Меню

Красители и пигменты для полимеров: полные таблицы характеристик, термостойкость и светостойкость

  • 01.11.2025
  • Познавательное
Таблицы красителей и пигментов для полимеров: термостойкость, светостойкость

Красители и пигменты для полимеров: полные таблицы характеристик, термостойкость и светостойкость

Таблица 1. Основные типы красителей и пигментов для полимеров

Тип красителя/пигмента Химическая природа Основные свойства Применение
Неорганические пигменты Оксиды металлов, соли Высокая термостойкость (до 300°C), отличная светостойкость, химическая стабильность Полиамиды, поликарбонат, толстостенные изделия
Органические пигменты Азосоединения, фталоцианины, хинакридоны Яркие насыщенные цвета, хорошая красящая способность, средняя термостойкость Пленки, упаковка, товары народного потребления
Жирорастворимые красители Антрахиноновые, азокрасители Растворимость в полимерах, прозрачность окраски, высокая насыщенность цвета Прозрачные изделия из ПС, ПК, ПММА
Фталоцианиновые пигменты Комплексы меди с фталоцианином Термостойкость 270-300°C, отличная светостойкость, стойкость к кислотам и щелочам Универсальное применение в полиолефинах
Железоокисные пигменты Оксиды и гидроксиды железа Максимальная светостойкость, щелочестойкость, атмосферостойкость Строительные материалы, бетонные изделия, полимеры
Диоксид титана TiO2 рутильной или анатазной формы Белый цвет, высокая укрывистость, светостойкость, нетоксичность Белые мастербатчи (концентрация 20-70%)
Технический углерод (сажа) Аморфный углерод Черный цвет, защита от УФ-излучения, высокая укрывистость Черные мастербатчи (концентрация 15-40%)

Таблица 2. Характеристики термостойкости красителей

Тип пигмента/красителя Термостойкость, °C Температурный интервал переработки Полимеры
Диоксид титана До 500-600 Широкий диапазон Все термопласты
Железоокисные пигменты До 300 200-300 ПА, ПК, ПП, ПЭ
Фталоцианин голубой/зеленый (альфа-модификация) 270-300 200-300 ПП, ПЭ, ПС, АБС
Хромат цинка 250-300 200-300 Термостойкие полимеры
Кадмиевые пигменты До 300 200-280 Ограниченное применение в ПА
Органические азопигменты 180-250 150-220 ПЭ, ПП, ПС
Антрахиноновые красители 200-280 180-260 ПС, ПК, ПММА
Технический углерод До 400 200-350 Все термопласты
Важное примечание: При переработке полиамидов температурный интервал составляет 260-280°C. Превышение этого интервала приводит к резкому снижению вязкости материала и ухудшению распределения пигмента. Для полипропилена температура переработки составляет 164-175°C, для полиэтилена - 105-137°C.

Таблица 3. Светостойкость пигментов по международным шкалам

Тип пигмента Шкала Blue Wool (1-8) Шкала ASTM (I-V) Характеристика
Фталоцианиновые пигменты 7-8 I Отличная светостойкость, превосходят остальные органические красители
Железоокисные пигменты 7-8 I Максимальная светостойкость среди неорганических пигментов
Диоксид титана 8 I Наивысшая светостойкость, стабильность цвета
Технический углерод 8 I Абсолютная светостойкость, дополнительная УФ-защита
Хромовые пигменты 6-7 I-II Высокая светостойкость, атмосферостойкость
Органические азопигменты желтые 5-6 II-III Хорошая светостойкость, зависит от молекулярной массы
Антрахиноновые красители 5-7 II Хорошая светостойкость для органических красителей
Органические красные азопигменты 4-6 III Средняя светостойкость
Оценка светостойкости: По шкале Blue Wool Scale от 1 до 8, где 8 - максимальная светостойкость. Каждое последующее значение имеет вдвое большую светостойкость, чем предыдущее. По шкале ASTM от I до V, где I - отличная светостойкость (соответствует 7-8 баллам Blue Wool). Для художественных материалов уровень III считается недостаточным, для технических применений может быть приемлем.

