第五篇 功能性添加剂 第十六章 着色剂

概述 凡用以改变塑料、橡胶固有颜色的物质均可称为着色剂。用于塑料、橡胶制品的着色物质主要是无机颜料、有机颜料和溶剂染料。单纯的颜料有不易分散、适用不便等缺点，因此，常常把它们进一步加工成实用的形态，即进行颜料化，制成专用于塑料和橡胶的商品颜料。

物体在光的照射下呈现不同的颜色是与它对光波的吸收和反射特性相关的。物体吸收可见光波长的一部分，而反射或透过其余的光纤，就呈现色彩。我们用着色剂来改变物体的颜色，实际上就是改变物体固有的吸收和反射光波的特性。 物体对可见光波长的吸收与所呈现的色彩 吸收的可见光 呈现的颜色 波长nm 对应颜色 293～435 435～480 480～490 490～500 500～560 紫 蓝 绿－蓝 蓝－绿 绿 黄－绿 黄 橙 红 红－紫 560～580 580～590 590～605 605～770

任何一束彩色光，无论是光源发射或是物体反射的，对人眼引起的视觉可以用色调、饱和度和亮度表示，这三者称为色彩三要素。色调是指色彩的基本特征，如红、黄、蓝、紫等。饱和度指颜色的深浅，即浓淡，色调的饱和度又可称色度。亮度是指色彩的明暗程度。 人们早已认识到，任何一种色彩都可以由不同比例的三种“独立”的颜色组合而成。所谓独立的颜色，是指其中任何一种颜色不能由另外两种颜色组成，这种“独立”的颜色称为基色式原色。物体的着色是按照减色法实现的，即通过改变光的吸收和反射而获得不同的颜色。红、黄、蓝是最有效的相减基色，称为三原色。 红、黄、蓝三原色中的两种调和后，可得橙（红和黄）、绿（黄和蓝）和紫（红和蓝）。橙、绿、紫三色称为二次色式间色。用原色和二次色相互调和，可得多种三次色或再间色。组成二次色两基色之外的第三基色，称为二次色之补色。例如，橙是红与黄组成的，它的补色就是蓝。相应地，红是绿的补色，黄是紫的补色。

着色剂的性能与常用着色方法 着色剂的性能指标 性能 无机颜料 有机颜料 溶剂染料 色相 着色力 遮盖力 分散性 耐光性 耐热性 耐迁移性 耐溶剂性 耐药品性 不鲜明 小 大 差 好 鲜明

着色力和遮盖力 所谓着色力，就是着色剂以其本身的色彩来影响整个混合物颜色的能力。着色力愈大，着色剂用量愈少，着色成本愈低。遮盖力，最初是指颜料用在涂料中时，它对被涂布物面所起的遮盖作用。着色剂用在塑料和橡胶制品中时，遮盖力的含义是指它阻止光线穿透制品的能力。换言之，就是着色剂透明性状大小的问题。遮盖力愈大，透明性愈差。 分散性 着色剂在聚合物中必须比较容易地以微小的粒子状态均匀地分散，才能得到优良的着色效果。溶剂染料分散较易，但是颜料的分散是一个难题，颜料不仅要进行表面加工即颜料化，还经常要借助于分散剂。

耐热性 耐候性 耐迁移性 塑料和橡胶的成型是较长时间的热加工过程。在这个过程中，着色剂应不因受热而变色、褪色或升华。 对于长期在户外使用的橡胶制品，耐候性是选择着色剂的重要依据，着色剂的耐候性有两个意识，一是着色剂本身的耐光性（耐晒性），一是着色剂对耐候性的影响。 耐迁移性 着色剂的迁移情况有三种：①溶剂抽出，即在水和有机溶剂中渗色；②接触迁移，造成对相邻物体的污染；③表面喷出。着色剂的迁移性是与它的溶解性能相关的。无机颜料不溶于聚合物，也不溶于水和有机溶剂，它们在聚合物中的分散是非均相的，不会产生上面各种迁移现象。相反，有机颜料在聚合物和其它有机物中都有程度不同的溶解度，比较容易发生迁移。有机颜料迁移的难易，与聚合物和其他添加剂（特别是增塑剂和软化剂）的种类有关。

