陳信華

（上海金泰色母粒有限公司，上海，200434)

3 顏料粒徑大小影響

顏料用于塑料著色性能不僅僅由化學(xué)結(jié)構(gòu)決定，也與顏料粒子大小和分布有關(guān)。顏料粒徑大小對(duì)顏料的應(yīng)用性能起到重要作用，諸如：著色力、透明度、遮蓋力、光澤度、鮮艷度，分散性，耐熱性，耐光（候）性等。當(dāng)顏料粒徑降低時(shí)，其透明性變好，著色力增加，鮮艷度光澤度提高，而耐熱性，耐光性，分散性下降見(jiàn)表9。

有機(jī)顏料黃183有兩個(gè)品種，其中一個(gè)品種為透明的（小粒徑），其色調(diào)值76.0明顯比遮蓋183黃（大粒徑）色調(diào)值 85.2綠光多了。遮蓋183黃（大粒徑）耐熱性300℃比透明183黃（小粒徑）280℃要好，而且遮蓋183黃（大粒徑）耐候性 3～4可用于戶外。不同粒徑有機(jī)顏料黃183色彩性能見(jiàn)表10。

表9 顏料粒徑大小對(duì)性能的影響Tab.9 Effect of particle size of pigments on the coloring performance

表10不同粒徑顏料黃183品種色彩性能——1/3標(biāo)準(zhǔn)深度Tab.10Coloring performance of Pigment Yellow 183 with different particle sizes(1/3 standard coloring depth)

3.1 顏料粒徑大小與色相影響

同一化學(xué)結(jié)構(gòu)顏料粒徑大小影響到色相或色光，例如同一黃色顏料品種，當(dāng)粒徑微細(xì)，則顯示綠光黃色，而粒徑較粗時(shí)，則可顯示紅光黃色；紅色顏料品種，粒徑變小，色相角加大，顯示更強(qiáng)黃光；粒徑變大，色相角變小，顯示更強(qiáng)藍(lán)光；藍(lán)色顏料品種，粒徑變小，色相角加大，顯示更強(qiáng)紅光：粒徑變大，色相角變小，顯示更強(qiáng)綠光；綠色顏料品種，粒徑變小，色相角加大，顯示更強(qiáng)藍(lán)光；粒徑變大，色相角變小，顯示更強(qiáng)黃光；不同色譜顏料，顏料粒徑大小與色光變化規(guī)律如表11。

表11顏料粒徑大小與色光變化規(guī)律Tab.11 Particle size and variation of color and light

二氧化鈦的平均粒徑為0.2 μm，它對(duì)短波藍(lán)光（400 nm）有較強(qiáng)的散射力，底層色相帶有較微的藍(lán)相。而平均粒徑在0.4 μm時(shí)，對(duì)長(zhǎng)波紅光（700 nm）有較強(qiáng)的散射力，底層色相帶有較微的紅相。二氧化鈦的平均粒徑與色光關(guān)系見(jiàn)圖11。

氧化鐵紅化學(xué)名稱為三氧化二鐵(Fe2O3)，是鐵的氧化物中最穩(wěn)定的化合物，氧化鐵紅顏色的從紅黃色到暗紅色深淺不等取決于純度、制法和粒徑。氧化鐵紅顆粒大小和色相變化見(jiàn)表12。

圖11 典型鈦白粉粒徑分布與底色關(guān)系Fig.11 Diameter of particle(Pigment White Powder)vs.relative scattering power

表12 氧化鐵紅顆粒大小和色相變化Tab.12 Particle size and hug change of iron oxide red

3.2 顏料粒徑大小與著色力影響

著色力 (也稱著色強(qiáng)度)是顏料賦予被著色物質(zhì)顏色深度的一種度量。著色劑在塑料上著色力是指將每公斤含5%TiO2聚氯乙烯 （PVC）或1%TiO2聚烯烴 （PO）塑料，達(dá)到顏色的標(biāo)準(zhǔn)色深度（SD）時(shí)所需要的著色劑克數(shù)。

著色劑最大吸收波長(zhǎng)決定它的顏色，而在最大吸收波長(zhǎng)處的吸收能力決定了它的著色力。

影響著色力的主要因素是化學(xué)結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)。除了結(jié)構(gòu)外，飽和度增加，著色強(qiáng)度越高，亮度增加，著色強(qiáng)度下降，此外著色強(qiáng)度還與被著色物質(zhì)組份、材質(zhì)及應(yīng)用條件有關(guān)。群青顏料粒徑與著色力關(guān)系見(jiàn)表13。