Таблица 4. Дисперсность пигментов и их применение

Размер частиц Дисперсность Свойства покрытия Применение
Менее 0,1 мкм (100 нм) Высокодисперсные Прозрачность, глянец, высокая интенсивность цвета Прозрачные окраски, глянцевые покрытия
0,1-0,3 мкм (100-300 нм) Тонкодисперсные Полупрозрачность, хороший глянец Качественные покрытия, тонкие пленки
0,3-1,0 мкм Среднедисперсные Оптимальное сочетание укрывистости и цвета Универсальное применение в полимерах
1,0-10 мкм Грубодисперсные Высокая укрывистость, матовость Кроющие покрытия, наполнители
Более 40 мкм Крупнодисперсные Очень высокая укрывистость, грубая текстура Специальные применения, наполнители
Пример влияния дисперсности: Органические пигменты с высокой дисперсностью обеспечивают большую интенсивность краски при меньшей концентрации. Мелкодисперсные частицы создают прозрачное покрытие, в то время как крупнодисперсные пигменты дают кроющую способность. Гетеродисперсное распределение (частицы разного размера) обеспечивает более плотную упаковку, чем монодисперсное.

Таблица 5. Рекомендуемые концентрации ввода красителей

Тип изделия Метод производства Процент ввода мастербатча, % Примечания
Тонкие пленки Экструзия 2-5 Зависит от толщины и требований к цвету
Толстостенные изделия Литье под давлением 0,5-1 Высокая светостойкость и термостойкость
Трубы, профили Экструзия 0,7-3 Равномерное распределение цвета
Выдувные изделия Экструзионно-выдувное формование 0,7-3 Хорошая дисперсия
Белые изделия Различные 1-10 В зависимости от толщины и типа TiO2
Черные изделия Различные 0,5-5 Содержание сажи в мастербатче 15-40%
Цветные изделия Различные 0,5-5 Органические пигменты, высокая насыщенность
Расчет количества мастербатча: Если требуется окрасить 100 кг полимера с использованием 3% мастербатча, необходимо: 100 кг × 0,03 = 3 кг мастербатча и 97 кг основного полимера. Для мастербатча с содержанием пигмента 40% фактическое содержание пигмента в готовом изделии составит: 3% × 40% = 1,2% от массы изделия.

Оглавление статьи

1. Классификация красителей и пигментов для полимерных материалов

Красители и пигменты для полимеров представляют собой специализированные вещества, используемые для придания пластмассовым изделиям требуемого цвета и дополнительных функциональных свойств. Правильный выбор красящих веществ критически важен для обеспечения качества и долговечности конечного продукта.

Основные категории красящих веществ

Неорганические пигменты являются минеральными соединениями на основе оксидов и солей металлов. Они характеризуются превосходной термостойкостью, способностью выдерживать температуры до 300 градусов Цельсия, что делает их идеальным выбором для высокотемпературной переработки полимеров. Железоокисные пигменты представляют собой наиболее распространенную группу неорганических красителей, обладающих максимальной светостойкостью и атмосферостойкостью.

Органические пигменты создаются на основе сложных органических молекул, включая азосоединения, фталоцианины и хинакридоны. Главное преимущество органических пигментов заключается в их способности обеспечивать яркие, насыщенные цвета с высокой красящей способностью. Они особенно востребованы при производстве упаковочных материалов, пленок и товаров народного потребления, где требуется привлекательный внешний вид изделий.

Жирорастворимые красители отличаются способностью растворяться непосредственно в расплаве полимера, образуя мономолекулярный раствор. Это обеспечивает высокую насыщенность цвета даже при относительно низких концентрациях ввода в материал. Антрахиноновые и азокрасители из этой группы широко применяются для окрашивания прозрачных изделий из полистирола, поликарбоната и полиметилметакрилата.

Специализированные типы пигментов

Фталоцианиновые пигменты занимают особое место благодаря уникальному сочетанию свойств. Альфа-модификации зеленого и голубого фталоцианинового пигментов демонстрируют термостойкость от 270 до 300 градусов Цельсия, что позволяет использовать их практически во всех процессах переработки полиолефинов. По светостойкости фталоцианиновые пигменты превосходят остальные органические красители, обладая также высокой стойкостью к химическим реагентам.

Диоксид титана в рутильной или анатазной форме служит основой для создания белых мастербатчей. Концентрация пигмента в белых красителях может варьироваться от 20 до 70 процентов в зависимости от требуемой укрывистости и яркости белизны. Технический углерод, представляющий собой аморфный углерод, используется для производства черных мастербатчей и обеспечивает не только интенсивный черный цвет, но и дополнительную защиту изделий от ультрафиолетового излучения.

2. Термостойкость красителей: критерии выбора и оценка

Термостойкость красителей представляет собой способность пигмента сохранять свои красящие свойства и химическую стабильность при воздействии высоких температур в процессе переработки полимеров. Этот параметр является одним из важнейших критериев при выборе красящего вещества для конкретного применения.

