塑料著色劑基本要求和測試方法——收縮/翹曲 

 著色劑應(yīng)用于塑料著色時(shí)，不僅能使產(chǎn)品外觀漂亮，但一個(gè)不能忽略的問題是它還會成為結(jié)晶性塑料（如高密度聚乙烯HDPE）的成核劑，引起產(chǎn)品不同程度的收縮和翹曲，這對于生產(chǎn)精密度高的塑料制品是不能保證所有產(chǎn)品尺寸一樣，所以當(dāng)需要對塑料制品進(jìn)行組裝時(shí)這些小的收縮可能引起較大的問題，如帶螺紋的瓶蓋日用品等等，特別有機(jī)顏料一些品種對收縮性的影響起著很大的作用。

 塑料在著色時(shí)發(fā)生成型收縮的現(xiàn)象是因?yàn)榻^大多數(shù)塑料著色成型過程中都有一個(gè)加熱的過程，塑料材料都會隨溫度上升而膨脹，并且在冷卻過程中再次收縮。通常注塑件在成型過程中，沿熔體流動方向上的分子取向大于垂直流動方向上的分子取向，圓形對稱的塑料制品因翹曲變成了橢圓，非圓形對稱的制品也會出現(xiàn)非常明顯的收縮。任何添加劑包括著色劑都會對在塑料型變產(chǎn)生影響，特別在改性增強(qiáng)塑料中這種影響尤為明顯。通常情況下要求，無論使用什么顏料，都必須保證不降低部件的尺寸穩(wěn)定性。但是考慮到顏色的多樣性，不可能所有顏料都能滿足以上要求，所以有時(shí)也難以盡善盡美。 1影響收縮性指標(biāo)的因素 塑料成型收縮性與應(yīng)用塑料類型，顏料結(jié)構(gòu)，晶型，粒徑大小，著色濃度有關(guān)。

 （1）與塑料的結(jié)晶和結(jié)晶度有關(guān) 塑料是許多線狀、細(xì)長之高分子聚合物。聚合物依分子成正規(guī)排列的程度，稱為結(jié)晶化程度（結(jié)晶度）。塑料在成型的過程中，分子都按照一定的順序進(jìn)行排列，這類材料就叫做結(jié)晶性材料，反之排序過程中雜亂無章的就是非結(jié)晶性材料。聚合物結(jié)晶現(xiàn)象見圖

1. 非晶相 結(jié)晶相 半結(jié)晶相 圖1聚合物結(jié)晶現(xiàn)象 任何材料，包括塑料材料在內(nèi)，都會隨溫度上升而膨脹。因此，聚合物熔體的體積就大于聚合物固體的體積，并且在冷卻過程中再次收縮。一般來講熱固性塑料及非結(jié)晶塑料收縮小，結(jié)晶性塑料樹脂如聚烯烴在注射成型后收縮率往往要比聚苯乙烯，AS,ABS為大，見圖2，尤以HDPE大型注塑件為甚。

