中国染料工业协会色母粒专业委员会
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色母粒技术进展

作者:中国色母粒;来源:中国色母粒;日期:2012-11-23; 总第0期。


色母粒技术进展
王执中 王仲文
(浙江七色鹿色母粒有限公司,浙江 311822)

摘要:介绍了色母粒技术的现状、特点与发展趋势,并根据中塑协与色母粒专委会的调查统计,研究分析了色母粒今后几年的市场技术需求趋势。
关键词:色母粒 颜料 分散剂 增容剂 反应增容 挤出设备 载体树脂 低碳经济 市场需求
  
一、概述
  色母粒(Color MasterBatch)在发达国家称之为颜料浓缩物或颜料制备物,是指颜料按10~80%比例研磨后通过螺杆与塑料共同挤出而制成的颜料颗粒。它具有添加量少,色泽稳定,无粉尘,无污染,节省能源便于自动计量和运输等优点,在塑料制品着色工艺中普遍应用。
  我国于上世纪70年代初在兰州石化开始研制并投入批量生产,70年代中上海二十一厂、湖南塑料研究所等单位也投入色母粒的研制与开发。80年代我国经济建设飞速发展,随着改革开放步伐塑料制品的国内外需求日益高涨,促使塑料制品的产量急剧上升。随着塑料制品的普及,人们对塑料制品由陌生到熟悉,塑料制品的使用范围越来越广,以塑代钢、以塑代木、以塑代棉、以塑代纸等各类品种制品在市场各领风骚,随着生产塑料制品企业迅猛发展,仿造、模拟、创新、取代的竞争也越来越激烈,在“适者生存”的竞争原则下,产品质量必然提高到大工业企业的首位,能立竿见影为产品增值的色母料开始为一些中高档塑料制品逐步采用。色母粒技术也成为一门成熟的,独特的材料处理技术。它改变了传统的塑料着色工艺,不但消除了粉尘散发引起的污染,改善了生产环境,而且有助于着色剂分散和颜色的一致性,对提高产品质量及设备利用率都带来好处,已越来越受到用户们的欢迎。
  椐中塑协09年统计报告显示,2009年全国规模企业累计产量达到4000多万吨,总产值超1万亿元人民币[1]。而中国色母粒行业按50万吨计,每吨平均2万元计,产值为100亿,按着色制品用色母粒平均加入量2%计,中国塑料制品行业与色母粒行业产量匹配基本符合。
二、国内色母粒行业现状
  国内色母粒行业协会统计生产企业已达243家,主要分布在广东、江苏、山东、浙江、上海等省市,其中年产能力达千吨以上企业约50余家。国内色母粒需求量约在50万吨左右,千吨以上企业的总产量已达40万吨,占总产量的80%以上[2]。在众多的色母粒生产企业中,以单一生产聚烯烃系列黑、白母粒的大约占80%以上,并且质量上乘的少见。生产能力过剩,最重要的因素是国内色母粒产品结构单一,品种不全,通用型产品占极大比例,而技术含量较高的高浓度、超高浓度、多功能性、专用色母粒生产比重较少,更受制于色母粒生产是一个跨学科,跨行业,多品种,多工艺小批量的特殊行业,它必需有精通颜料学与精通高分子材料学的人才作铺垫,才能设计出在应用过程中不发生有害化学反应、耐高温、高压、相容性好、分散性强,能在按配比与高分子材料混合加工后其力学性能保持基本不变且赋于制品特定色泽的配方。
  目前塑料加工工业、电信、电线电缆、建筑材料、复合包装材料、细旦纤维、工程塑料、航空航天材料的的国内市场与快速发展还与创新步伐无法匹配。开发新品技术力量薄弱,致使色母粒在同质化水平上无序竞争。一些外资看好国内高档色母粒的潜在市场,相继在上海、深圳、苏州、无锡、南京等大中城市以独资或合资的形式建厂,如科莱恩(广州、上海、北京三地)、POLYON公司(上海、深圳、苏州)、PCCCHINA公司(南京)、日本东洋油墨公司(上海)、锐新高分子科技(无锡)公司、奥美凯公司(苏州)、斯坦德瑞琪公司(苏州)、韩国一三化学公司(广东)、香港毅兴行(东莞、上海)等等。以上所有外资企业在中国的色母粒产销约为5万吨,年仅占总产量的8%左右,其余产量还是利用他们外销渠道销往国外为主。但因他们主要占据高端市场,其产值所占中国色母粒市场份额远远大于这一比例。
三、色母粒原材料情况