Температурные характеристики различных типов пигментов

Неорганические пигменты демонстрируют наивысшую термостойкость среди всех красящих веществ. Практически все неорганические пигменты с термостойкостью до 300 градусов Цельсия пригодны для окрашивания полиамидов и поликарбоната. Однако необходимо учитывать, что марки, содержащие примеси тяжелых металлов, могут вызвать деструкцию полимера при высоких температурах переработки.

Фталоцианиновые пигменты голубого и зеленого цвета в альфа-модификации обладают высокой термостойкостью в диапазоне от 270 до 300 градусов Цельсия, что делает их практически универсальными для использования в процессе переработки полиолефинов. Эти пигменты сохраняют стабильность своих свойств даже при длительном воздействии повышенных температур.

Особенности термостойкости для различных полимеров

При переработке полиамидов необходимо строго соблюдать температурный интервал от 260 до 280 градусов Цельсия. Превышение этого интервала приводит к резкому снижению вязкости материала, что негативно влияет на качество распределения пигмента в полимере. Кадмий желтый и ультрамарин могут взаимодействовать с кислотными группами в полиамиде-6, вызывая миграцию продуктов реакции в виде пятен на поверхности изделия.

Для полипропилена температура плавления составляет 164-175 градусов Цельсия, температура размягчения находится на уровне 140 градусов. Полиэтилен в зависимости от плотности плавится при температурах в диапазоне 105-137 градусов Цельсия. Органические азопигменты с термостойкостью 180-250 градусов хорошо подходят для этих полимеров, обеспечивая стабильность окраски в процессе переработки.

Критическое замечание: Применение органических красителей для полиамидов крайне ограничено, поскольку красящие вещества в расплаве быстро разрушаются, что ведет к обесцвечиванию материала либо сразу, либо в течение нескольких дней или недель после производства изделия.

3. Светостойкость пигментов и методы ее определения

Светостойкость определяется как способность красителей или пигментов сохранять свои свойства при воздействии света. Энергия светового излучения инициирует изменение молекулярной структуры красящего вещества, что приводит к постепенной потере красящих свойств, уменьшению насыщенности цвета и изменению цветового тона.

Международные шкалы оценки светостойкости

Шкала Blue Wool Scale является наиболее широко используемой международной системой оценки светостойкости. Она состоит из восьми эталонных образцов шерстяных полосок, окрашенных красками различной стойкости. Шкала является геометрической со знаменателем прогрессии равным двум, то есть каждое последующее поле имеет вдвое большую светостойкость, чем предыдущее. Минимальной светостойкости соответствует первое поле шкалы, максимальной – восьмое.

Шкала ASTM International представляет стандартизированные тесты на пигмент, где оценки представлены в масштабе от I до V. Уровень I соответствует отличной светостойкости и эквивалентен 7-8 баллам по шкале Blue Wool. Уровень III для художественных материалов считается недостаточным, но может быть приемлемым для некоторых технических применений. Уровень V имеет очень низкую светостойкость и соответствует оценке 1 по шкале синей шерсти.

Методы определения светостойкости

Ксенотест является одним из наиболее точных методов определения светостойкости. Для его проведения используется ксеноновая лампа, излучение которой приближается к спектру солнечного света. Суть теста заключается в воздействии света на краску определенное количество времени с последующим сравнением образца с эталонной шкалой.

Аппарат искусственной погоды применяется согласно ГОСТ 21903-76 для определения условной светостойкости лакокрасочных материалов и неорганических пигментов. Образцы облучают источниками искусственного света в течение заданного интервала времени с последующим определением изменения внешнего вида, цвета, блеска и коэффициента отражения. В зависимости от условий эксплуатации материалов образцы могут облучаться через слой воды, непосредственно или через светофильтр.

Факторы, влияющие на светостойкость

Химическая природа пигмента является определяющим фактором светостойкости. Неорганические пигменты более светостойки, чем органические. Присутствие хрома в природных образцах пигментов повышает свето- и термостойкость, одновременно создавая лимонный оттенок. Фталоцианиновые пигменты по светостойкости превосходят остальные органические красители, демонстрируя показатели 7-8 баллов по шкале Blue Wool.

Концентрация пигмента существенно влияет на светостойкость готового изделия. С уменьшением концентрации при разбеливании или разбавлении краски светостойкость оттиска снижается. Увеличение толщины красочного слоя позволяет повысить светостойкость, но лишь на относительно небольшую величину – в пределах 0,5 единиц шкалы Blue Wool. Разведение краски может уменьшить ее светостойкость на 2-3 единицы этой шкалы.