表13群青顏料粒徑與著色力關(guān)系Tab.13 Relationship between distribution of particle sizes of ultramarine pigment and coloring power

透明顏料183黃（小粒徑）在HDPE著色力1/3標(biāo)準(zhǔn)深度0.23值比遮蓋顏料183黃(大粒徑)著色力1/3標(biāo)準(zhǔn)深度0.43低的多，因此著色力明顯高近一倍見(jiàn)圖12。

圖12 不同粒徑顏料黃183品種著色力（1/3標(biāo)準(zhǔn)深度）Fig.12 Coloring power of Pigment Yellow 183 with different particle sizes(1/3 standard coloring depth)

3.3 顏料粒徑大小與遮蓋力（透明性）影響

有機(jī)顏料透明性對(duì)于某些特定用途十分重要，例如在配制珠光色、金屬色以及化纖紡絲時(shí)，需具有高透明度。欲使應(yīng)用介質(zhì)呈現(xiàn)非透明性，除了要求分散介質(zhì)與顏料粒子之同的折射指數(shù)有明顯差值外，還與顏料粒子對(duì)光線的散射作用有關(guān)。當(dāng)顏料粒徑大小是光線波長(zhǎng)的一半，即顏料顆粒直徑 0.3～0.55μm(即 300～550 nm)對(duì)光的散射能力最強(qiáng)，可導(dǎo)致高的遮蓋力、即非透明性(Opaque)；而平均粒徑小于光線波長(zhǎng)的一半數(shù)值，其遮光能力出現(xiàn)明顯下降，如氧化鐵顏料粒徑為0.001～0.05μm(10～50nm)則呈現(xiàn)透明性，見(jiàn)圖 13。 透明性氧化鐵紅顏料具有高UV吸收特征，云母氧化鐵用作防銹漆的顏料。

圖13 不同粒徑氧化鐵顏料性能圖Fig.13 Properties of iron oxide red with different particle sizes

如圖14中所示，顏料顆粒直徑對(duì)光的吸收與散射作用的影響，使顏料顯示非透明性與透明性的特征。著色劑在使用時(shí)因散射而導(dǎo)致的透明或遮蓋取決于其在應(yīng)用介質(zhì)中的粒子尺寸。

圖 14 顏料粒徑與遮蓋（透明性）的特征Fig.14 Particle sizes vs.covering(transparency)of pigments

S.Brunauer(布魯尼爾)、P.Emmett （埃密特）和E.Teller（特勒）于1938年提出的BET多分子層吸附理論，其表達(dá)方程即BET方程，我們采用BET方法，測(cè)定顏料紅254六種不同試樣（254/1，254/2，254/5，254/6，254/10，254/11）的比表面積，以離心轉(zhuǎn)盤方法測(cè)定粒徑大小，其關(guān)系如圖15所示。

圖15顏料紅254粒徑大小與表面積關(guān)系Fig.15 Relationship between particle size and specific surface area of Pigment Red 254

結(jié)果表明顏料紅 254/1，254/2，254/5粒徑較大，其比表面積數(shù)值??；反之顏料紅254/6，254/10，254/11粒徑較小，其比表面積數(shù)值大。

我們?cè)诳梢?jiàn)光區(qū)域內(nèi)黑白格背景下測(cè)定不同粒徑大小試樣的色差值（△E），數(shù)據(jù)表明粒徑較小試樣顏料紅254/6，254/10，254/11， 則更透明（△E色差值較大），而粒徑較大顏料紅試樣，由于強(qiáng)的散射作用，較小色差值，高的遮蓋力。見(jiàn)圖16。

圖16不同粒徑顏料紅254與透明性（遮蓋力）的關(guān)系Fig.16 Particle size vs.transparency(covering)of Pigment Red 254

3.4 顏料粒徑大小與耐熱性影響

有機(jī)顏料的原始粒徑大小也對(duì)耐熱性有很大影響，一般來(lái)說(shuō)顏料粒徑小，比表面積大，而耐熱性和分散性差。反之粒徑大，比表面積小，著色力低，而耐熱性和分散性好。顏料紅254其粒徑大小對(duì)耐熱性影響見(jiàn)表14。

表14同一結(jié)構(gòu)顏料紅254不同粒徑品種的耐熱性Tab.14 Heat resistance of Pigment Red 254 with the same structure but with different particle sizes

從表14可以看出Red BOC比表面積19.9 m2/g相對(duì)應(yīng)粒徑大，在顏料含量0.05%耐熱性達(dá)300℃，而Red BTR比表面積93.8 m2/g相對(duì)應(yīng)粒徑小，在顏料含量0.05%耐熱性達(dá)280℃。

