенного пластика на перерабатывающем оборудовании. Это происходит вследствие несовместимости компонентов смеси. Если, например, полимерная композиция несовместима с лубрикантами или стабилизаторами, то они вместе с пигментами выделяются на поверхность полимера и остывают на поверхности оснастки. - меление – разрушение поверхности полимера. Общей причиной меления является слишком высокая дозировка пигмента. Этот процесс быстро происходит при испытаниях на атмосферостойкость – в присутствии влаги и фотоактивного диоксида титана происходит химическая реакция, которая разрушает поверхность полимера. - влияние на реологию пластмасс – изменение текучести полимера вследствие изменения его вязкости. - коробление – при экструзии и литье из-за плохого диспергирования пигмента в расплаве могут возникать сдвиговые деформации, которые создают коробление пленок (акулья кожа) и утяжины на поверхности изделия или его деформирование.

Взаимодействие красящих веществ с полимерами и добавками

Все пигменты, содержащие в своем составе ионы металлов – меди, железа и марганца, могут уменьшить термостойкость расплава полимера при переработке и атмосферостойкость изделия в течение его эксплуатации. Такие пигменты были заменены на стронциевые лаки. Фталоциановые пигменты с низкой степенью чистоты и высоким содержанием ионов меди могут вызвать преждевременное старение ПП. Использование пигментов с более высокой степенью чистоты и низким содержанием ионов меди, может улучшить ситуацию. - Широко используются при литье под давлением синие и фиолетовые ультрамарины. Применение голубых фталоцианиновых пигментов (кроме альфа- модификации пигмента) нежелательно из-за сильного коробления литьевых изделий.

- Пигменты зеленый и голубой фталоцианиновые почти универсально используется в процессе переработки полиолефинов. Альфа-модификации зеленого и голубого фталоцианинового пигментов обладают высокой термостойкостью – от 270 до 300° С.

Ниже приведем примеры взаимодействия красящих пигментов с технологическими добавками: Пигментные лаки (например, пигмент красный 48:4 / 57: 1) реагируют со стеаратами щелочных металлов и основными антистатическими добавками, что может привести к изменению цвета и уменьшению термостойкости изделия в зависимости от типа пигмента и добавки. Красный пигментный кальциевый лак (пигмент красный 247) при смешении с амидными восками в расплаве дает желтый оттенок. Пигменты желтые 139 и 185 взаимодействуют с антистатическими добавками, что вызывает резко выраженное потемнение цвета при высоких температурах переработки. Пигменты красные 149, 178 и 179 реагируют со светостабилизаторами – двух - и трехосновными затрудненными аминами. При воздействии солнечного света происходит потемнение и обесцвечивание, а также снижение эффективности светостабилизирующей добавки.

Особенности окраски полимеров

Полиолефины. При литье и окрашивании полиолефинов неорганические пигменты не оказывают существенного влияния на усадку и коробление изделия, а большинство органических пигментов – оказывают. Для окрашивания крупногабаритных изделий, предназначенных для наружного использования, успешно используются неорганические цветные пигменты, такие как оксиды железа и хрома, синий ультрамарин, синие и зеленые кобальтовые, оранжевые и красные кадмиевые, кроны. Но в последние годы происходит замена кадмиевых и свинцовых пигментов на комбинации органических с не органическими пигментами. Однако использование органических пигментов ограничено, во-первых, потому что преимущественно в смесях с диоксидом титана и неорганическими цветными пигментами, заметные изменения цвета могут происходить уже после короткого времени эксплуатации изделия. И во-вторых, при взаимодействии со стабилизаторами полимера происходит преждевременное его охрупчивание при эксплуатации.