4. Дисперсность пигментов и влияние на качество окрашивания

Дисперсность представляет собой характеристику размеров частиц в дисперсных системах. Она обратно пропорциональна среднему диаметру частиц и определяется удельной поверхностью, то есть отношением общей поверхности частиц к единице объема или массы дисперсной фазы. Дисперсность как технологический показатель имеет важное значение в производстве и применении пигментов для пластмасс.

Классификация пигментов по размеру частиц

Высокодисперсные пигменты с размером частиц менее 0,1 микрометра обеспечивают прозрачность окраски, высокий глянец и интенсивность цвета. Органические пигменты с высокой дисперсностью обладают большей интенсивностью краски при меньшей концентрации. Такие пигменты идеально подходят для создания прозрачных глянцевых покрытий на изделиях из полистирола, поликарбоната и полиметилметакрилата.

Тонкодисперсные пигменты размером от 0,1 до 0,3 микрометра создают полупрозрачные покрытия с хорошим глянцем. Размер первичных частиц органических пигментов обычно находится около 0,3 микрометра или 300 нанометров, что обеспечивает оптимальное сочетание цветовых характеристик и технологических свойств.

Среднедисперсные пигменты с размером частиц от 0,3 до 1,0 микрометра представляют оптимальное сочетание укрывистости и насыщенности цвета. Они находят универсальное применение в окрашивании полимеров различных типов. Грубодисперсные пигменты размером от 1,0 до 10 микрометров обладают высокой укрывистостью и создают матовые покрытия, используются для кроющих покрытий и в качестве наполнителей.

Процесс диспергирования пигментов

Диспергирование пигментов представляет собой сложный многостадийный процесс превращения сухих пигментов в стабильную пигментную дисперсию с требуемыми характеристиками. Процесс включает три основные стадии. При смачивании пигмента происходит обмен воздуха и влаги на поверхности частиц со смолой. При измельчении пигментная смесь разбивается на более мелкие части с помощью приложения механической силы. Стабилизация представляет собой процесс, при котором дисперсия пигмента стабилизируется с помощью диспергирующих агентов.

Для полиолефинов, таких как полиэтилен и полипропилен, процесс диспергирования особенно важен. Эти полимеры неполярны и обладают очень низкой смачиваемостью. Поэтому перед соединением пигментов с полимером их вначале диспергируют, а затем обрабатывают поверхностно-активными веществами, которые не позволяют отдельным частицам пигмента снова скоагулировать.

Влияние дисперсности на свойства покрытий

Декоративные, защитные и физико-механические свойства сформированных лакокрасочных покрытий во многом зависят от дисперсности входящих в их состав пигментов. Полидисперсность влияет на чистоту цвета пигментов, агрегативную устойчивость пигментных суспензий, упаковку частиц пигментов в полимерном покрытии.

Качество пигментов, полученных из природных минералов, значительно зависит от качества помола, степени распределения частиц по размерам, а также от формы получаемых частиц. Существует такой параметр, как форм-фактор частиц, который характеризует соотношение размеров частицы в различных направлениях. Гетеродисперсное распределение пигментов с частицами разного размера обеспечивает более плотную упаковку, чем применение частиц одинакового размера, что положительно влияет на механические свойства покрытия.

Практический пример: При производстве перламутровых пигментов из неорганического природного минерала мусковита или арагонита явление переливчатости – опалесценции очень сильно зависит от размера и формы частиц. Алюминиевые пластинки пигмента под серебристый металлик имеют средний размер в диапазоне нескольких микрометров, а на их поверхность наносят тонкий слой полимерного покрытия для предохранения алюминия от окисления.

5. Концентрация красителей в мастербатчах и технология ввода

Концентрация красителей в мастербатчах является одним из ключевых параметров, определяющих эффективность окрашивания полимерных изделий. Мастербатчи представляют собой концентрированные смеси пигментов или красителей, диспергированных в полимере-носителе, которые добавляются в основной полимер в процессе производства изделий.

Концентрация пигментов в различных типах мастербатчей

В зависимости от особенностей конкретного наполнителя или пигмента их концентрация в готовом мастербатче может колебаться в пределах от 20 до 90 процентов. Термин суперконцентрат применяется к мастербатчам, в которых доля пигмента составляет более 20-30 процентов, то есть концентрат с большим содержанием пигмента.

