塑料色母料的研發(fā)進(jìn)展

汪曉鵬，陳好元

（1.甘肅省輕工研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000；2.國家輕工業(yè)塑料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測蘭州站，甘肅 蘭州 730000.3.蘭州元達(dá)塑料有限公司，甘肅 蘭州 730030）

2021 年是“十四五”開局之年，塑料新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品更加融入社會(huì)各個(gè)層面，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活水平提高方面將發(fā)揮更大作用。塑料著色是塑料制品業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是影響制品內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量的關(guān)鍵因素。塑料制品著色不但能美化產(chǎn)品而且能賦予制品多種多樣的功能，以及遮蓋塑料的某些性能或賦予它某些特性，提高制品品質(zhì)和外在感官。另外，塑料著色還可起到logo、驅(qū)蟲、增產(chǎn)等附加功能，從而提高其附加值和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

以前，塑料著色多采用干法、糊狀著色劑著色和色粒著色等生產(chǎn)工藝，這幾種著色方法的不足之處在于顏料的分散性、穩(wěn)定性差。干法著色顏料隨風(fēng)飛揚(yáng)，污染環(huán)境、顏料劑量也不易控制。20 世紀(jì)80 年代則開發(fā)成功了高濃度色母料，使色母料的生產(chǎn)向前跨越了一大步。采用色母料進(jìn)行著色，其工藝簡單，使用方便，消除了對環(huán)境的污染，促進(jìn)了顏料在樹脂中的均勻分散。使用色母料生產(chǎn)的制品，表面光亮、耐光性強(qiáng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，色母料的生產(chǎn)技術(shù)也不斷進(jìn)步、完善和發(fā)展。新技術(shù)如電腦控制和電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、化工技術(shù)及機(jī)械制造技術(shù)已在色母料生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，從配色、配料、混煉、擠出造粒、烘干到包裝入庫全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。故而，減少了可能出現(xiàn)的差錯(cuò)，保證了顏色的準(zhǔn)確性，避免了造成色差和缺陷，賦予了塑料制品更多的功效。塑料著色的目的和效果詳見表1。

表1 塑料著色的目的和效果[1]

1 塑料著色母料的優(yōu)越性

（1）使顏料或染料處于良好的分散狀態(tài)，保護(hù)產(chǎn)品色相均勻性。色母料所使用的著色劑（顏料或染料）經(jīng)過混煉設(shè)備超微處理，能均勻分散于載體樹脂和塑料之中，從而保證著色劑在加工過程中具有良好的分散性，使制品色澤均勻一致。

（2）保持著色劑的化學(xué)穩(wěn)定性。色母料是將著色顏料或染料固定于載體樹脂中，因此，可以避免著色劑及其他助劑與空氣接觸，防止因氧化和受潮所引起的色質(zhì)變化。

（3）使用方便，無污染，節(jié)省原料。使用色母料可直接與塑料樹脂混合加工，無粉塵飛揚(yáng)之虞，不存在污染問題，著色劑也能得以均勻和充分的利用，減少儲(chǔ)料，節(jié)省能耗，宜使用于自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)工藝。

（4）簡化工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。使用色母料著色，省去了染色、造粒等工序，減少了塑料重復(fù)加熱所產(chǎn)生的降解作用。這樣既簡化了操作，又有利于保證樹脂的性能不受影響，提高塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量。

（5）現(xiàn)代先進(jìn)加工設(shè)備和工藝技術(shù)的采用，為母料的生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的硬件支撐。

2 塑料色母料品種與研發(fā)進(jìn)展[2]

近年來，我國母料開發(fā)步伐加快，由最初的聚烯烴色母料發(fā)展到現(xiàn)在的通用色母料、專用色母料、多功能色母料、高濃度色母料等多種；顏色也從紅、黃、藍(lán)、綠、黑、白6 種發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)十種?，F(xiàn)分?jǐn)⒅?/p>

