塑料着色剂对抗氧剂、光稳定剂效能的影响作用
作者:梅小姐 来源:苏州乾昌 日期:2016/10/21 17:16:03 人气:1673
丰富而靓丽的色彩是塑料产品个性化的重要特徵之一。塑料着色剂若与抗氧剂、光稳定剂配合不当,既可导致着色塑料制品过早褪色或变色,又会加快着色塑料制品的光、氧老化速度,促使制品的外观和物理机械性能损坏,提前失去原有功能和使用价值。
改变塑料材料色泽、同时赋予塑料制品靓丽外观的颜料或染料均可称为塑料着色剂。由於着色剂分子中所含化学元素种类不同、化学结构不同,塑料着色剂产品不仅用途、着色力、遮盖力、着色持久性或牢固性、耐候性、耐化学品性、毒性等主要性能存在显着差异,而且对着色塑料制品的加工成型性、加工过程的热氧稳定性、使用过程的光、氧稳定性能产生一定影响。
着色剂对抗氧剂、光稳定剂效能的影响
对抗氧剂效能的影响
铬黄是不透明的无机着色剂,可用於聚烯烃、聚苯乙烯、丙烯酸树脂等热塑性塑料,其着色力强、遮盖性好,耐水和耐溶剂性优良。但因铬黄是铬酸铅或硷式铬酸铅同硫酸铅组成的含铅化合物,与含硫抗氧剂DLTP、DSTP、1035、300等共享,在塑料加工的高温条件下会发生化学反应,生成黑色硫化铅,影响塑料制品的外观,也会大幅度削弱抗氧剂的防热氧老化效能。因此,含铬着色剂不能与含硫抗氧剂共享。
聚丙烯分子链中含有叔碳原子,极易受氧引发而分解,在加工、储存和应用过程中必须使用抗氧剂进行防老化保护。在着色聚丙烯中,某些着色剂会与低分子受阻酚抗氧剂发生化学反应,从而削弱抗氧剂的作用。部分着色剂对聚丙烯中低分子酚类抗氧剂的效能影响可分为三类:
严重影响:槽法炭黑、单偶氮红3B、喹吖啶酮品红、酞菁蓝、氧化铁黄棕;
中等影响:酞菁绿、炉法炭黑、群青、氧化铬绿;
稍有影响:镉黄、(硫化)汞镉红、金红石型二氧化钛。
碳黑是可用於多种塑料材料及制品,且用量的黑色着色剂,又可作为塑料材料的光稳定剂。碳黑除在聚丙烯中对某些酚类抗氧剂的效能有削弱作用外,在低压聚乙烯中也可与抗氧剂BHT发生作用,使BHT几乎完全失去效能,同时碳黑自身的光稳定作用也大幅度减弱。添加1%槽法碳黑和0.1%BHT的低压聚乙烯薄片的户外暴露寿命,仅为单一添加1%槽法碳黑的低压聚乙烯薄片的户外暴露寿命的40%左右。对聚乙烯、聚丙烯等塑料材料,选用碳黑为着色剂或光稳定剂时,必须选用适当的抗氧剂。否则,不但降低抗氧剂的效能,也会降低着色塑料制品的户外光稳定性能。
钛白粉和珠光粉在某些树脂中与单酚抗氧剂BHT共享时,会使白色制品变黄而引发产品质量问题。
对光稳定剂效能的影响
着色剂对着色塑料制品中光稳定剂效能的影响主要有两方面作用。一是着色剂含铜、锰、镍等重金属元素或杂质,具有光活性、光敏性,催化并加快塑料材料的光老化速度。含有游离铜和杂质的酞菁蓝会促使聚丙烯光老化;氧化铁红可使聚丙烯中苯并三唑、二苯甲酮、有机镍盐光稳定剂的效能下降20%以上;对於聚乙烯,二氧化钛、群青、氧化铬绿、钴绿、铁红等着色剂的使用,会加剧光老化。二是某些分子结构的着色剂可与光稳定剂发生作用,直接削弱光稳定剂的效能。酸性着色剂可使受阻胺光稳定剂失效;在聚丙烯中,偶氮红、黄可与受阻胺光稳定剂发生作用,偶氮缩合红BR、偶氮缩合黄3G可使受阻胺光稳定剂效能分别下降25%和50%左右。