化学稳定性 电气性能 着色剂的化学稳定性主要是指它们的耐酸、碱性，耐氧化还原性，耐硫化性等。这些性能与着色剂的应用也有密切关系。 即氯乙烯、聚乙烯等塑料大量用作电线电缆的绝缘层或护套，要求着色后电绝缘性下降不大。炭黑、钛白、铬黄、酞菁蓝等颜料的电气性能较好。

着色方法 干法着色 通常指把粉状着色剂经过准确计量以后，使之与塑料混合均匀，混合后的混合物直接送到成型设备中，制取有色制品的方法。干法着色是最简单、成本最低的一种塑料着色方法。操作简便，容易实施，设备价廉易得，投资省，上马快。缺点是粉尘飞扬，环境差，着色剂的分散效果不理想，难以达到高分散的要求。 糊状着色剂着色 糊状着色的步骤与前述干法着色相同，但所使用的着色剂是糊状的。糊状着色剂通常是将色料分散到增塑剂或者液态树脂中制得的糊状物。它与干法着色的根本区别再与着色剂与塑料混合以前，先与液态的着色助剂混合并经过研磨加工，制成粉状物，用此糊状着色剂比较细腻，而且由于有着色助剂的加入，分散效果较好，不易在成型加工过程中，产生色料粒子凝聚的弊病。操作环境好，缺点是计量不方便，工序增加，投资和成本高于干法。

色粒着色 本法通常是先采用干法着色或糊状着色剂着色法的步骤，制取塑料与着色剂的混合物，再将此混合物经塑炼，制得着色粒子，然后供成型设备制取塑料制件。主要优点是分散性和分配性好，缺点是着色工艺步骤较多，成本、投资大。 色母粒着色 色母粒着色先制得高浓度的有色粒料——色母粒，然后将色母粒与需要着色的本色塑料混合均匀后，直接成型塑料制件。主要优点是分散性高，使用方便，有助于减少塑料制品的色差，劳动条件好，省时省工。目前发展较快，广泛适用于热塑性塑料，是未来着色的发展趋势。

着色剂的种类及制备 塑料和橡胶用的着色剂主要有无机颜料、有机颜料和染料三大类，后两类又称作有机着色剂。 无机颜料 塑料和橡胶用着色剂

无机颜料 无机颜料是目前应用广、用量大的着色剂。 从化学结构看，无机颜料有以下几类： 金属氧化物，如二氧化钛、氧化锌、氧化铁等； 金属硫化物，如镉黄、镉红、硫化钡、硫化汞等； 铬酸盐，如铬黄、锌黄； 亚铁氰化物，如华蓝； 金属元素及合金，如铝粉、金粉等。 无机化合物的发色与元素的原子容积有关。一般说来，原子容积越小，发色性越强。常见的强发色元素有钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜等。常见的弱发色元素是硅、硫、硒、镉、汞、铅等。

无机颜料的色彩分类表 分类 名称 化学式 制法 着色特点 白色颜料 钛白（含红石型和锐钛型） TiO2 光亮度高，着色力强，遮盖力强 黄色染体 铬黄 PbCrO4 着色力和遮盖力佳，色泽鲜艳，耐热、耐光性尚好。 锌黄 ZnCrO4 着色力和遮盖力低于铬黄。 红色颜料 铁红 Fe2O3 色泽红中带黑，不艳，而拉性优，耐热，耐碱，不耐强酸。 镉红 CdSe·nCds 将硒溶于硫化钠溶液中，得硫硒化钠溶液，往此溶液中加入硫酸镉溶液即生成硫化镉与硒化镉之共沉淀物。 色泽极鲜艳，着色力、遮盖力、耐光、耐热、耐碱性皆优。