（1）通用色母料。通用色母料（也稱萬能色母料）開發(fā)難度較大，因此這種色母料的生產(chǎn)廠家較少。廣州羊城工程塑料有限公司選用特殊樹脂（K 樹脂）和EVA（乙烯—醋酸乙烯酯）為載體樹脂，研制開發(fā)成功了通用萬能色母料，其顏色有40 余種，適用于塑料和橡膠制品。福州市塑料科學(xué)技術(shù)研究所開發(fā)了含顏料40%～60%的通用超濃度色母料，可用于PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、HIPS（高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯）、AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、ABS（丙烯腈—丁二烯-苯乙烯共聚物）、PA（聚酰胺）等制品著色。丹陽市家電配件二廠開發(fā)了可用于多種工程塑料（POM、PC、PA 等）的通用級(jí)高濃度色母料，其顏料濃度為普通色母料的4～10 倍，可按1:（100～250）份數(shù)的比例混合后使用。通用萬能色母料可用于多種塑料的著色，可減少色母料的庫存，節(jié)約資金。不足之處，它對某些塑料著色效果不如專用色母料，尚有待提高。

（2）專用色母料。專用色母料的用途單一，如PVC 色母料只能用于PVC 制品著色，而不能用于其它塑料的著色。盡管如此，它著色效果好、價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛，生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)量也較大。專用色母料的品種大致可分為7 類。

①聚烯烴色母料。聚烯烴色母料在色母料行業(yè)中歷史最長、產(chǎn)量最大、技術(shù)也較為成熟的品種。浙江藍(lán)溪塑料廠以LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（線性低密度聚乙烯）樹脂共混物為載體，制得濃磁白色母料，其加工性能良好，操作簡單、切粒不掉渣。該色母料用于生產(chǎn)包裝容器，可節(jié)約30%的鈦白粉，還可提高制品光澤和內(nèi)在質(zhì)量。福州市科技研究所以國產(chǎn)新型云母鈦珠光顏料為主，經(jīng)表面處理后與樹脂及其他助劑共混均勻，然后經(jīng)擠出機(jī)擠出造粒制成的珠光色母料，其著色強(qiáng)度高、分散性好、珠光效果佳，符合衛(wèi)生技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。采用該所開發(fā)的聚烯烴銀色感色母料在PE 薄膜制品制備過程中添加3%，其光澤值提高20%～60%，色澤均勻，制品銀色金屬感強(qiáng)，力學(xué)性能也不受影響，用于包裝裝潢效果極好。

②薄膜用的色母料。薄膜用的色母料研究開發(fā)近年來較為活躍，它要求顏料的粒度更為細(xì)小。福州市塑料科技研究所用LDPE（低密度聚乙烯）、EVA 為載體樹脂，國產(chǎn)鈦白粉為顏料，開發(fā)成功的色母料，其顏料含量高達(dá)50%，可用于生產(chǎn)7μmLDPE 超薄薄膜，經(jīng)檢驗(yàn)測試產(chǎn)品的某些技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了日本同類產(chǎn)品水平。中國石化蘭州化學(xué)工業(yè)公司對國產(chǎn)炭黑進(jìn)行了認(rèn)真的篩選，選擇了適宜薄膜制備的炭黑品種，生產(chǎn)出的炭黑薄膜專用母料通過了國家級(jí)技術(shù)鑒定。使用該母料生產(chǎn)的薄膜，可防止雜草生長、能起到除草的效果，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收，而且還可延長薄膜的壽命，廢膜也易于回收。反光銀灰薄膜專用色母料也已開發(fā)成功，并投入了生產(chǎn)。這類薄膜可提高農(nóng)作物產(chǎn)量，防止蚜蟲的生長，減少蟲害的發(fā)生。

