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    颜料雷竞技官网和颜料预制剂

    发布时间:2019-07-16来源:本站点击:0

    1.雷竞技官网的定义和市场

    所谓雷竞技官网就是把超常亮的颜料很好地分散并均匀地分布融合于树脂之中而制得的高浓度着色颗粒,用于对塑料制品的着色。雷竞技官网中所含的颜料(或染料)一般在20%~70%(质量分数)。依据成本的最优化和加工的可行性原则,塑料制品着色时一般的雷竞技官网添加与主题数值之比为2:100。

    雷竞技官网除了配色以满足客户对最终色彩的要求外,主要是解决颜料在塑料树脂中的分散问题,并以此来满足客户对制品中颜料颗粒细度的要求。因此,不能仅仅把雷竞技官网制造理解为只是将颜料和树脂混合后挤出造粒的一个简单过程,它是颜料化学、树脂熔体加工、表面化学等的高度综合的系统工程。

    伴随着石化工业的迅猛发展,我国塑料产量逐年大幅增加,质量持续提高,新品种不断涌现。因此,与塑料加工业密切相关的雷竞技官网的需求潜力不言而喻。1994~2012年我国雷竞技官网市场平均年增长率高达15%。我国雷竞技官网在各种树脂领域的消费构成以及在各个应用市场消费需求构成参见表7-6和图7-40。

    预计在今后几年中,我国的雷竞技官网在塑料制品的各大应用领域还保持着持续增长的态势。

    ①人们的生活节奏日益加快,对生活便利化的追求越来越高,一次性包装雷竞技官网手机版的需求增长迅猛,PP、PS、ABS等包装雷竞技官网手机版用雷竞技官网需求也将水涨船高。

    ②随着汽车工业在中国的高速发展,新型树脂品种的涌现和改性技术的不断发展,加上车用塑料部件的比例逐年上升,可以预见汽车专用雷竞技官网的市场前景不可限量。

    ③近年来,我国投入巨资进行农村和城市电网改造,电力建设的重点已从电站建设转向电网建设,伴随各类架空电缆需求的增长,必将带动电缆专用雷竞技官网产业再次发展的高潮。

    ④国内塑料建材已形成相当的生产规模,各种塑料膜、片材、板材、管材、框架、异型材等制品已经很大地替代了传统建材,随着社会持续发展理念的增强,这样的发展趋势将不可遏制。

    ⑤家电和电信产品行业发展迅猛,尤其是各类电信产品越来越短的更新换代周期所导致的高淘汰率,形成了雷竞技官网在这一行业高速发展的主要动能。

    ⑥伴随着新雷竞技官网手机版和改性技术的发展,各类基建用工程塑料的增长潜力得以充分释放,以塑代木,以塑料钢及其他金属雷竞技官网手机版的案例随处可见。塑料以及塑料雷竞技官网在这一领域的发展方兴未艾。

    ⑦薄膜市场统领着整个制品市场,每个行业与薄膜制品或包装薄膜密不可分。彩色塑料薄膜占总的薄膜量的比例也在攀升。因此,塑料薄膜专用的雷竞技官网无论从使用量还是质量的提升都有着很大的提高空间。

    2.颜料在聚烯烃雷竞技官网中的分散

    聚烯烃在整个塑料市场上是生产量和使用量最大的树脂种类,超过整个塑料市场用量的60%,聚烯烃树脂被大量用于塑料薄膜、管材、板材、中空件、纺丝等行业;在着色的聚烯烃塑料制品中80%以上都采用雷竞技官网工艺进行着色。所以本节就以聚烯烃雷竞技官网为例来讨论颜料在塑料中分散和应用的问题。

    目前国内外相当多的雷竞技官网生产商采用高速混合加双螺旋杆挤出的配套工艺,工艺流程见图7-41。 

    该工艺是将原料(载体树脂,聚乙烯蜡,颜料和助剂)按配方计量后加入高速混合机,用高速对物料进行搅拌,通过高速运转和阻流挡板的共同作用对颜料粗大颗粒进行预破碎,并与相对低熔点的聚乙烯蜡融合进行预湿润,同时均匀地粘附在因高速搅拌摩擦升温而产生表面塑料的树脂颗粒上;完成上诉过程后再经由低速低温的混合机的冷却,以解除混合料颗粒间的相互黏连;然后将混合料加入同向平行双螺杆机挤出经过熔融塑化(此步骤包含对颜料颗粒的进一步湿润作用)、混炼、研磨等步骤,然后经模头挤出切粒成为雷竞技官网制品。实验经验证明,颜料在高速混合过程中的预湿润在很大程度上决定了雷竞技官网产品最终分散性的优劣与否。

    目前,国内在雷竞技官网生产工艺的选择等方面还存在以下典型的误区。

    ①双螺杆的长径比越大越好

    似乎只要加大螺杆长径比,增加了研磨的比重就可以解决所有分散的问题。殊不知如果没有针对个案分散问题的症结对症下药,一味地增加长径比,非但不能真正解决问题,还会导致能耗的浪费和生产能力的下降。