聚烯烴 PP,LDPE.HDPE 翹曲 半結(jié)晶型 熱塑性塑料 其它品種PA、POM、PBT、 PET
無翹曲塑料非結(jié)晶型 ABS
、PS
、PC、PMMA、PES、 無翹曲 熱固性塑料 酚醛，不飽和樹脂 無翹曲 圖2對不同牌號聚烯烴的產(chǎn)品其收縮性大小在一定程度上受產(chǎn)品的結(jié)晶度的影響，結(jié)晶度愈高，收縮愈大。 （2）收縮性與顏料化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān) 有機(jī)顏料在塑料成型中可能充當(dāng)成核劑而促使結(jié)晶化進(jìn)程;顏料化學(xué)結(jié)構(gòu)也會影響塑料的收縮性，特別如酞菁類結(jié)構(gòu)顏料藍(lán)15，15:1，15:3顏料綠7，36，異吲哚琳酮類結(jié)構(gòu)顏料黃110，苝系結(jié)構(gòu)類顏料紅149縮合偶氮結(jié)構(gòu)顏料紅144，顏料紅166。這些顏料具有分子結(jié)構(gòu)有對稱性共同特點(diǎn)，所以加入上述結(jié)構(gòu)顏料會引起塑料制品收縮率加大。不同結(jié)構(gòu)顏料在塑料中的收縮率見表1，從表1可明確看到有結(jié)構(gòu)性對稱顏料對塑料收縮的影響大，而無機(jī)顏料對塑料收縮影響小。 表1顏料結(jié)構(gòu)對塑料收縮的影響 （3）收縮性與晶體結(jié)構(gòu)和粒徑大小有關(guān) 顏料在塑料成型中可能充當(dāng)成核劑而促使結(jié)晶化進(jìn)程;著色劑晶型也會影響收縮性，大多數(shù)無機(jī)顏料晶型結(jié)構(gòu)呈球狀，球型結(jié)晶不存在方向排列，所以無機(jī)顏料其對塑料成型收縮率小，
有機(jī)顏料晶型結(jié)構(gòu)呈針狀或棒狀，成型時(shí)長度方向容易沿樹脂流動方向排列，因此會引起很特殊的成核作用。色母顏料應(yīng)用于高檔工業(yè)涂料、汽車涂料（OEM）、建筑涂料及乳膠漆；用于塑料主要是PVC，其著色耐光牢度為7-8級（1/3SD），在HDPE中可承受250℃/5min，可用于聚丙烯腈原漿著色；用于高檔印墨，如金屬裝飾印墨，其耐光牢度優(yōu)異，且耐滅菌處理。冷卻后會產(chǎn)生較大收縮率。圖3圖4分別是無機(jī)顏料黃53和有機(jī)顏料酞菁藍(lán)15：3
的透射電子顯微鏡照像。高郵顏料主要用于塑料和涂料，油漆的著色，也用于 合成纖維的原液著色。顏料廠家主要推薦用于工業(yè)涂料及印刷油墨著色，印墨試樣的耐酸/堿性良好，并有良好的著色強(qiáng)度。 圖3顏料黃53TEM圖片圖4顏料藍(lán)15：3TEM圖片對同一顏料其粒徑大小也會影響塑料成型收縮率，對于異吲哚琳酮類，當(dāng)其顏料顆粒大至一定程度或小至一定程度其成型收縮率最小。 （4）收縮性與顏料添加量有關(guān) 顏料添加量多少也會影響收縮性，添加量越多，成型收縮越大見表2
表2酞菁藍(lán)顏料添加不同數(shù)量對HDPE的成型收縮的影響 添加量縱向收縮率橫向收縮率 縱/橫比-2．261．61．410．012．621．321．980．0252．67
1．182．260．052．711．132．400．102．801．122．500．202．851．102．590．50 2．92 1．07 2．74 2成型收縮性的指標(biāo)測試方法 2.1試片的準(zhǔn)備 ▇測試材料：低密度聚乙烯（HDPE），聚丙烯（PP）▇測試設(shè)備：注塑機(jī)（按照EN12877規(guī)定）
▇模具尺寸長150mm寬120mm ▇測試濃度：有機(jī)顏料添加量為0.1％，無機(jī)顏料添加量為0.2％。 2.2測試 ▇測試：在200oC下注塑成片，放在90oC水中30分鐘后，冷卻。 2.3橫向收縮率(PST)計(jì)算: ▇定義: :垂直于注塑物料流動方向的,比較于模具和注塑件實(shí)際之 間的尺寸差異見圖5 Lm--LP ▇計(jì)算PST= *100% LP Lm:模具尺寸Lp:注塑件尺寸
測量點(diǎn)
注塑流150mm 動方向 120mm 圖5橫向收縮率測試圖 2.4評判: 以InternalFactor(IF)值評判
IF=PST(未著色的)–PST(著色的) x100[%] PST(未著色的) 無扭變 0-10 輕微扭變11-20嚴(yán)重扭變 >20 3收縮性指標(biāo)在塑料著色上應(yīng)用 （1）影響塑料成型收縮的因素很多，有塑料制品特性（形狀、厚度、嵌件）， 熔體溫度，成型壓力，成型時(shí)間，模具溫度，模具進(jìn)澆口形式和大小，模內(nèi)冷卻時(shí)間的影響等等，顏料加入僅是其中一個(gè)因素。所以塑料成型發(fā)生收縮要從多方面因素考慮。 （2）顏料加入除了影響塑料成型品收縮外，在聚合物熔體中，非常細(xì)小的 有機(jī)顏料成為晶核而引發(fā)結(jié)晶生長。成核劑不僅影響結(jié)晶速率，還會影響聚合物的形態(tài)，并因此對聚合物的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。一般說來，隨結(jié)晶度增加，拉伸強(qiáng)度會提高，而撕裂強(qiáng)度降低。 （3）酞菁藍(lán)對聚烯烴會產(chǎn)生翹曲作用。如果能在顏料表面包覆一層蠟，且保持這層蠟在加工過程中不被剪切作用所破壞，那么就不會發(fā)生翹曲了。對部分
結(jié)晶聚合物進(jìn)行著色的市售商品中就有包覆級顏料藍(lán)以及其他包覆級顏料