Белые мастербатчи изготавливают на основе высококачественного диоксида титана рутильной формы с содержанием пигмента от 20 до 70 процентов. Выбор концентрации зависит от требуемой укрывистости, яркости белизны и толщины конечного изделия. Процент ввода белого красителя в изделие составляет от 1 до 10 процентов в зависимости от этих факторов.

Черные мастербатчи производятся на основе технического углерода с концентрацией сажи от 15 до 40 процентов. Чем выше процентное содержание сажи в красителе, тем меньше его необходимо для придания нужного оттенка. Процент ввода черного красителя составляет от 0,5 до 5 процентов в зависимости от метода переработки и типа изделия.

Цветные суперконцентраты на полимерной основе представляют собой комплекс органических или неорганических пигментов, придающих изделиям насыщенные и яркие цвета. Концентраты обычно содержат от 15 до 50 процентов красителя или пигмента, а также различные добавки, которые помогают равномерно распределить краситель в материале.

Рекомендации по вводу мастербатчей для различных изделий

Для производства тонких пленок на основе полиэтилена высокого давления, линейного полиэтилена низкой плотности и полиэтилена низкого давления предпочтительны суперконцентраты с высоким содержанием пигмента. Процент ввода красителя составляет от 2 до 5 процентов в зависимости от толщины пленки и требований к цвету. Эти красители обладают высоким уровнем распределения в полимерной массе и подходят для всех основных видов переработки полимеров в пленочной промышленности.

Для производства толстостенных изделий методами литья под давлением или ротационного формирования разработаны красители с высокой светостойкостью и термостойкостью, содержащие специальные наполнители и обеспечивающие хорошую дисперсию и гомогенизацию. Процент ввода для таких изделий составляет от 0,5 до 1 процента, что обеспечивает требуемую интенсивность цвета при сохранении механических свойств полимера.

Трубы и профили, получаемые методом экструзии, требуют введения от 0,7 до 3 процентов мастербатча для обеспечения равномерного распределения цвета по всему сечению изделия. Изделия, полученные методом выдувной экструзии, также окрашиваются с использованием 0,7-3 процентов концентрата, что позволяет достичь необходимой интенсивности цвета при сохранении хорошей дисперсии пигмента.

Технология дозирования и смешивания

Способ ввода суперконцентратов в полимер определяется возможностями оборудования на производстве. В зависимости от требуемой степени точности дозирования могут применяться волюметрические и гравиметрические дозаторы различного типа действия. При малых объемах производства и нецелесообразности затрат на дорогостоящие дозаторы допускается ручное смешивание мастербатча с основным сырьем.

Качественное смешивание обеспечивается благодаря гранулированной форме мастербатчей. Пигменты в мастербатче уже предварительно распределены по полимерной матрице гранулята, что обуславливает их равномерное распределение по всему объему полимера при смешивании с основным сырьем. Это делает технологический процесс ввода мастербатчей наименее сложным по сравнению с другими способами окрашивания пластмасс, предполагая минимальные затраты на дозирующее оборудование и наименьшие трудозатраты.

6. Суперконцентраты и мастербатчи: современные технологии окрашивания

Суперконцентраты, также известные как мастербатчи от английского термина masterbatch, представляют собой инновационные продукты, ставшие настоящим прорывом в сфере переработки полимеров. Эта технология окрашивания обеспечивает максимальное качество и эффективность процесса придания цвета полимерным изделиям.

Преимущества использования мастербатчей

Применение мастербатчей обеспечивает целый ряд технологических и экономических преимуществ перед прямым добавлением порошковых пигментов или красителей. Равномерное распределение цвета достигается благодаря тому, что пигменты уже предварительно диспергированы в полимерной матрице гранулята. Это обеспечивает однородный цвет в конечном продукте без образования цветовых пятен или неоднородностей.

Удобство дозирования является существенным преимуществом гранулированной формы мастербатчей. Отсутствие пыли при работе с гранулами улучшает условия труда и уменьшает загрязнение производственных помещений. Стабильность цвета от партии к партии обеспечивается благодаря контролируемым условиям производства мастербатчей на специализированных предприятиях.

Экономическая эффективность использования мастербатчей достигается за счет сокращения времени производства и уменьшения вероятности ошибок, связанных с неправильным дозированием красителей. Следует отметить, что использование красителей и пигментов в чистом виде никогда не позволит добиться равномерного окрашивания материала, в то время как мастербатчи решают эту проблему на стадии производства концентрата.

Производство и состав мастербатчей

Производство мастербатчей представляет собой высокотехнологичный процесс, требующий специального оборудования и строгого контроля качества. На первом этапе пигменты подвергаются тщательному диспергированию для разрушения агломератов и получения однородного распределения частиц. Затем пигменты обрабатывают поверхностно-активными веществами, которые не позволяют отдельным частицам снова скоагулировать.

