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，不僅能使產(chǎn)品外觀漂亮，但一個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，所以當需要對塑料制品進行組裝時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。

 塑料在著色時發(fā)生成型收縮的現(xiàn)象是因為絕大多數(shù)塑料著色成型過程中都有一個加熱的過程，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，所以有時也難以盡善盡美。 1影響收縮性指標的因素 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）收縮性與顏料化學結(jié)構(gòu)有關(guān) 有機顏料在塑料成型中可能充當成核劑而促使結(jié)晶化進程;顏料化學結(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，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成核劑而促使結(jié)晶化進程;著色劑晶型也會影響收縮性，大多數(shù)無機顏料晶型結(jié)構(gòu)呈球狀，球型結(jié)晶不存在方向排列，所以無機顏料其對塑料成型收縮率小，
有機顏料晶型結(jié)構(gòu)呈針狀或棒狀，成型時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分別是無機顏料黃53和有機顏料酞菁藍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，并有良好的著色強度。 圖3顏料黃53TEM圖片圖4顏料藍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成型收縮性的指標測試方法 2.1試片的準備 ▇測試材料：低密度聚乙烯（HDPE），聚丙烯（PP）▇測試設(shè)備：注塑機（按照EN12877規(guī)定）
▇模具尺寸長150mm寬120mm ▇測試濃度：有機顏料添加量為0.1％，無機顏料添加量為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際之 間的尺寸差異見圖5 Lm--LP ▇計算PST= *100% LP Lm:模具尺寸Lp:注塑件尺寸
測量點
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嚴重扭變 >20 3收縮性指標在塑料著色上應(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，成型時間，模具溫度，模具進澆口形式和大小，模內(nèi)冷卻時間的影響等等，顏料加入僅是其中一個因素。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，非常細小的 有機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性能產(chǎn)生影響。一般說來，隨結(jié)晶度增加，拉伸強度會提高，而撕裂強度降低。 （3）酞菁藍對聚烯烴會產(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)晶聚合物進行著色的市售商品中就有包覆級顏料藍以及其他包覆級顏料