    ②过滤网越细越好

    较细的过滤网的确能够确保雷竞技官网制品中颜料细度的控制。但是,如果没有有效地解决分散问题,只是依靠过滤网的作用来保证制品质量,那么,所带来的后果就会是不断频繁地更换滤网,导致停车时间增加,严重影响产能的正常发挥。更有甚者,过多的停车换网会造成更多物料在高温机器筒内的长时间滞留,这部分的树脂物料极有可能导致深度的降解而给最终应用带来不可预料的伤害,较长时间的高温滞留也对导致色差的增大。

    ③增加造粒次数可以解决分散难题

    有些母粒生产商在遇到产品分散问题时的解决方案是简单地重复挤出造粒,一次不达标就两次挤出,甚至三次或更多次……,这样不计生产成本的操作对于控制生产成本根本就是依据空话,更不符合当今低排放、可持续发展的理念。同样,反复多次地高温加工带给塑料的损害也是不可忽视的。

    ④多加润滑剂可以提高制品外观品质

    部分雷竞技官网生产厂商为了片面追求母粒制品外观的光亮度,提升所谓“ 卖相”而不断提高配方中润滑剂的添加量,有的甚至将硬质酸盐的添加比例加高至5%或更高。然而,正是由于低分子量组分的过多添加会快速降低分散体系的总黏度,最终导致因为黏度剪切的不足而严重影响分散的结果;此外过多低分子量/低熔点物质的加入也会在一定程度上影响最终制品的物理特性。

    众所周知,雷竞技官网工艺要解决的首要问题是颜料分散,是塑料制品生产过程中采用粉体颜料直接加工不可能解决的问题,而要达到理想分散颜料颗粒的目标仅仅依靠一种方法是很难有成效的,它所涉及的因素很多,必须根据每一个特定的配方考虑综合的因素,对症下药,有针对性地解决各自的问题。这些问题包括:颜料自身的问题、加工工艺的问题、设备问题、制品应用问题等。

    2.1选择分散性好的颜料品种

    (1)选择容易被树脂润湿颜料品种

    EN13900-5过滤压力试验可以佐证瓦什伯恩方程式中描述理论所表明的颜料表面性能对于颜料在树脂中的分散着色有着举足轻重的意义。

    在相同的测试条件下,颜料能被树脂湿润后在一个相对较低的剪切分散条件下就能被迅速分散并通过特定的滤网组,其过滤压力的升值(FPV)小于1bar/g,这就表明该颜料品种的分散性比较优异,将其按照恰当的工艺制成雷竞技官网就未必能符合后续应用的要求。

    过滤压力试验就是采用不同细度滤网组合,通过测试过程及最终滤网前端物料压力的上升值来反应颜料分散体中不符合应用要求分散细度的较大颗粒的比例,图7-42所显示的是不同分散性能的颜料在经过过滤压力试验后被过滤网滤出的较大颗粒的力度和数量。 

    过滤压力试验能够比较直观地反映颜料产品的分散性能在实际应用中的体现,其测试结果的再现性与实际加工的关联性很高,因而它越来越普遍地被国内行业同仁所认知和接受。这也是为什么大多数的国际性颜料贸易和使用厂商要求供应商必须提供相关产品过滤压力测试数据的原因所在。

    除过滤压力升试验以外,还有其他的一些方法用来评判颜料的湿润分散性,例如在第6章第3节(6.3)曾经叙述过的两辊研磨着色力评估和吹膜色点检测等方法,所有的检测方法都应对不同的应用实际而选定。然而,在实际应用中这些方法被采用的并不十分普遍,究其原因是:所有的测试检验都必须用专业仪器设备进行测试,而部分的生产厂商并不具备这样的原因是:所有的测试检验都必须用专业仪器设备进行测试,而部分色生产厂商并不具备这样的条件:加之如何设定合理地测试检验方法并与自身产品的质量要求相关联也需要很高的专业知识。

    除了上诉的测试方法,还有一个比较简单和经验性的判断方法,那就是选择同类颜料品种中吸油量相对较低的产品用于塑料着色。因为,大多数的树脂为非极性或低级性的,选用相同极性的油对颜料产品进行吸油量的测试,依据相似相容的原理,吸油量越低则表明该颜料产品越亲油,也就说明该颜料产品的表面颜料越低,可以预见它在塑料着色加工时的润湿分散相对比容易。

    上面所述作为一般的塑料着色的规律,适用于通用的加工应用。任何事情都有其特殊性,塑料制品的加工业不例外,在实际的应用中也可能采用一些极性较高的树脂雷竞技官网手机版,随着技术的进步和产品的差异化,这一类的应用也会越来越多。对于这样的案例应根据实际情况选择相适应极性特点的颜料产品以便有利于润湿分散的实施,确保制品的质量。