Полимер-носитель активизируют введением специальных технологических добавок, таких как доломит, наноглины или химические компоненты, улучшающие совместимость с пигментами. После смешивания подготовленных пигментов с активизированным полимером-носителем готовую расплавленную массу пропускают через гранулятор, получая суперконцентрат в виде удобных для дозирования гранул.

Состав современных мастербатчей включает не только красители и полимер-носитель, но и различные функциональные добавки. Антиоксиданты защищают полимер от термоокислительной деструкции в процессе переработки. Светостабилизаторы повышают устойчивость окрашенного изделия к воздействию ультрафиолетового излучения. Процессинговые добавки улучшают технологические свойства расплава, облегчая переработку полимера.

Разновидности мастербатчей по применению

Пленочные мастербатчи специально разработаны для производства тонких пленок и требуют высокого содержания хорошо диспергированного пигмента. Они обеспечивают равномерное окрашивание даже при малой толщине пленки и обладают оптимальным уровнем светостойкости и термостойкости для данного применения.

Литьевые мастербатчи предназначены для окрашивания толстостенных изделий, получаемых методом литья под давлением. Они содержат специальные наполнители и обеспечивают хорошую дисперсию и гомогенизацию при высоких температурах переработки. Высокая светостойкость и термостойкость делают их идеальным выбором для изделий, эксплуатирующихся в сложных условиях.

Волоконные мастербатчи разработаны с учетом специфических требований производства полимерных волокон и нитей. Они обеспечивают стабильность окраски по всей длине волокна и не ухудшают прочностные характеристики конечного продукта.

7. Взаимодействие красителей с полимерами и технологическими добавками

Взаимодействие красящих веществ с полимерами и технологическими добавками представляет собой сложный комплекс физико-химических процессов, которые могут существенно влиять на качество окрашивания и свойства конечного изделия. Понимание этих взаимодействий критически важно для правильного выбора красителей и оптимизации технологии окрашивания.

Химическое взаимодействие пигментов с полимерами

При окрашивании полиамидов фталоцианиновые пигменты демонстрируют специфическое взаимодействие с полимером. Даже лучшие марки фталоцианиновых пигментов не могут применяться для окраски полиамидов, поскольку присутствующие в них атомы галогена реагируют с амидными группами, вызывая потемнение цвета. Это явление необходимо учитывать при выборе красителей для данного типа полимера.

Кадмий желтый и ультрамарин могут взаимодействовать с кислотными группами в полиамиде-6, вызывая миграцию продуктов реакции в виде пятен на поверхности изделия. Такое взаимодействие приводит не только к изменению внешнего вида, но и может влиять на механические свойства материала. Марки неорганических пигментов, содержащие примеси тяжелых металлов, могут вызвать деструкцию полимера при высоких температурах переработки.

Взаимодействие с технологическими добавками

Пигментные лаки реагируют со стеаратами щелочных металлов и основными антистатическими добавками, что может привести к изменению цвета и уменьшению термостойкости изделия. Степень этого эффекта зависит от типа конкретного пигмента и используемой добавки. При разработке рецептуры необходимо проводить предварительные испытания совместимости компонентов.

Красный пигментный кальциевый лак при смешении с амидными восками в расплаве дает нежелательный желтый оттенок. Пигменты желтые определенных типов взаимодействуют с антистатическими добавками, что вызывает резко выраженное потемнение цвета при высоких температурах переработки. Эти явления необходимо учитывать при составлении композиций для окрашивания.

Миграция и стабильность красителей

Жирорастворимые красители практически не мигрируют на поверхность изделий из высокопрочных полимеров благодаря высоким температурам стеклования и хорошей энергии сольватации этих полимеров. Такие красители образуют в полимере мономолекулярный раствор, обеспечивая высокую насыщенность цвета даже при относительно низких концентрациях ввода в материал.

При окрашивании стеклонаполненного полиамида применение неорганических пигментов может привести к структурным дефектам готового изделия, включая потерю механической прочности. Это связано с особенностями взаимодействия частиц пигмента со стекловолокном в структуре композита. Для таких применений рекомендуется использовать специально разработанные марки красителей.

Влияние условий переработки

Температурный интервал переработки критически важен для сохранения свойств красителей. Для полиамидов интервал от 260 до 280 градусов Цельсия является оптимальным. Превышение этого интервала приводит к резкому снижению вязкости материала, что негативно влияет на качество распределения пигмента в полимере. Кроме того, повышенная температура может вызвать термическую деструкцию органических красителей.