3.5 顏料粒徑大小與分散性影響

顏料粉體顆粒的細(xì)度對(duì)于顏料的潤(rùn)濕和分散有著較大的影響。通常細(xì)小顆粒粉體之間的間隙要比較大顆粒之間的間隙來(lái)的小，因而載色體樹脂對(duì)小顆粒粉體顏料的潤(rùn)濕和滲透速率就比較慢，從而影響顏料顆粒最終的分散效果。

表15 不同粒徑大小顏料紅122分散性Tab.15 Dispersivity of Pigment Red 122 with different particle sizes

從表15所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就充分驗(yàn)證了上述分析的結(jié)論。同一化學(xué)結(jié)構(gòu)的顏料品種（顏料紅122，喹吖啶酮），由于采用了不同的表面處理工藝，得到顆粒粒徑大小分明的兩個(gè)不同產(chǎn)品，經(jīng)由完全相同的色母粒制成工藝，再將所得母粒通過(guò)25 μm孔徑的濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾值測(cè)試，得出結(jié)果相差非常懸殊的兩組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明：具有較大粒徑顆粒的顏料相對(duì)比較容易被潤(rùn)濕而得到較好的分散效果。

同樣道理，無(wú)機(jī)顏料大多數(shù)是由金屬氧化物組成的，相對(duì)于有機(jī)顏料而言，平均顆粒也較有機(jī)顏料來(lái)得大，因此無(wú)機(jī)顏料相對(duì)于有機(jī)顏料的分散性要好。尤其像二氧化鈦，鉻系以及鎘系顏料在塑料中都是最容易分散的。

3.6 顏料粒徑大小與耐光（候）影響

有機(jī)顏料經(jīng)光照后褪色過(guò)程，被認(rèn)為是光氧化——降解的過(guò)程，反應(yīng)速度與比顏料表面積有關(guān)。細(xì)小的顏料粒子，有較大的比表面積，在光射照射下更易發(fā)生顏料的光化學(xué)氧化與還原反應(yīng)，導(dǎo)致顏料褪色，耐光牢度降低，因此耐光堅(jiān)牢度就比較差。著色劑經(jīng)光照后粒徑較大的顏料其褪色速度與粒子直徑平方成反比，而粒徑較小時(shí)其褪色速度與粒子直徑的一次方成反比。

不同粒徑顏料139黃經(jīng)曝曬后顏色變化。見(jiàn)圖17。從圖17可以看出表面積23.3 m2/g顏料黃139，相對(duì)應(yīng)粒徑大在陽(yáng)光曝曬下色差變化明顯比顏料表面積51 m2/g顏料黃139相對(duì)應(yīng)粒徑小要小的多，表明耐光性提高。

圖17不同粒徑顏料139黃經(jīng)曝曬后顏色變化Fig.17 Color changes(after exposure to sunlight)of Pigment Yellow 139 with different particle sizes

圖18 異吲哚啉酮顏料不同粒徑對(duì)成型收縮關(guān)系Fig.18 Relationship between particle size and molding shrinkage rate of isoindolinone pigments

同一結(jié)構(gòu)顏料紅254不同粒徑品種的耐候性見(jiàn)表16。從表16可以看出表面積12.0 m2/g相對(duì)應(yīng)粒徑大顏料紅254，加鈦白，在1000 h耐候性有5級(jí)，而表面積106 m2/g相對(duì)應(yīng)粒徑小顏料紅254只有4級(jí)。大粒徑DPP Red SR1C可用在需耐候要求特別高的汽車漆。

表16 同一結(jié)構(gòu)顏料紅254不同粒徑品種的耐候性Tab.16 Weatherability of Pigment Red 254 with the same structure but with different particle sizes

3.7 顏料粒徑大小與翹曲性影響

顏料粒徑大小也會(huì)影響成型收縮率，如圖18所示。同一異吲哚啉酮，當(dāng)顏料顆粒大至一定程度或小至一定程度時(shí)，其成型收縮率和收縮比為最小。

4 結(jié)語(yǔ)

塑料著色是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，為了開拓塑料制品的商業(yè)價(jià)值，從單純追求產(chǎn)品美觀，發(fā)展到對(duì)商品的應(yīng)用性能和安全性等提出了對(duì)著色劑更高的要求，所以塑料著色時(shí)我們僅僅選擇某個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)的顏料還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而是要選擇具有良好物理狀態(tài)，滿足著色性能要求顏料。

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