    (2)同类颜料品种中,颗粒粒径大则有利于润湿和分散。

    (3)同品种产品选择堆积密度较低的产品有利于润湿渗透,进而对分散有帮助。

    2.2 选择低黏度润湿剂

    根据瓦什伯恩方程式所描述的润湿理论可知,润湿黏度和功能团的多少对于颜料的润湿分散效果有着至关重要的影响。这里以聚乙烃蜡作为润湿分散剂生产聚烯烃雷竞技官网为例来加以说明。

    (1)润湿剂的黏度

    一般的规律是,选择润湿剂的黏度相对低些有利于对颜料的润湿。以聚乙烯蜡为例,简单的判别方法是选择密度为0.91~0.93g/cm³的聚乙烯蜡其相对黏度比较低,最终显现的分散效果比较理想:而当密度在0.94g/cm³或以上时,其黏度明显比较高,颜料的润湿效果比较差。另外,就聚乙烯蜡本身而言,在作为润湿分散剂的同时也是一个典型的外润滑剂,当其密度过高时会大大强化其在体系中的润滑性而不利于颜料的分散。

    (2)润湿剂的分子量分布

    这是非常重要的一个考虑因素,而这一点有恰恰经常被忽略。还是以聚乙烯蜡为例:一定要选择分子量分布相对集中的聚乙烯蜡。如果使用的聚乙烯蜡产品的分子量分布较宽,则其中必定含有较多分子量过大和过小的部分,而过大分子量的黏度过高,必定影响润湿效果;而分子量过小则黏度太低,导致降低体系的黏度剪切而影响分散。另外,过低分子量也可能增加挥发性从而污染生产环境或给制品带来异味。所以,选择合适分子量分布的润湿剂非常有必要。通常来说,以聚合法工艺生产的聚乙烯蜡因其工艺特点对产品聚合度能够进行有效控制,故而生产出的产品的分子量分布比较窄;而以裂解法生产的蜡对断键部位的不可控性,也就造成了制成品分子量分布很宽。

    (3)关注聚乙烯蜡的“低温黏度”和“高温黏度”

    这里所说的“低温”和“高温”特指相对的温度概念。一个理想的润湿分散剂在其对颜料颗粒进行润湿处理阶段(相对低温)时的黏度相对低些,以利于对颜料颗粒的润湿;在剪切分散阶段(相对高温)时的黏度希望能够高些,这样对剪切分散的帮助会比价明显。

    (4)聚乙烯蜡产品的粉末细度

    比较细的蜡粉能够与颜料粉体颗粒高度均匀混合,从而帮助进行快速高效湿润。因此,微粉蜡更加受到行业的青睐。

    以上仅是润湿剂特性对分散影响的论述,实际生产中还有其他一些因素也必须一起关注。例如:对于环境和产品安全等因素,就像过低分子量的蜡产品会提高挥发性而造成污染环境和制品异味等,如果把这样的蜡用于一些敏感应用领域诸如,食品包装雷竞技官网手机版、二酮玩具等,就会造成十分严重的后果,所以,对于这样一个比较主要的辅助的选择必须慎之又慎。

    2.3 分散所需的能量始于湿润

    颜料的分散是需要施以足够的能量这一点相信各位都会认同。但可能很多人认为只是对颜料进行研磨时才需要能量,这样的认识是不完整的。因为在本章的前面已经提到过颜料颗粒的润湿阶段就必须注入能量以帮助颜料颗粒完成良好的润湿:合适的温度能够把载体树脂和润湿剂熔融成能够确保快速润湿所要求的熔体黏度(或流动性能)。所以适当地提高熔体温度能给润湿添加有利因素。但从这一点就能体现能量对润湿的重要性。更何况机械的搅动能都加速润湿的进展。

    对颜料颗粒分散所施加的黏度剪切和机械剪切都是由加工设备的运转所提供的,这是毫无疑问的。图7-43仅就加工温度对颜料颗粒在润湿阶段和研磨剪切阶段效果的影响给予了很直观的诠释。 

    2.4载体树脂的选择

    (1)树脂粉料和粒料的选择

    以上面所述的聚烯烃雷竞技官网生产工艺为例,很多的实践经验和结果统计表明,采用粉状树脂进行生产所获得的最终分散性能要比使用粒料树脂的要好些。一个明显的区别在于:粉状树脂因密度小而能在设备中快速完成熔融过程,也就是说颜料颗粒能够比较早地被浸润而进入润湿分散的过程。同时粉状间相互的混合均匀性也极高,这也有效地提高了润湿的进度;反观粒状树脂,因其颗粒度很大,熔融过程由表及里需要一定的时间,由此可知它对于颜料的润湿速度是远不如粉体树脂快。这一问题看似无足轻重,实则对分散结果影响明显,应当加以重视。然而,市场上并非多有树脂产品都有粉状料供应,因此,有不少雷竞技官网生产厂家自备研磨设备,在必要时将所用树脂部分或全部经过研磨粉后再用于雷竞技官网的生产,以此来提升和保证产品的质量。