Влажность исходного сырья также оказывает существенное влияние на качество окрашивания. Полиамиды являются гигроскопичными материалами, поэтому для проведения качественной переработки с окрашиванием необходима хорошая предварительная сушка материалов. Остаточная влага может вызывать гидролиз полимера и дефекты поверхности, которые особенно заметны на окрашенных изделиях.

Рекомендация специалистов: При разработке новых композиций всегда проводите предварительные испытания совместимости красителей с полимером и технологическими добавками в реальных условиях переработки. Это позволит избежать проблем при запуске серийного производства и обеспечит стабильность качества окрашенных изделий.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличаются органические пигменты от неорганических?
Неорганические пигменты представляют собой минеральные соединения на основе оксидов и солей металлов. Они характеризуются превосходной термостойкостью до 300 градусов Цельсия, максимальной светостойкостью и химической стабильностью. Органические пигменты создаются на основе сложных органических молекул и обеспечивают более яркие и насыщенные цвета, обладают высокой красящей способностью, но имеют среднюю термостойкость 180-250 градусов. По светостойкости органические пигменты уступают неорганическим, за исключением фталоцианиновых пигментов, которые по этому показателю превосходят остальные органические красители.
Как определяется термостойкость красителя и почему она важна?
Термостойкость красителя определяется как максимальная температура, при которой пигмент сохраняет свои красящие свойства и химическую стабильность без разрушения или изменения цвета. Это критически важный параметр, поскольку полимеры перерабатываются при высоких температурах: полиамиды при 260-280 градусах Цельсия, полипропилен при 164-175 градусах, полиэтилен при 105-137 градусах. Если термостойкость красителя недостаточна для данной температуры переработки, произойдет деструкция красящего вещества, что приведет к обесцвечиванию, изменению оттенка или потемнению окрашенного изделия.
Что такое светостойкость и как она оценивается?
Светостойкость представляет собой способность красителей или пигментов сохранять свой первоначальный цвет под воздействием светового излучения. Для оценки используются международные шкалы. Шкала Blue Wool Scale имеет градацию от 1 до 8, где 8 означает максимальную светостойкость. Шкала является геометрической, каждое последующее значение имеет вдвое большую светостойкость. Шкала ASTM оценивает светостойкость от I до V, где I соответствует отличной светостойкости (эквивалент 7-8 баллов по шкале Blue Wool), а V - очень низкой. Для определения светостойкости применяют ксенотест с использованием ксеноновой лампы, излучение которой приближается к спектру солнечного света.
Что означает дисперсность пигмента и как она влияет на качество окрашивания?
Дисперсность характеризует размер частиц пигмента в дисперсной системе и обратно пропорциональна среднему диаметру частиц. Высокодисперсные пигменты с размером частиц менее 0,1 микрометра обеспечивают прозрачность окраски, высокий глянец и интенсивность цвета при меньшей концентрации. Среднедисперсные пигменты размером 0,3-1,0 микрометра дают оптимальное сочетание укрывистости и насыщенности цвета. Грубодисперсные пигменты размером 1,0-10 микрометров создают матовые покрытия с высокой укрывистостью. Качество диспергирования влияет на чистоту цвета, стабильность суспензии и равномерность окрашивания. Плохо диспергированные пигменты могут образовывать агломераты, приводящие к появлению цветовых пятен и дефектов на поверхности изделия.
Сколько мастербатча нужно добавлять в полимер?
Количество мастербатча зависит от типа изделия и метода производства. Для тонких пленок рекомендуется вводить 2-5 процентов мастербатча в зависимости от толщины и требований к цвету. Для толстостенных изделий, полученных литьем под давлением, достаточно 0,5-1 процента концентрата. Трубы и выдувные изделия требуют 0,7-3 процентов мастербатча. Белые изделия могут требовать от 1 до 10 процентов в зависимости от толщины и содержания диоксида титана в мастербатче. Черные изделия окрашиваются с использованием 0,5-5 процентов мастербатча с содержанием сажи 15-40 процентов. Конкретная дозировка определяется требуемой интенсивностью цвета и типом используемого суперконцентрата.
Что такое мастербатч и чем он отличается от обычных красителей?
Мастербатч или суперконцентрат представляет собой концентрированную смесь пигментов или красителей, предварительно диспергированных в полимере-носителе и представленных в виде гранул. В отличие от порошковых красителей, мастербатчи обеспечивают равномерное распределение цвета, удобство дозирования, отсутствие пыли при работе и стабильность цвета от партии к партии. Концентрация пигментов в мастербатчах составляет от 20 до 90 процентов в зависимости от типа. Технология использования мастербатчей является наиболее технологичным способом окрашивания полимеров, предполагая минимальные затраты на оборудование и трудозатраты по сравнению с прямым добавлением порошковых пигментов.