  色母粒主要成份为颜料、分散剂、树脂、稳定助剂。通过对色母粒原材料的分析,将能更全面的清晰了解其行业技术发展状况及趋势。
1、颜料
  色母粒顾名思义是以颜料为主,颜料品质的高低决定了色母粒品质的档次。国内的颜料企业通过与色母粒行业的多方面、多层次交流。对塑料用颜料应该说已有了长足的进步。有些颜料企业通过引进技术、自主开发、科学管理等多种手段,大大提高了国产颜料的品质。无论是彩色颜料还是钛白与碳黑类无机颜料,都较快提升了品质,基本能满足烯烃类大众产品用色母粒的要求,在变色颜料、夜光颜料、荧光颜料、珠光颜料方面也有突破性的进展。有些品种甚至可以与国外著名品牌媲美。巴斯夫、朗盛化学、科莱恩、卡博特等国外著名颜料生产商纷纷在中国建厂,也必将大大促进国内颜料行业的发展。目前国内颜料在结构开发、杂质净化、反应残余、粒径分布,尤其颜料表面处理方面存在较大差距。特别是在一些高要求的领域,国产颜料尚无法满足要求,只能采用进口颜料进行配方。
  在众多的颜料中正确选择塑料用的颜料,属于颜料学、高分子材料学、流变学、光学等学科的知识范畴。颜料分无机和有机二大类,无机颜料通常是金属的氧化物、硫化物、铬酸物、钼酸物等盐类以及碳黑、钛白粉。这类颜料不溶于普通溶剂和塑料,它们的热稳定性和光稳定性较有机颜料优良,但着色力因相对密度较大(一般为3.5~5.0)较有机颜料差,且无机颜料多数品种如铬黄、朱红、钼铬红、镉红、镉黄、钴绿等含有重金属,均具有一定的毒性;有机颜料是有色的有机物质,它色泽鲜艳,能赋于被着色物坚牢的色泽;不溶于水、有机溶剂或应用介质;在应用介质中易于均匀分散,而且在搅拌、混炼、熔融、剪切、挤压整个分散过程中不受应用介质的物理、化学影响,保持自身固有的晶型构造;耐晒、耐热、耐酸碱、耐有机溶剂。近些年来有机颜料通过改变其分子结构,已制备出众多的品种,而且色谱范围广,颜色鲜艳、明亮;与无机颜料相比着色力高,添加量小,毒性低。然而多数低档有机颜料品种的耐候、耐光、耐热性、耐溶剂性要低于无机颜料,但一些高档颜料(如喹吖啶酮、酞青类等)不仅具有优良的耐光性能,而且在耐化学试剂上(酸、碱)也优于无机颜料。塑料用颜料的选择需要了解制品的最终用途,重点性能指标,成形加工过程及塑料的结构与颜料结构在高温剪切下是否会发生反应?反应生成何种物质?对颜料或特定功能产生什么影响?上述问题是母粒企业突破技术创新的主要瓶颈。下面举聚酰胺(Polanide、PA-尼龙)树脂如何进行着色配方设计思路作一大概解析。
  PA-尼龙是链上含有重复酰胺基团-CONH-的聚合物。目前应用较多的是脂肪族的PA6、PA66、PA1010,其中PA6、PA66,因其价格、性能和加工性好而广泛应用。尼龙材料的特点是力学性能优良,能耐反复冲击震动;使用温度范围在-40~100℃;耐摩擦系数低,具优良的自润滑性;耐油,耐烃类,酯类等有机溶剂,但不耐酸和氧化剂;易于着色且无毒。尼龙是难燃材料,具有自熄性。但基于主链中重复出现的的酰胺基是极性基团和水分子之间能够形成氢键,因此与聚烯烃等疏水性聚合物相比,具有较大吸水率。一般情况下:PA6为3%;PA66为2.8%;PA11为0.9%。由于吸水性大PA的尺寸稳定性、电绝缘性、力学性能、着色稳定性随之下降,需要通过增强填充改性等方法克服其不足。尼龙适用多种工艺加工、注塑、挤出、浇铸和滚塑成型等。它的熔点PA6在215-225℃;PA66在238-260℃,那么它的加工成型温度一定会在熔点以上,甚至需达350℃以上,鉴于尼龙其具亲水性,故对水份敏感而容易产生降解。在其它塑料着色中耐热性优良的偶氮结构红、黄颜料同样属还原材料故不适于对尼龙着色。用镉黄与群青颜料作尼龙6包装材料时,上述颜料会与包装物中的酸性物质产生化学反应而发生污染;当尼龙作肠衣膜时,除要求符合食品卫生标准外选用的颜料应耐热水和油脂,以防析出污染发生。很多颜料对增强尼龙的强度有影响,对玻 只有高级会员才能浏览全部.

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