    (2)选用高熔融黏度树脂

    树脂的熔融黏度高则体系的黏度剪切也高,由熔融树脂传导至颜料颗粒的剪切力也就越大,有利于对颜料颗粒的分散。那么对于聚烯烃雷竞技官网加工来说,哪种树脂的熔融黏度比较有利于颜料的分散呢?一般会选用线型低密度聚乙烯(LL-DPE)。

    所谓线型低密度聚乙烯(LLDPE),是乙烯与少量高级α-烯烃(如1-丁烯、1-乙烯、1-辛烯、1-四甲基戊烯等)在催化剂作用下,经高压或低压聚合而成的一种共聚物,密度处于0.915~0.935g/cm³。LLDPE无毒、无味、无臭,常规LLDPE的分子结构以其线型主链为特征,只有少量没有长支链,但含有短支链,没有长支链使得聚合物的结晶性较高。在分子量相同的情况下,线型结构的LLDPE熔体黏度要比非线性结构LDPE的高。在熔体指数相同的情况下,LDPE的熔体黏度也明显低于LLDPE。因此,选择使用或部分使用线型低密度聚乙烯(LLDPE)作为聚烯烃雷竞技官网的载体也就不足为奇了。 

    2.5挤出分散设备及工艺控制

    (1)设计高剪切力螺杆组合

    就现今雷竞技官网生产工艺通常的配置而言,主要的分散设备为双螺杆挤出机,那么了解和合理配置双螺杆的加工性能就变得十分重要,这关乎产品的质量和生产能力的实现。

    雷竞技官网制造厂商一般选用积木式同向双螺杆挤出机,与传统的挤出机不同,这类挤出机整套螺杆的组成是由各种型号的螺纹及研磨块组件向积木一样进行不同的排列组合而成的,见图7-44。这就为不同产品要求有针对性地制定和实施加工方案提供了极大的灵活性,同时也可以帮助达到产品质量和生产能力的最佳平衡。 

    就雷竞技官网生产工艺的要求而言,整套螺杆一般可分为胶料输送段、压缩段、熔融段、混炼段、排气段、均化段等。这些功能并非只是单独地被使用,部分功能可以依据实际需要重复交替设置。它们的作用如下。

    ①加料输送段  主要功能是对加入的物料进行轴向输送

    ②压缩段  对松散的物料压实、软化,同时挤压物料所夹带的空气使之反向排出,至压缩段尾端,树脂形态已转变为黏流态。

    ③熔融段  物料在此阶段接受热量传递和自身摩擦生热得以完全熔融。

    ④混炼段  熔融物料在此充分均匀化;固相组分的绝大部分在这一过程中完成分散细化。

    ⑤排气段  通过适当释缓物料压力和减少螺槽物料填充量,采用真空抽气或自然排气的方式,排出水气和其他低分子挥发物等杂志。

    ⑥均化(计量)段  进一步混合和输送熔融物料,由设定的螺杆压缩比建立一定的压力以确保输送到模口的物料达到理想的致密度。

    总而言之,双螺杆挤出机的使命是通过不同的螺杆组合,实施对熔体的分割与重组,达到均匀的混合部分;以及通过剪切力的传导和作用,使固相组分分散成为符合细度要求的微粒,或把不相容的两种(或多种)组分以分散相形态完成分散混合,使之成为以体。

    (2)螺杆转速与剪切力

    对于特定配制的螺杆而言,它所能产生的剪切力由螺杆的转动而定:转速越高,其产生的剪切力就越大,对于固体相的分散能力越大,所得到的分散相尺寸越细。但转速越高,因剧烈摩擦而产生的温升易导致聚合物的热降解;高转速也是物料在设备中的滞留时间缩短,如果没有有效干预则有可能产生物料混合不均。反之,转速越低,剪切就越小,可能导致分散不够和混合不均匀,同时由于物料在料筒中滞留时间长,易加剧聚合物的降解。螺杆的组合和转速都与剪切分散密切相关,因此必须把这两者作为一个有机整体综合考虑。

    (3)合理的温度控制

    挤出机工作温度的设定关乎树脂的加工形态和特性指标(流动性,黏度等)、对固体颗粒的润湿分散以及确保雷竞技官网手机版最低的降解可能等。因此,温度设定的原则都必须去那面兼顾上诉各项因素。

    一般来说,挤出机主题区域的温度应稍高于树脂熔点,以确保树脂体系处于最佳的熔融状态,又能很好地保持适当的剪切应力。

    当然,挤出机温度的设定也应该按照加工料的特性和各加工进程不同,针对熔融、润湿。研磨和剪切等不同的工艺要求灵活设置和调整,以求最佳效果。

    除了对挤出机的合理设置外,要想生产出优质的雷竞技官网产品,还应该特别关注合理的生产工艺控制,这不仅仅特指工艺操作条件的控制,必须包含合理的配方组成,尤其是一些容易被忽视的添加剂成分。因为,与主题数值相比,绝大多数此类的添加剂都是低分子量的化合物,一旦添加剂过量,不仅仅只是浪费,严重的会导致加工性能或最终制品物性的改变。