Какие пигменты лучше использовать для изделий, эксплуатирующихся на открытом воздухе?
Для изделий, подвергающихся воздействию солнечного света и атмосферных факторов, необходимо выбирать пигменты с максимальной светостойкостью и атмосферостойкостью. Оптимальным выбором являются неорганические пигменты: диоксид титана, железоокисные пигменты, технический углерод - все они имеют светостойкость 7-8 баллов по шкале Blue Wool. Из органических пигментов лучшими показателями обладают фталоцианиновые пигменты голубого и зеленого цвета, которые по светостойкости превосходят остальные органические красители. Также рекомендуется использование светостабилизирующих добавок в составе мастербатча, которые снижают влияние ультрафиолета на полимеры и замедляют выцветание окрашенных изделий.
Можно ли смешивать разные типы красителей для получения нужного цвета?
Смешивание различных типов красителей возможно, но требует осторожности и предварительных испытаний. При сочетании разных пигментов светостойкость смеси обычно соответствует самому нестойкому компоненту, а не является усредненной. Необходимо учитывать совместимость пигментов между собой и с полимером. Некоторые пигменты могут вступать в химические реакции друг с другом или с технологическими добавками, что приводит к изменению цвета. Например, пигментные лаки реагируют со стеаратами щелочных металлов, что может вызвать изменение оттенка. Для получения стабильных цветовых композиций рекомендуется использовать готовые цветные мастербатчи, разработанные производителями, либо обращаться к специалистам для подбора совместимых комбинаций пигментов.
Как хранить мастербатчи и сколько времени они сохраняют свои свойства?
Мастербатчи следует хранить в сухом помещении при температуре не выше 30 градусов Цельсия, защищая от прямых солнечных лучей и влаги. Гигроскопичные полимеры-носители, такие как полиамид, требуют особенно тщательной защиты от влаги. При правильном хранении мастербатчи сохраняют свои свойства в течение 12-24 месяцев. Однако необходимо учитывать, что дисперсный состав пигментов может изменяться в процессе длительного хранения. Перед использованием мастербатча после длительного хранения рекомендуется провести пробное окрашивание для проверки соответствия цвета и качества распределения пигмента. Вскрытые упаковки следует использовать в первую очередь и защищать от попадания влаги и загрязнений.
Почему окрашенное изделие со временем может изменить цвет?
Изменение цвета окрашенного изделия может происходить по нескольким причинам. Недостаточная светостойкость пигмента приводит к выцветанию под воздействием ультрафиолетового излучения - энергия света инициирует изменение молекулярной структуры красящего вещества. Термоокислительная деструкция полимера и красителя может происходить при эксплуатации в условиях повышенных температур. Миграция некоторых типов красителей к поверхности изделия вызывает неравномерность окраски. Химическое взаимодействие пигментов с компонентами полимера или технологическими добавками также может приводить к изменению оттенка. Для предотвращения этих явлений необходимо выбирать красители с высокой светостойкостью, использовать светостабилизирующие и антиоксидантные добавки, а также обеспечивать правильные условия переработки и эксплуатации изделий.

Отказ от ответственности

Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленная информация не является руководством к действию и не может служить основой для принятия технологических или коммерческих решений без дополнительной консультации со специалистами.

Автор и правообладатель не несут ответственности за любые прямые или косвенные последствия использования информации, содержащейся в данной статье. Все технологические процессы должны разрабатываться и внедряться квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий производства и требований нормативной документации.

Источники информации

Использованы материалы следующих научных и технических источников:

  • Справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ
  • ГОСТ 21903-76. Материалы лакокрасочные. Методы определения условной светостойкости
  • Международные стандарты ASTM по оценке светостойкости пигментов
  • Стандарты ISO 105-B по определению светостойкости (Blue Wool Scale)
  • Научные публикации по химии высокомолекулярных соединений
  • Технические документы производителей пигментов и суперконцентратов
  • Публикации в специализированных изданиях по полимерной промышленности

Рекомендуется проводить собственные испытания и консультироваться с поставщиками сырья перед внедрением любых технологических решений.

© 2025 Компания Иннер Инжиниринг. Все права защищены.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.