電線電纜產品的制造成本中,塑料的成本占了相當大的比例。作為電線電纜絕緣需進行相序區分,不同顏色代表不同的相極,如藍色代表中性線。因此,所使用的PVC材料配方中一般需要采用著色劑進行著色處理,而聚烯烴類產品則添加色母料進行著色處理。而著色劑作為添加劑對塑料制品性能或多或少有一定的影響,下面從幾個方面進行介紹。
1、 對電性能的影響
無機顏料一般不會降低塑料的絕緣電阻,某些顏料如檸檬黃等還能提高塑料的絕緣電阻,而有機顏料大多會降低塑料的絕緣電阻。所以用無機顏料填充的塑料要比用有機顏料填充的塑料的電絕緣性好,這是因為無機顏料中的不純物可溶解于增塑劑而形成離子性物質,從而降低塑料的絕緣電阻率。炭黑、鈦白粉、鉻黃、酞菁藍、酞菁綠、永固紅等均系較適用的電纜用顏料。
2、 對熱老化的影響
著色劑對塑料熱老化的影響可以歸納為如下幾方面:
(1)顏料的種類不同對塑料的熱老化影響也不同;
① 深紫色的礦物顏料如氧化鐵、酞菁類、鈷藍類對塑料熱老化有促進作用;
②群青、二氧化鈦、氧化鉻等顏料的熱老化影響較弱;
③鎘系顏料對塑料的熱老化影響不大;
(2)顏料中金屬種類不同,對塑料的熱老化影響不同
①含銅、錳、鐵、鈷之類金屬的顏料對塑料熱老化有促進作用;
②含鉀、鈉、鎘、鉛等金屬的顏料對塑料的老化性能影響較小;
③同種金屬元素按純金屬、金屬氫氧化物、金屬鹽的順序依次增強促進老化的作用。
以PVC塑料為例:一般穩定劑對顏料的影響最大,所以在配方中要根據穩定劑的類型來選擇著色劑。另外,金屬猛、鐵、鈷、鎳、銅、鋅對PVC的脫氯化氫起促進的作用,使PVC發生降解,因此不宜使用含這些金屬的顏料。炭黑在軟質PVC中有防止熱老化的作用,在硬質PVC中能促進熱老化,因此在使用中必須使用有效熱穩定劑來加以改善。
3、對遷移影響
其中包括壓析現象和表面析出,所選用的增塑劑對顏料的溶解度大時,顏料的遷移比較容易。采用硬脂酸鋇、鎘做穩定劑時,顏料的壓析性能比使用鉛鹽時要大,加入碳酸鈣,有助于改善顏料的這種現象。另外,有機顏料比無機顏料的遷移要顯著得多。
4、對耐侯性能的影響
大多數著色劑可起到光遮蔽和吸收紫外線的作用,因而可以提高防老化性。無機顏料中,碳黑、鐵紅系、鉻黃、鎘系顏料填充的塑料吸收紫外線能力強,可以塑料的光老化,由炭黑或酞菁藍著色的塑料制品,耐侯性比不著色更好。而群青等著色劑吸收紫外線能力差,并有促進PE的紫外線老化作用。常用著色劑的紫外線吸收率如表1所示。
表1 常用著色劑紫外線吸收率
顏料種類 紫外線吸收率/% 顏料種類 紫外線吸收率/%
370nm 375nm 370nm 375nm
金紅石型鈦白粉 87 85 氧化鐵 95 96
銳鈦型鈦白粉 86 88 酞菁綠 96 96
鎘黃 95 95 酞菁藍 97 97
鉛黃 97 97 群青 74 69
鉬橙 96 96 碳黑 95 95
鎘紅 95 96
5、 對機械性能的影響
加入一定量的炭黑,能延緩塑料機械性能的變化,鈦白粉則會影響其力學強度和電學性能。著色劑尤其是有機顏料,常會作為成核劑而影響結晶狀態。無機顏料對樹脂的結晶速度、球晶大小基本無影響,而有機顏料如酞菁藍、偶氮類可使球晶更細微。常用著色劑對球晶尺寸影響如下:PP樹脂中加入炭黑、群青、鎘黃、二氧化鈦、氧化鐵等后,其球晶尺寸為400μm以上;加入酮酞青藍、偶氮色淀紅等后其球晶尺寸為50μm,并易形成β晶形。對于結晶型材料來說,由于材料的抗拉強度與晶形及晶粒幾何尺寸大小密切相關。一般來說,晶粒越細,其強度相對較好。因此,在結晶型聚合物的擠塑生產過程中就尤其要注重色母料的選擇。
6、對成型收縮的影響
(1)著色劑的結構對成型收縮的影響 一般認為分子結構具有對稱性的著色劑,對制品的成型收縮率影響較大,如異吲哚啉酮系、酞菁系等著色劑分子對稱性號,會引起較大的成型收縮。
(2)著色劑晶體形狀、大小對成型收縮的影響 著色劑結晶呈各向異性,晶形為針、棒狀時,成型收縮大;晶形為球狀,成型收縮小。無機顏料的晶形通常為球形,因而收縮較小;而有機顏料晶形大都為針、棒狀,因而成型收縮大。
在著色劑的選擇方面:可用于塑料的著色劑品種很多,對于每一種樹脂而言,適用的著色劑的品種也不同,在具體選擇時主要從耐熱性、耐光性、機械性能等方面進行考慮。隨著母料技術的發展,在實際生產過程中使用的多是使用著色母料。與傳統的助劑相比,具有工序簡單,優化工作環境,分散均勻,節省材料的顯著優點。目前,我們生產的聚烯烴類產品就是在基體塑料中加入一定量的專用著色母料進行著色處理。
此外,也要注意著色劑與其他添加劑之間不應產生相互影響甚至化學反應。在有硫化物或硫磺的場合中,應避免采用含鉛的著色劑和穩定劑,如硫代二丙酸二月桂酸酯(DLTDP)及硫代二苯酚之類抗氧劑等。在塑料配方中,無論選用什么樣的著色劑,其用量是決定性因素,依據各種顏料對塑料各項性能的影響,一般無機類用量為3%-5%,有機顏料用量為0.5%-1%。