    3.化纤原液着色

    雷竞技官网的作用除了配色以外,最为主要的功能还是为了解决原料的分散问题。根据不同塑料制品的技术要求,对颜料在制品中的分散性要求也是不一样的,以化纤纺丝行业对颜料分的要求最为苛刻。下面就以此为例,通过各类纺丝加工工艺的全过程,来剖析和说明对于颜料(染料)的选择、分散、加工处理等需要关注的问题。

    化纤原液着色是指化学纤维在生产过程中于纺丝前或纺丝时添加着色剂而纺出有色纤维的一种新工艺。我国早在20世纪60年代就开展了维尼纶原液着色的工业化生产,70年代中叶又相继开展了涤纶原液着色和丙纶原液着色的研究和工业化生产。虽然原液着色生产出的有色纤维属于纺织工业的起始产品,但就加工工艺来说,还是属于塑料着色的大范畴。随着化纤纺织工业的持续发展,纺丝的速度越来越快,纺丝纤维的纤度越来越细,各种新工艺层出不穷,由此而派生出的对颜料分散的要求也是越来越高,时时刻刻都有可能遇见一些亟待解决的新要求或新问题。

    传统的纺织行业中,纤维和织物的染整是最具污染的一个环节,它不仅消耗了大量的水资源,产生出为数众多且COD含量极高的有色污水,对环境造成极大的污染;同时大能耗的染整过程排放出大量的二氧化碳气体加剧了温室效应。反光原液着色工艺,它的优越之处恰恰在于革除了有色废水的污染,也有效地降低了生产能耗,同时也赋予放肆制品更加优异的技术性能,诸如:耐光耐候性能、耐迁移性能,耐水及其他化学品性能,耐水洗色牢度等(部分性能比较参见图7-45)。从长远来看,未来社会纺织业的要求除了产品质量这个永恒不变的主题之外,必定会更强调生态平衡和环境友好。“绿色纺织品”和“绿色加工技术”已经成为纤维纺丝行业发展的关键词,化纤原液着色将日益受到关注,具有广阔的发展前景。由于纺前着色制品所具有的极好的色彩性能,已广泛应用于时装、军用纺织品、汽车内饰、家居装饰、地毯以及床上用品等领域。客观地讲,原液着色生产工艺也存在一定的不足之处,主要表现为:颜色调整较为困难,色谱调节不及一般染色法灵活;色泽上有一定的局限性,尤其在色彩艳度和色深度方面,要想达到染色同样的效果势必影响加工成本和制品质量;再则,短纤混纺织物中与植物纤维或毛纤维的颜色匹配问题等。因此它还不能完全取代常规染色工艺。此外在细旦丝生产中,由于设备清洗非常困难,不适宜小批量生产等因素也可能成为制约替代的原因。

    原液着色由于加入了着色剂等其他物质,所以彩色纤维的强度一般要比原色丝降低4%左右。

    化纤原液着色有着两种不同的工艺路线,其一是将颜料经分散后在树脂聚合反应阶段加入进行着色(如维纶和黏胶),这种工艺称之为聚合着色;另一种是把颜(染)料分散在能和化纤高聚物高度融魂的聚合物载体中制成雷竞技官网,然后再熔融纺丝时加入使之着色的工艺,这就是聚合着色(丙纶和涤纶)路线,常用的化学纤维原液着色工艺和着色剂剂型见表7-7。 

    原液经着色后的纺丝过程存在着三种不同的工艺路线,了解这些后续工艺,有助于正确地选择和处理所用的颜料(或染料)以符合特定工艺的要求,避免产生选择错误而导致的问题和不必要的损失。着三种工艺分别为:湿法纺丝、干法纺丝和熔融纺丝。

    ①湿法纺丝  湿法纺丝时将树脂溶于溶剂中,通过喷丝孔高压喷出细丝流,进入凝固浴槽凝结成丝。聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇(维纶)等合成纤维和黏胶纤维等人造纤维产品均采用此工艺生产。

    ②干法纺丝  有别于湿法纺丝,干法则是溶于溶剂的树脂以高压经喷丝孔喷出细丝流后直接进入空气浴,有热气流固结成丝。干法工艺更适合于纺长丝制品。

    ③熔融纺丝  树脂加热熔融成适于纺丝黏度的熔体,过滤经喷丝孔板挤出,经气流冷却和高倍拉伸成丝。熔融纺丝工艺常用于聚酯纤维(涤纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、聚酰胺纤维

