白色母粒在塑料制品中應用廣泛,鈦白粉顏料對其質量有著至關重要的作用,而白色母粒中鈦白粉的添加量一般在20-80%。從2016年初至今,鈦白粉價格從10900元/噸漲至18800元/噸(華東地區),這讓白色母粒生產企業苦不堪言!
那么,以濕法超細碳酸鈣或輕質納米碳酸鈣替代部分鈦白粉顏料制備丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)白色母粒,會對白色母粒的色彩性能和沖擊性能有什么影響呢?
1、實驗原料及方法
濕法超細碳酸鈣:CC-6000,江西廣源化工有限責任公司;
輕質碳酸納米鈣:QZNM;
鈦白粉:金紅石型鈦白粉,TYR-231。
其他原料:ABS、硬脂酸鋅、乙撐雙硬脂酰胺EBS等。
色母粒制備方法:原料干燥、混合、造粒、注塑、性能測試。
2、碳酸鈣對白母粒樣板反射率的影響
對于不透明的物體,其顏色是通過反射率來表征和體現的。
碳酸鈣替代鈦白粉對白母粒樣板反射率的影響
由上圖(a)可知:
●純鈦白粉樣板的反射率曲線居中,而濕法超細碳酸鈣CC-6000替代比例不同的樣板反射率則分布在兩邊,且差異不明顯;
●濕法超細碳酸鈣CC-6000替代比例為20%時,與純鈦白粉樣板的反射率曲線較為接近。
由上圖(b)可知:
●純鈦白粉樣板的反射率曲線處于上方,替代量為20%和30%時,樣板的反射率與與純鈦白粉樣板的反射率曲線較為接近。
機理分析:
●碳酸鈣能在一定程度上可阻隔顏料粒子團聚,使顏料粒子在ABS中的分散性得到改善,提高其有效濃度,從而抵消鈦白粉含量下降導致的不良影響,從而保證母粒著色效果基本不受影響;
●濕法超細碳酸鈣CC-6000由于吸油量小,在基體中更易分散,也能更好地協助鈦白粉粒子分散,從而體現了優于輕質納米碳酸鈣QZNM的替代效果。
3、碳酸鈣對白母粒色彩性能的影響
色彩性能的三要素是色相、明度、飽和度。
(1)對L*值的影響
●濕法超細碳酸鈣CC-6000的加入使L*值增加,除了替代量為40%的樣板外;
●輕質納米碳酸鈣QZNM的加入使L*值下降或增加很少。
?。?)對a*值的影響
a*值表示從洋紅色至綠色的范圍。
●使用濕法超細碳酸鈣CC-6000替代后,樣板a*值相對變化較小,說明出現顏色的變化不明顯。
(3)對b*值的影響
b*值表示從黃色至藍色的范圍。
●濕法超細碳酸鈣CC-6000替代后的樣品主要呈現+b*,說明使用CC-6000替代后的樣板更偏向黃相;
●輕質納米碳酸鈣QZNM替代后的樣板主要呈現-b*值,說明樣板更偏向藍相。
從整體變化趨勢來看,使用兩種碳酸鈣替代鈦白粉后,對色彩性能的影響較小,說明碳酸鈣的加入不會改變鈦白粉對ABS的著色效果。
機理分析:
●由光學理論可知,鈦白粉被碳酸鈣替代后,制品中鈦白粉含量降低,制品顏色應該會下降;由實驗結果可知,碳酸鈣替代部分鈦白粉后,著色力沒有下降;
●鈦白粉粒子之間存在著“空穴”,適量的碳酸鈣粒子由于空間位阻效應可以分布在鈦白粉粒子間的“空穴”中,提高鈦白粉的分散性。
(4)對樣板色差△E的影響
色差(△E)對色彩的變化作一個整體評價,它描述了兩種顏料之間的差異,是人們對顏色差異的量化指標。色差值△E越大,說明兩種顏色差異越大。
由上圖可知:
●在不同的替代量時,濕法超細碳酸鈣CC-6000的色差值均小于輕質納米碳酸鈣QZNM;
●濕法超細碳酸鈣CC-6000替代量為20%和30%時,樣板的色差值為0.55,明顯低于輕質納米碳酸鈣QZNM;濕法超細碳酸鈣CC-6000更有利于鈦白粉的分散。
●兩種碳酸鈣后會使樣板產生不同程度的色差,但是它們與標樣樣板的色差均未超過3,即符合行業標準。
4、兩種碳酸鈣對樣條沖擊性能的影響
由上圖可知:
●采用碳酸鈣部分替代鈦白粉后,其沖擊強度都有一定程度的下降,隨著替代比例的增加呈逐漸下降的趨勢;
●在不同的替代比例時,濕法超細碳酸鈣CC-6000的沖擊強度要高于輕質納米碳酸鈣QZNM。
5、結論
(1)采用碳酸鈣替代部分鈦白粉顏料,白色母粒樣板反射率變化不明顯,色差值均小于3,沖擊強度隨替代比例的增加呈逐漸下降趨勢;
?。?)采用碳酸鈣替代部分鈦白粉顏料,在不降低色母粒色彩性能的情況下,可提高鈦白粉顏料的分散性,同時降低生產成本,對于色母粒企業來說意義重大。
資料來源:濕法碳酸鈣替代鈦白粉在ABS母粒中的性能研究,作者:彭鶴松,張曉明,宋世坤等。
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