Полистирол, ПММА, САН. Красящими веществами, которые лучше всего удовлетворяют сохранению прозрачности этих материалов, являются жирорастворимые красители. Из-за высоких температур стеклования и хорошей энергии сольватации этих полимеров жирорастворимые красители практически не мигрируют на поверхность изделий. Из-за того, что такие красители образуют в полимере мономолекулярный раствор, они обеспечивают высокую насыщенность цвета даже при относительно низких концентрациях ввода в материал. Непрозрачная окраска насыщенного оттенка может быть получена при комбинации очень малого количества растворимого красителя и диоксида титана или с неорганическими цветными пигментами.

Полиамиды и поликарбонат. Эти полимеры по своей природе являются гидрофильными и чувствительными к влаге материалами. Поэтому для проведения качественной переработки с окрашиванием необходима хорошая предварительная сушка материалов. Кроме того, есть еще одна особенность переработки полиамидов – температурный интервал от 260 до 280 °С. Если превысить этот интервал, вязкость материала резко уменьшается, он становится более текучим и качество распределения пигмента в полимере снижается. Почти все неорганические пигменты с термостойкостью до 300 °С пригодны для полиамидов и поликарбоната, хотя марки, содержащие примеси тяжелых металлов, могут вызвать деструкцию полимера. Было замечено, что кадмий желтый и ультрамарин могут взаимодействовать с кислотными группами в ПА-6, вызывая миграцию продуктов реакции в виде пятен. Применение органических красителей для полиамидов крайне ограничено, потому что красящие вещества в расплаве быстро разрушаются, что ведет к обесцвечиванию материала или сразу, или же в течение нескольких дней ил недель. Даже самые лучшие марки фталоцианиновых пигментов не могут применяться для окраски, так как присутствующие в них атомы галогена реагируют с амидными группами, вызывая при этом потемнение цвета. Имеется гораздо больший выбор органических жирорастворимых красителей (синие и фиолетовые антрахиноновые) которые проявляют относительно хорошую термостойкость, хотя все равно не исключено потемнение окрашенного полиамида. При окрашивании стеклонаполненного полиамида применение неорганических пигментов может привести к структурным дефектам готового изделия – потере механической прочности. Поэтому в качестве белого пигмента лучше применять сульфид цинка с более мягкой структурой, чем диоксид титана.

Способы окрашивания пластмасс

• Окрашивание полимера в массе в ходе синтеза или на отдельной стадии на заводе-изготовителе – это экономически оправданно только для крупнотоннажных производств, когда размер единичной партии составляет десятки тонн. • Прямое окрашивание порошкообразными пигментами при изготовлении изделия - представляет значительные трудности из-за необходимости дозировать очень малые количества, достигать при этом равномерного перемешивания порошкообразных и гранулированных компонентов, и самое главное - невозможность достаточно качественно диспергировать и равномерно распределить вводимые компоненты.

• Применение специальных выпускных форм: сыпучих пигментных препараций или жидких паст. Применение жидких паст сильно затрудняет переход при замене цвета, т. к. требует длительной и трудоемкой разборки и промывки всего дозирующего и формующего оборудования. Широкого распространения этот способ не получил; • Использование гранулированных суперконцентратов. Последний способ имеет ряд преимуществ: - готовый и стабильный цвет и набор свойств, - легкость дозирования, - стабильность тона при грубых ошибках персонала, - легкость чистки, смены цветов, - возможность автоматизации дозирования, - комбинирование добавок, - снижение требований к оборудованию.

Основные правила применения концентратов

- Полимерная основа применяемого концентрата должна быть однородной и максимально совместимой с основным полимером изделий; - Реологические свойства (текучесть) концентрата должны обеспечивать равномерное и легкое распределение его в изделии; - Недопустимо появление заметных включений (агломератов) в изделии вследствие применения концентратов.

Вернуться

Рекомендуем ознакомится: добавки для полимеров, краситель для тротуарной плитки, меловая добавка, пигменты для бетона купить, пигменты для тротуарной плитки, краситель для бетона, суперконцентраты красителей, красители для полимеров, железоокисные пигменты, диоксид титана Минск.