无机颜料的色彩分类表 分类 名称 化学式 制法 着色特点 蓝色颜料 铁蓝 亚铁氰化铁 着色力极好，遮盖力差，耐光性尚好，但不耐热，不畏酸，但极不耐碱。 群青 Na6-8AlSi6O24S2-4 天然产品和人工合成高岭土、石英、纯碱、硫黄、炭为原料制成。 颜色鲜明，着色力、遮盖力差，耐热、耐光性好。 绿色颜料 钴绿 铁蓝＋铬黄 干混、湿混、共沉淀法 色彩鲜明，着色力、遮盖力优良，耐酸碱性不良。 氯化铬绿 Cr2O3 色泽发暗，质硬难研磨，耐光、耐热、耐酸碱。 紫色颜料 钴亮紫 镉紫 CoM4PO4·H2O (Mo)2Mn2(P2O7)2 塑料、橡胶中使用较少。

珠光颜料 近年来发展非常快。六十年代初，，美国杜邦公司开发的二氧化钛包覆的鳞片状云母（简称云母钛）是一种无毒的珠光颜料，具有发展前途。 云母钛的原料是白云母，用湿式粉碎的方法将其制成鳞片状的微薄颗粒，然后与硫酸钛溶液调成浆状，采用与制造钛白的类似方法就可以得到云母钛。

有机颜料 有机颜料是属于染料的一类，都是芳香族化合物，它们的分子结构中含有不饱和的原子团，具有吸收一定可见光波长的能力，这类不饱和的原子团就叫发色团。含有发色团的化合物教色原体。 发色团主要有以下几种：

如果色原体的结构中同时含有另外一些叫做“助色团”的基团，就成为染料。助色团有时也能加深颜色。常见的助色团有以下几种： 同一物质，如果结晶结构不同，也可能具有不同的颜色。

（1）偶氮颜料 偶氮颜料的方法一般是传统的重氮化-偶合反应。芳香族伯胺为第一组分，与其重氮盐偶合的为第二组分。以耐硒黄G为例：

通常将偶氮颜料分为单偶氮、双偶氮和缩合偶氮三类。单偶氮颜料的分子结构只有一个偶氮基团，结构比较简单的不溶性单偶氮颜料如对位红、甲苯胺红和耐硒黄等，由于易迁移、发汗，不耐高温，所以在塑料加工中很少使用。结构比较复杂的单偶氮颜料，如苯并咪唑酮类，在聚氯乙烯和其它通用塑料中应用较广。色淀类的单偶氮颜料，耐热性不甚佳，主要用于聚氯乙烯以及一些通用塑料。下面分别介绍一下单、双偶氮颜料、偶氮缩合和偶氮色淀。

单偶氮颜料 早期开发的品种如耐硒黄（又称汉沙黄），耐热性较差，且有迁移问题，因此多用于热固性塑料着色。 1964年Hochest公司开发的苯并咪唑酮类单偶氮颜料，具有较高的耐热性、耐迁移性和耐溶剂性，可用于聚氯乙烯、聚烯烃等热塑性塑料着色，其中PV坚固黄HIG、PV橙HL、PV红HFC、HFIB、H4B、PV坚固红HFT、HG4B、PV洋红HF3C、HF4C、PV坚固紫红HFM、PV枣红HF3R、PV坚固棕HFR共12个品种.

双偶氮颜料 主要是联苯胺系，永固黄H10G、HR等属此类。这类颜料的耐热性好（达200℃），耐有机溶剂、着色力强。但因中间体为致癌物，这类颜料的生产和应用受到一定限制。

偶氮缩合颜料 偶氮缩合颜料亦称为大分子颜料，其特点是分子量大，可达1000左右，这类颜料耐热性、耐光性、耐迁移性均好。该类颜料1959年由瑞士CiBa公司首先研制生产。CiBa公司有下列品种系列：Cromophtal黄G；Cromophtal红R、2RF、2R、BR、GR、B；Cromophtal猩红R、2R；Cromophtal橙4R；Cromophtal红玉B；Cromophtal枣红B等。 Cromophtal黄3G