不同着色剂对含有苯并三唑类光稳定剂(UV-328)的高压聚乙烯光稳定性的影响。可以看出,桔铬黄明显提高高压聚乙烯的光稳定性,酞菁绿和群青略有提高或无多大影响,而镉黄则降低了高压聚乙烯的光稳定性。
着色剂对制品光、氧稳定性能影响的评价
试验数据对比评价
评价着色剂对着色塑料材料或制品中抗氧剂、光稳定剂效能影响,一般要按不同的配方设计进行试验,将试验数据进行对比评价。配方设计如下:
a.空白树脂;
b.树脂+着色剂;
c.树脂+抗氧剂;
d.树脂+着色剂+抗氧剂;
e.树脂+光稳定剂;
f.树脂+着色剂+光稳定剂;
g.树脂+抗氧剂+光稳定剂;
h.树脂+着色剂+抗氧剂+光稳定剂。
评价着色剂对抗氧剂效能影响,选用a、b、c、d项组合进行试验;
评价着色剂对光稳定剂效能的影响,选用a、b、e、f项组合进行试验;
评价着色剂对抗氧剂、光稳定剂综合效能的影响,选用a、b、g、h项进行试验。
常用试验方法主要有五种:
(1)氧化诱导期实验:对着色塑料材料,用布拉班德塑化仪在氮保护下,混料10min,然後将其模压成0.01mm薄膜试样,直接在0.1Mpa、150℃测其氧吸收速度。
(2)多次挤出试验:在挤出机中对样品进行反复多次挤出,可连续挤出後对样品进行检测,也可每隔一次挤出後对样品进行检测。检测样品的熔融流动指数MFI,或将样品制成标准试片检测物理机械性能。此项试验主要评价着色剂在加工过程对热氧老化的影响作用。
(3)烘箱热老化试验:将样片置於保持一定温度的烘箱中,进行热空气(有时也可使用氧气)循环。检测样片的羰基指数或物理机械性能。此项试验主要评价着色剂在储存和使用过程对氧老化的影响作用。
(4)人工加速老化试验。将样品置於全天侯老化箱或紫外老化机中,进行模拟自然环境或条件的老化试验。检测样品的羰基指数和物理机械性能。此项试验主要评价着色剂在使用过程中对光、氧老化或光老化的影响作用。
(5)自然气候试验:将样品置於具备一定条件的自然环境中,进行自然环境的光、氧老化试验。检测样品的羰基指数和物理机械性能。此项试验评价着色剂在自然环境使用过程中对光、氧稳定的影响作用。
只有自然气候试验的数据和结果,才真正对着色塑料制品的实际应用具有指导意义,但自然气候试验的时间周期较长,有时甚至二、三年。因此,前四项试验的综合评价结果,基本可以确定着色剂在着色塑料制品的加工与应用过程对光、氧稳定性能的增强与削弱作用。
抗氧剂、光稳定剂在着色塑料制品中的作用
塑料制品的树脂分子受光、氧诱导後,分子中产生高能量、高活性的含氧自由基。这类自由基在催化并加速树脂老化的同时,也与着色剂发生一定作用,引发着色剂分子结构的变化,加速着色剂色泽的变化。
对着色塑料制品,抗氧剂、光稳定剂的作用之一是消除着色剂的反稳定作用,保护塑料树脂;作用之二是通过保护树脂进而保护着色剂;作用之三是直接保护着色剂。如荧光颜料等着色剂对紫外线较敏感、耐旋光性差,在使用时需二苯甲酮或苯并三唑类紫外线吸收剂对其加以保护。