③聚苯乙烯（PS）類色母料。PS 樹脂在家電、日化行業(yè)中應(yīng)用較廣。廣州羊城工程塑料有限公司以高流動(dòng)性PS 為載體樹脂制成的PS 類色母料，可用于GPPS（通用性聚苯乙烯）、HIPS、ABS、SAN（苯乙烯—丙烯腈共聚物）等塑料制品的著色。載體對制品性能的影響較大，最好選用HIPS的樹脂為載體。有人用抗沖擊級(jí)ABS 和AS 為載體，添加著色劑、分散劑、潤滑劑等助劑制成的色母料，當(dāng)用于ABS、AS 等塑料的著色時(shí)不會(huì)影響制品的抗沖擊性能。以ABS 為載體，添加一系列助劑，使用含顏料40%的瓷白濃縮色母料用于冰箱板材的生產(chǎn)。如此，既能降低成本，又可染色均勻。還能提高板材質(zhì)量，節(jié)省進(jìn)口外匯。

④PVC（聚氯乙烯）樹脂色母料。國內(nèi)生產(chǎn)PVC 著色制品時(shí)，基本上都采用在捏合、配料過程中加入著色劑的共混工藝方法。近年來，有些企業(yè)開發(fā)PVC 色母料，這種母料顏料含量高達(dá)40%～70%，比相應(yīng)色漿的顏料高出一倍，而且顏色分散均勻，長期貯存也能保持顏色的穩(wěn)定性。

⑤電線電纜專用色母料。我國的PVC 電纜料多是有色的，而本色電纜料較少。電線廠生產(chǎn)不同顏色的電線時(shí)需要使用不同顏色的電纜料，它不但占用場地大，資金投入多，而且更換顏色困難，原料浪費(fèi)也大。

國外一般采用在本色料中添加色母料的方法來生產(chǎn)電線電纜。由于這種方法有許多優(yōu)點(diǎn)，我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已采用此法。北京化工大學(xué)和北京市電線總廠使用Brabender 轉(zhuǎn)矩流變儀，篩選出了PVC 電纜專用料，經(jīng)使用表明，效果良好，可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。高速薄層全塑市話通信電纜是20 世紀(jì)70 年代迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，隨著我國郵電通信事業(yè)迅速發(fā)展，所用高速薄層全塑市話電纜聚烯烴絕緣色母料完全需要進(jìn)口。上海染化一廠和成都電纜廠開發(fā)成功的母料接近美國Willson FiBerfil 公司和日本大日本油墨公司同類產(chǎn)品的水平，可部分替代進(jìn)口。國內(nèi)還有些企業(yè)，如中國石化蘭州化學(xué)工業(yè)公司、湖南塑料研究所亦開發(fā)了該色母料，青島宏信科技公司塑料助劑廠開發(fā)成功了LDPE 黑色電線專用母料，可用于LDPE 電纜生產(chǎn)。常州普萊克紅梅色母料有限公司開發(fā)的塑料色母料、抗靜電色母料、開口母料、阻燃母料、防老化母料等產(chǎn)品，該公司是華東地區(qū)最具規(guī)模的塑料母粒、功能母料生產(chǎn)企業(yè)。

⑥塑料纖維、單絲專用色母料。纖維、單絲專用色母料的開發(fā)難度較大，它對顏料的粒度要求極為嚴(yán)格。燕山石化公司樹脂所引進(jìn)瑞士1000t/a 色母料生產(chǎn)線，采用濕法生產(chǎn)工藝，在顏料中加入表面活性劑（轉(zhuǎn)相劑）等一系列助劑后，用沙磨機(jī)進(jìn)行研磨，使顏料顆粒粒徑在1μm 左右水平，這種色母料用于纖維抽絲時(shí)，可保證150 h 不堵塞噴絲板。中國石化蘭化公司開發(fā)的PP 纖維色母料，經(jīng)紡絲證明，質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，價(jià)格僅為進(jìn)口的1/3，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。福州市塑料研究所開發(fā)成功的PE 單絲專用高濃度色母料，已通過了福建省省級(jí)鑒定，它適合于制造漁網(wǎng)、建筑安全網(wǎng)、遮陽網(wǎng)和繩纜的PE 單絲著色，具有顏料含量高、分散性好，著色力強(qiáng)和光澤度高等優(yōu)點(diǎn)。