    (锦纶、俗称尼龙)等。

    熔融纺丝原先采用高压釜加热后压出成丝工艺,现金绝大多数均采用挤出成丝的方法,其优点是加工简单、能耗少、质量稳定。

    3.1 黏胶、维纶纺前着色

    黏胶和维纶纤维的原液着色剂通常采用以水为介质的预制剂形式,有别于常规认知的塑料预分散制剂,它是把颜料和水加上适量的分散剂混合后经超细分散而得到均质体色浆。作为化纤着色剂来说最为重要的一点是如何将颜料分散得符合工艺操作和制品质量的要求。通常情况下,对于原液着色中颜料颗粒的大小一般控制在0.5~2μm,对于特殊产品,细度的要求更为苛刻。假如预制剂或着色体系中含有较大颗粒,或因颜料细颗粒在体系中稳定性差而产生返粗形成大颗粒,则着色剂和聚合物体系不能很好地相容混合,就会造成纺丝喷头堵塞,影响可纺性;或在牵伸处理时产生断丝、起毛僵块等多种弊病。由于着色剂是以水为介质,而水是极性的,所以用于黏胶和维纶纤维原液着色用的颜料应选用亲水性比较强的,这样有利于颜料在水相体系中的分散和稳定。

    黏胶和维纶纤维原液着色剂中颜料经超细分散后,颜料分散颗粒体其本质上处于不稳定的状态,总是有减少表面积、降低表面能、产生粒子间的凝聚的趋势,其结果是色浆产生分层(沉降或浮色)、絮凝返粗,直接影响正常的喷丝操作和产品质量。

    由颜料分散稳定的理论(在7.5节中提及的DLVO理论,即双电层理论)可知,颜料粒子间存在着范得华引力和静电斥力,它和粒子的大小,以及电位间有密切的联系,当电荷间色斥力较大,斥力和引力之和大于15KT(K为波尔兹曼常数,T为绝对温度),就能产生能量壁障,纺织粒子的凝聚,保持良好的分散稳定性。此时的着色剂在着色体系中能够体现出良好的储存稳定性,这一点在黏胶和维纶纤维原液着色过程中就显得十分重要,应予以关注。

    在颜料的种种无物性中,颜料本身带电这一特性的重要性至今还未被人们所完全认识,实际上它是影响颜料分散稳定性的另一重要的因素。颜料带电与其结构上的取代基密切相关,颜料结构中如带电有硝基基团、卤素等的吸电子基团,就可能带负电荷;而分子结构中带有像氨基等那样的供电子基团,则就可能带有正电荷。颜料分子中的取代基带电性青箬存在下列关系:

    (带正电)←氨基>羟基>羧基>卤基>硝基→(带负电)

    由取代基团的改变而引起颜料带电电荷变化的一个典型例子就是:颜料酞菁蓝(P.B.15)外层的-H被-CI取代而成为颜料酞菁绿(P.G.7)后,颜料从带正电荷变为带负电荷。

    假设颜料通过湿润、微粒化和分散状态稳定化三个过程后均匀地分散在液相中,分散的颗粒只有两个带正电荷的例子中央层Stern(斯特恩),被一个更大范围的电荷扩散层包围,两者共同形成了“双电层”(见图7-46),双电层越向外发展则颜料聚集机会就减少,反之双电层如果被抑制,那么颜料细颗粒就发生凝聚而降解。这个颜料均匀分散体保持电中性。但是将这个分散体放在电场下,颜料粒子在电场力作用下向正极或负极波动,通过泳动速度可以求得带电量,通常得到带电量不是电荷量,而是表面动电位,即所谓电位(见图7-46之虚线)。大量试验证明电位较高表明分散体呈稳定状态;电位大约在15mV左右开始聚焦,达0mV则完全凝聚。 

    电位对其他离子十分敏感,外加电解质的变化会引起电位的显著变化。因此,在适宜的电解质环境条件下,细微粒子能够体现稳定性;一旦由于外加剂电解质(改变体系pH值,加入其它可溶性盐类等)的变化,稳定体系失衡,从而使得双电子层被压缩而变薄,粒子间的引力大于排斥力,凝聚产生。

    此外,适当的颜料含量也是十分重要的一个因素。一些实验表明,水相中随着颜料浓度增加,颜料颗粒粒径先小后大,体系稳定性现增加后减小,这表明颜料浓度的增加加剧了颗粒间相互碰撞摩擦的概率,在一定程度上促进了分散;然而,当颜料浓度超过一定的范围后,由于浓度过高,颗粒间相互紧靠,溶剂化层相互挤压而变薄,颗粒间的引力变大而很容易客服它们之间的阻力位能而发生聚焦,导致分散体的稳定性降低。

    此外,用于涤纶和黏胶纤维着色的颜料要注意具有良好耐碱和耐酸性能的品种。无论在湿法或干法纺丝中,都要能经受20℃,20%硫酸或100℃,5%硫酸以及5%NaOH等的处理。因此,对于像偶氮色淀类颜料、群青、氧化铁黄,氧化铁黑以及铬黄等颜料品种是不适合用在这一领域的。鉴于工艺的要求,在维纶原液着色时也必须考虑耐热水性能。当然,从最终制品应用的角度考虑,对于黏胶纤维和有色维纶所用的着色剂也必须具有其他各项良好的牢度性能,如耐光(候)性、耐热性、耐摩擦性、耐迁移性、耐溶剂性和耐其他化学品的性能等。作为更深层次的考虑,也应该关注着色剂对制品物理特性的影响最小。