偶氮色淀 偶氮色淀中色淀红C、2B等可耐较高温度，可用于塑料着色。它受热时颜色趋于变暗，冷却时又回复到原来的颜色。由于色淀类颜料耐光性较差，推荐于室内用PVC制品着色。 偶氮色淀结构示例（色淀红C）

（2）酞菁类颜料 酞菁类颜料有蓝、绿两种色相，耐热、耐光性能十分优良，色彩鲜明，着色力强，成本低廉，是橡塑着色中应用最为广泛的有机颜料。

酞菁蓝 酞菁蓝是一种分子量很大的有机颜料，有两种结晶形态，即α、β型，α为红光蓝，β为绿光蓝，β型较α型更为稳定。 酞菁蓝的结构较为复杂，如下图： 酞菁蓝不溶于水、酒精及有机溶剂，不会产生迁移现象，耐酸、碱性强，耐热性达200℃，耐硒7～8级，它的着色力很强，常用量0.02%左右。可用于多种塑料的着色，如聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸脂、尼龙、丙烯酸树脂、酚醛、环氧、氨基塑料以及纤维素塑料等等。

酞菁绿 酞菁绿也是一种分子量很大的有机颜料，它是酞菁绿的卤化产物，有氯化物和溴化物两种。氯化物带蓝光，溴化物带黄光。 酞菁绿的结构如图所示: 酞菁绿耐酸、碱性，耐水，耐酒精及有机溶剂，耐迁移性强，在塑料中不会迁移，耐热性达200℃，耐硒8级，着色力强，常用量0.005%，可用于各种塑料着色，如聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、尼龙、聚碳酸脂、酚醛、环氧、丙烯酸树脂、纤维素塑料等等。

喹吖啶酮系颜料 本类颜料料的色相在橙、红、紫色区内，其耐热、耐光、耐迁移等各种性能十分优良，与酞菁类颜料相类似，是塑料着色使用的优良着色剂。由于它们的性能和酞菁类颜料一样优良而均衡，故国内习惯于将此类颜料冠以“酞菁”的桂冠，称为酞菁红、酞菁紫等等。 喹吖啶酮类颜料于1958年首先由美国杜邦公司开发投入市场。 各主要颜料厂都先后开发了此类产品，如Hoechest的PV坚固红EG、E3B、E5B；PV坚固桃红E、PV坚固紫ER01等。 喹吖啶酮类的红的结构如图：

其它品种 有异吲哚啉酮类。耐热、光、迁移性好，是塑料着色性很广的优秀品种，尤以黄色品种较突出。该类颜料具有代表性的品种有瑞士汽巴的Irgazir黄2GLT、2RLT、3RLT；Irgazir橙RLT、红2BLT等。还有萘四羧酸与芘四羧酸衍生物类颜料。这类颜料有较好的耐热和耐迁移性，主要色谱为橙色及红色。如PV坚固橙GRL即为萘四羧酸衍生物；芘红即为芘四羧酸衍生物。还有二噁嗪类。这类颜料的特点是耐光性好，着色力强，除了用于塑料着色以外，也用于调节酞菁蓝的色光，使酞菁蓝带红光，。此类颜料中有著名的永固紫RL、PV坚固紫BC；Irgazir紫GRLT、BLT等。

（3）溶剂染料 溶剂染料目前广泛用于塑料制品的透明着色，具有颜色鲜明、着色力强的特点，使用品种百余种，是近年来发展速度较快的一类着色剂。 按化学结构，溶剂染料主要是偶氮染料、蒽醌染料和杂环类等。 偶氮类溶剂染料如溶剂黄14，结构如下图，是单偶氮染料。

双偶氮染料 如溶剂黄29 蒽醌类溶剂染料 如溶剂兰25

杂环类的溶剂染料 如溶剂红196