⑦工程塑料專用色母料。廣州羊城工程塑料有限公司以低分子聚酰胺（PA）為載體，制成可用于PA6、PA66、PA1010、PA610 及其他聚酰胺制品的母料。北京佳興公司開發(fā)了適于PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、PBT（聚對苯二甲酸丁二酯）等工程塑料著色的高濃度專用色母料。廣東省新會(huì)縣纖維母料廠開發(fā)聚氨酯瓶專用色母料，該產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好、著色力強(qiáng)、透明度高、成本低，可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。此外，廣西塑料研究所開發(fā)成功了熱固性塑料專用色母料，開辟了色母料應(yīng)用的新領(lǐng)域。

（3）多功能色母料。以往使用的色母料只有著色功能，且功能較為單一。不能滿足制品抗靜電、阻燃、抗菌、防霧滴等特殊功能的需求，若要賦予其這些特殊功能，則需加入抗靜電劑、阻燃劑、抗菌劑、防霧滴劑等助劑，這樣使得工藝復(fù)雜、成本升高、造成制品力學(xué)性能下降，而且制品質(zhì)量也難以保證。山東省新泰市色母料廠與山東大學(xué)共同開發(fā)的PRM 多功能色母料，集著色、阻燃、抗靜電為一體，添加量為1：（4～8）份。該母料解決了制品生產(chǎn)難題，同時(shí)降低了成本。福州市塑料研究所開發(fā)了低毒、抗靜電、著色、阻燃多功能色母料，它采用高效阻燃劑、抗靜電劑、著色劑加載體樹脂及其他助劑，經(jīng)混煉造粒而成。該母料的氧指數(shù)達(dá)40%、表面體積電阻率≥1011 Ω.cm，LD50（半數(shù)致死劑量）≥7 mg/kg，可在PE、PP、ABS、HIPS 中推廣應(yīng)用，其阻燃性達(dá)到美國保險(xiǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)室UL94 技術(shù)要求。有科研人員在載體中加入抗氧劑、光穩(wěn)定劑、無滴劑、著色劑、紅外線阻隔劑等一系列助劑，制成了多功能母料，添加該母料的PE 薄膜，具有長壽、無滴、保溫、著色的功能，可使農(nóng)作物顯著增產(chǎn)。浙江樂清縣母料廠開發(fā)了安全色母料，它集阻燃、著色為一身，解決了電視機(jī)外殼染色與阻燃的難題，使用該母料制成的產(chǎn)品，經(jīng)國家有關(guān)部門檢測符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求。上海塑料制品研究所在復(fù)合載體樹脂中添加著色劑、復(fù)合阻燃劑、加工助劑，制得的雙功能母料可用于PP、ABS、HIPS 等塑料，添加量為1:20 份時(shí)，阻燃性能可達(dá)到UL94V-2 級(jí)。江蘇如皋市張黃化工助劑廠利用國內(nèi)開發(fā)技術(shù)生產(chǎn)出了耐熱、高光澤工程塑料著色母料，主要用于PET、PBT、PC 等工程塑料和各種增強(qiáng)塑料的著色，也可用于PA6、PA66、PA610 等塑料的著色。使用該母料著色，色澤鮮艷，著色力強(qiáng)，耐熱氧老化，在加工溫度下不分解、不退色、無毒無味，而且分散性好，可與塑料樹脂混合均勻，烘干后便可使用。

3 塑料色母料未來的發(fā)展方向

隨著塑料工業(yè)的高速發(fā)展，色母粒也水漲船高，其母料產(chǎn)量、品種得到了長足的發(fā)展。預(yù)計(jì)“十四五”期間將向著以下發(fā)展：（1）多功能色母料的開發(fā)；（2）高性能工程塑料、熱塑性彈性體色母料的開發(fā)；（3）專用色母粒、色母料用的分散劑、添加劑的開發(fā)；（4）色母料性能測試標(biāo)準(zhǔn)的制定和檢測機(jī)構(gòu)的建立等；（5）各種先進(jìn)共混設(shè)備的使用，使得母料的加工、改性、復(fù)配更為容易和方便，加快了開發(fā)功能性母料；（6）納米技術(shù)在塑料色母料研發(fā)中的推廣應(yīng)用，極大提高色母料的性能。