Типы концентратов для окрашивания полимерных материалов
Концентрат для окрашивания полимеров состоит из полимера (основа), колоранта и специальных добавок. Последние могут быть введены в полимер двумя путями. Первая возможность — введение добавок в концентрат; такой способ предпочтителен, если содержание добавок невелико. Если содержание добавок значительно (например, наполнители, концентрация которых достигает 60%, или замедлители горения), их следует вводить непосредственно при производстве полимерного изделия.
Известны три вида агрегатного состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Колоранты в газообразном состоянии не существуют; следовательно, для окрашивания полимеров могут быть использованы концентраты либо в жидком, либо в твердом состояниях. Концентраты в твердом агрегатном состоянии могут быть как в порошкообразной, так и в гранулированной форме.
Каждый тип концентратов красителей обладает характерными свойствами, присущими агрегатному состоянию, которые следует учитывать в процессе окрашивания; в противном случае это может привести к производственному браку.
Для окрашивания термопластичных полимеров (термопластов) используют все три типа концентратов, хотя многие производители предпочитают гранулированную форму. Два другие типа концентратов, жидкие и порошкообразные, используются реже, в основном, производителями, специализирующимися на этих типах смесей.
Для окрашивания термоотверждающихся полимеров (реактопластов) используют концентраты только в жидком и порошкообразном видах. Обычно термоотверждающиеся полимеры содержат два жидких компонента: реакционно-способный и отверждающий. После их смешения образуется сшитый (сетчатый) полимер, который затем не может быть переработан термопластическими способами. По этой причине лишь один из двух компонентов должен быть окрашен перед смешением; как правило, колорант вводят в отвердитель, поскольку последний обычно инертен. Использование жидких концентратов предпочтительнее, поскольку они легче смешиваются и удобнее в обращении; кроме того, окрашенное связующее может являться отвердителем как, например, в эпоксидных смолах. Сшивание жидких лаков зависит от того, является ли система многокомпонентной или однокомпонентной. Однокомпонентный лак отверждается путем влагопоглощения. Выпускаются два типа однокомпонентных лаков: в виде уже окрашенной системы либо в виде жидкого концентрата, добавляемого в систему непосредственно перед использованием. Выбор системы зависит от ряда условий, главным из которых является химическое строение компонентов лака. Однако в обоих случаях концентрат ни в коем случае не должен содержать влагу для предотвращения преждевременного сшивания (в однокомпонентной системе) или слишком быстрого сшивания (во время смешения лака с концентратом).
Скорость сшивания термоотверждающихся полимеров можно варьировать в широких пределах путем замены колорантов, поскольку последние далеко не всегда химически инертны. Они могут как ускорять, так и замедлять сшивание, поэтому правильный выбор колоранта очень важен. Другая возможность при замене колорантов – слегка изменить композицию реактопласта. Такой способ не всегда бывает успешным, но, по крайней мере, приводит к изменению оттенка цвета.
Для окрашивания эластомеров используются те же принципы: колорант должен быть введен в систему до ее переработки в изделие, поэтому для окрашивания этих типов полимеров используют лишь жидкие или порошкообразные концентраты.
Гранулированные концентраты (маточные смеси)
Гранулированные концентраты, или маточные смеси, в настоящее время считаются наиболее предпочтительными для использования, что отражается большим объемом их продаж на рынке. Гранулированные концентраты содержат следующие компоненты:
- полимер (основа);
- колорант;
- диспергирующий агент;
- добавки, если это необходимо (стабилизаторы, центры кристаллизации, антистатики и т. д.).
Концентрация перечисленных компонентов зависит от требуемой интенсивности цвета и (или) кроющей способности колоранта. Для реализации очень интенсивного цвета и хорошей кроющей способности необходима высокая концентрация колоранта (до 50%) при содержании полимера 40-45% и содержании диспергирующего агента 5-10%. Если в маточную смесь необходимо ввести добавки, то это становится возможным лишь за счет снижения концентрации колоранта. В настоящее время имется широкий выбор набора добавок, уже введенных в маточную смесь. Выбор между введением добавок в маточную смесь или смешением двух различных маточных смесей определяется экономическими соображениями.
Для придания пастельных оттенков и (или) прозрачности окрашенного изделия достаточно ввести лишь несколько процентов колоранта в маточную смесь, особенно при использовании колоранта с высокой интенсивностью цветового тона. В результате получим очень низко концентрированную маточную смесь. В этом случае уже не концентрация колоранта в маточной смеси определяет количество добавок, а технические причины. При очень малом количестве колоранта в маточной смеси трудно достичь гомогенности расплава полимера, поэтому при окрашивании полимера гранулированными концентратами используют минимальное количество добавок. Гранулы в маточной смеси обычно имеют 2-3 мм в длину и 1,5-2,5 мм в диаметре, их концентрация при окрашивании должна быть не менее 1%. Только при использовании гранул меньшего размера их содержание может быть ниже 1%, однако такие маточные смеси используют достаточно редко по экономическим соображениям. Таким образом, универсальных рекомендаций по концентрации колоранта в гранулированных концентратах не существует.