    黏胶纤维原液着色工艺采用纺前注射法,其作业流程短、易操作。德国布伦-罗比公司使用的纺前注射器,就是纺丝机前端的黏胶输送管上安装一个管式静态混合器,浆制备好的着色剂经过柱塞泵定量注入静态混合器,黏胶和着色剂在静态混合器内充分混合(混合次数超过10次),然后进入纺丝机进行纺丝。其工艺流程如图7-47所示。对比于常规动力混合器,管式静态混合器的构造极为简单,它是在一段管道中加入多种可以改变流动状态的静态混合单元,这些混合单元最大限度地改变了管道中流体原有的层流形式,产生絮流以及短程回流和漩涡形成湍流,从而达到高效混合的目的。 

    3.2丙纶(聚丙烯纤维)纺前着色

    聚丙烯纤维不具备可染色性,90%以上皆采用原液着色,所使用的着色剂均为颜料。

    由于聚丙烯纤维的纺丝温度为230~300℃,因此,所选择的颜料必须具有优异的耐温性能。另外,铜以及其他的金属离子能加速聚丙烯树脂的氧化分解,所以必须对这些金属粒子的含量进行严格的控制。例如,应氯化亚通作为主要生产原料之一的酮酞菁颜料,在丙纶原料着色应用上对铜离子的控制是一个十分重要的指标,必要时必须对其做精制处理以去除多余的游离铜离子。

    3.3  涤纶纺前着色

    涤纶分子排列紧密,又少亲水性基团,因而染色性差一直是困扰着人们。涤纶常规的染色方法是在高温、高压或加载体染色,并且只能在超过涤纶玻璃化温度(81℃),纤维膨胀后加入分散染料,染色才可能进行。实际上,常规涤纶染色一般在130~140℃,0.3~0.4MPa压力下进行,经过悬浮、扎染和干燥、烘焙等步骤。某些在混纺中的其他纤维难以承受如此高温而可能导致质量问题。另外,涤纶染色的日晒牢度、水洗、汗渍、熨烫等各项牢度都远低于原液着色,已不能完全满足社会和人们生活水平日益提高的需要。

    涤纶原液着色是把着色剂溶解或分散在聚酯纺丝原液中进行熔融纺丝,直接制得有色纤维,这种工艺是解决涤纶染色难最有效的途径,其工艺特点如下:纺前着色无需改变原有的涤纶纺丝生产线,以原有的设备和生产工艺就完全可以实现。有色丝生产中变化颜色也十分方便,易于掌控。在应用方面,采用有色涤纶纤维与其他纤维的混纺不仅缩减了染色工序,也增加了对于不适宜高温、高压染色条件的其他纤维与涤纶混纺交织的可能性,这无疑大大增加了实现多样化设计风格的潜力。所以纺前着色在一定程度上还可以说是不需要投资的染色厂,是用先进工艺解决一些染整“瓶颈”的途径之一。

    涤纶原液主色可分为聚合着色和聚合体着色两种工艺。

    (1)聚合着色  聚酯的聚合着色法就是在聚酯的缩聚阶段添加着色剂,直接制得有色涤纶切片的方法。它是在聚合即将发生之前,酯交换反应后期将着色剂加入高压釜内使之着色,着色后的聚酯再进行熔融纺丝自然而然就得到了有色纤维。涤纶着色剂是将颜料加在乙二醇中超细分散而成的色浆,所用颜料要承受133~322Pa真空和260~290℃高温条件下反应4h,而且不能影响聚酯酯交换和缩聚反应;着色剂的颗粒粒径小于1μm,且能够被均匀稳定地分散在反应体系中。由此可见,能够满足上诉反应条件的颜料(或染料)品种为数并不很多。

    该法生产工艺成本低,但是设备污染较大,颜色交换比较困难,尤其不适宜小批量有色品种的生生产和管理,所以只适合生产单一颜色的品种。

    聚酯的原液着色用黑色浆生产所采用的工艺见图7-48,流程见图7-49.(2)聚合体着色(雷竞技官网)涤纶雷竞技官网是将超量的颜料或染料经完全分散后均匀地分布在涤纶相容性良好的高聚物载体中。由于雷竞技官网是在纺丝前加入的,必须慎重地研判所加入的着色剂对纺丝性能和纤维特性的影响,因此如何选择合适的着色剂时极为关键的一个步骤。

    聚酯的玻璃化温度高达81℃,所以涤纶雷竞技官网可选择颜料或染料。由于雷竞技官网是在纺丝前就加入到聚合物熔体中的,必须经历285~300℃高温下的熔融纺丝才能制得有色纤维,所用的着色剂无论由颜料还是染料所组成的,都要求能耐受285~300℃下10~30min不变色的考验,因此它们都应具有优异的耐温性。对染料来说还要求有比较好的耐升华性和耐深色性等。有鉴于此,可以选用在这一应用上的颜料就一定会聚焦在那些高性能品种系列上了。例如:稳定型酞菁蓝/绿,苝类。蒽醌类,二噁嗪咔唑类以及一些高性能品种系列等;另外,部分的其他高性能有机颜料如DPP,喹吖啶酮等系列中的部分特定产品视性能可以采用。除了颜料的耐温性能,还必须考虑最终制品在使用中对耐光(候)、耐其他化学制品以及安全环保等性能的要求。

    3.4  尼龙原液着色

    (1)聚合着色  尼龙6原液着色工艺一般在聚合前加入着色剂,以颜料水性预制剂形式加入己内酰胺溶液,着色剂在聚合反应的高温条件下需停留数小时,因此所能选择颜料品种有限。着色剂的粒径小于1μm,必须能够稳定分散并均匀分布在尼龙6树脂中。

    (2)聚合体着色(雷竞技官网)  尼龙6主要使用雷竞技官网进行纺前原液着色,也可以染料进行着色。虽然尼龙6的熔融纺丝温度比聚酯树脂略低,但由于尼龙树脂普遍具有较强的还原性,因此被顺利用于尼龙纤维着色的颜料品种较之聚酯纤维更少。通常部分蒽醌类、苝类、喹吖啶酮类以及酞菁系列的品种被推荐使用。尼龙66比尼龙6具有更强的还原性,因此着色及的选择范围更狭,能够被很好地用于尼龙原液着色的颜/染料所制得的有色纤维一般都具有良好的耐光性、耐候性。

    4.塑料预分散颜料制剂

    随着行业的持续发展,现今的塑料着色加工和成型向着设备大型化、生产高度自动化、运转高速化、产品不断精细化、标准化发展,应运而生了许多超细、超薄、超微化制品。所有这些对颜料的分散要求和标准一直都在提高;此外,对产品生产符合高效、环保、节能和降低成本的呼声也越来越高。由于一般的塑料成型加工设备(如注塑机、纺丝机或单螺杆挤出机等)在加工时不能提供颜料分散所需要的剪切力,因此,颜料的分散工作通常由专业的生产厂家——颜料供应商或雷竞技官网生产商所承担。

    颜料预制剂(常被简称为SPC)是一种单一颜料的高浓度预分散制剂。依据不同颜料所具有的特性,一般的颜料预制剂含有40%~60%的颜料;它是由特殊的制成工艺经特定设备的加工而成;有效的分散手段和严苛的品质控制使得其中所含的颜料以最细微的粒子形态呈现,达到最佳的色彩性能。其产品外观可以是0.2~0.3mm大小微粉粒,也能制成如普通雷竞技官网般大小的粒状。正因为颜料预制剂有着如此明显的特点,被越来越多地运用于雷竞技官网的制造。

    颜料预制剂具有下列优点。

    ①由于颜料被安全地分散,因此它具有较高着色力。与使用粉体颜料相比,一般可提高5%~15%的着色力。

    ②均相过程只需极小的剪切混合力就能达到理想的效果。比如用简单设备(如:单螺杆)就能制成高品质的雷竞技官网产品。

    ③适应各种挤出设备,品质稳定,生产调度灵活。

    ④能体现完美地制品色彩性能:色彩鲜艳度、透明性、光泽度等。

    ⑤杜绝生产过程中的粉尘飞扬,改善作用环境,减少污染。

    ⑥无设备沾污,简化颜色转换过程中的设备清洗。

    ⑦颜料颗粒细微均匀,延长过滤网使用时间,减少滤网更换次数,提高生产效率。

    ⑧制剂外观均匀,无相互黏连,适用于各种喂粒机;输送过程不架桥、不堵塞。

    ⑨无需对颜料进行分散,可大大提升现有色母生产设备的产能。

    ⑩能与其他着色剂配合使用,适用性强。

    ⑪剂型多样,能适合不同的载体树脂形态,相混性能良好。

    颜料预制剂的制造目前主要遵循两条途径。

    ①在有机颜料生产过程中颜料细微粒子尚未产生聚焦前,采用相转换的方式,直接把原有的液/固相转换成所需载体与颜料的相界面,从而得到颜料预制剂。

    ②采用少量具有良好相容性的载体以及必要的润湿分散剂,对颜料粉末进行完全分散,最终获得颜料预制剂。

    颜料预制剂在国际上早已实现商品化,对于欧美和其他发达地区的雷竞技官网制造商来说了,运用颜料预制剂已经不是什么新鲜事。然而在国内,这还是各开展得为时不久远的领域,因此,颜料预制剂在国内的发展还是非常值得期待的。

    虽然与直接用粉体颜料相比较,采用颜料预制剂的成本是很高的,但是,从最终制成品特性的比较来看,这样的投入还是物超所值的,尤其对于那些高端品质要求的超细、超薄制品来说,采用一般的分散手段是不能实现的。就市场和行业分工日益明晰的当今社会而言,这样的专业化加工行业的出现和发展也是一股不可遏制的潮流。


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