Окрашивание в массе

Окрашивание в массе

При производстве окрашенных в разные цвета пластмассовых изделий самым оптимальным вариантом считается приобретение уже окрашенного в процессе синтеза или грануляции полимерного материала (ПМ). Однако не всегда это удается, отечественная промышленность до сих пор предпочитает выпуск неокрашенных гранул, зачастую цветовая палитра выпускающихся ПМ довольно бедна и ограничена бело-черной гаммой. Импортные цветные пластики более доступны, но, к сожалению, стоят довольно дорого. Поэтому каждый производитель пластмассовых изделий сталкивается с необходимостью самостоятельного окрашивания своих изделий. 

кегкеОкрашивание в массе – наиболее распространенный и экономически целесообразный метод декорирования изделий - представляет собой процесс введения и предварительного перемешивания пигмента-красителя или концентрата красителя с исходным ПМ перед переработкой. Окончательное перемешивание, в котором происходит диспергирование агрегатов частиц пигмента и распределение их в массе расплава полимера с образованием гомогенной окрашенной смеси производится в рабочих органах перерабатывающего оборудования в процессе изготовления изделия различными методами переработки (литьем под давлением, экструзией, экструзией с раздувом и т.д.). При этом достигается однородный состав композиции пигмент-полимер.

Необработанные пигменты применяются обычно для окрашивания полимеров в тех случаях, когда требования к дисперсности пигментов в изделии не очень высоки и степень диспергирования пигментов не оказывает влияния на внешний вид и физико-механические свойства. Как правило, при использовании необработанных пигментов возникают трудности, связанные с их гидрофильностью, агрегированностью, которая снижает физико-механику изделия; недостаточной эффективностью диспергирующего оборудования для переработки полимеров (смесителей, экструдеров, шнеков литьевых машин и пр.). Кроме того, использование ничем не связанного пигмента значительно ухудшает условия труда по причине значительной запыленности рабочего помещения, сопряжено с затруднениями при дозировании и достижении равномерного распределения в объеме полимеров при перемешивании. Частично эти трудности снимаются после модифицирования некоторых видов сравнительно более дисперсных пигментов, образующих довольно прочные агрегаты, изменяя их поверхностные свойства, например, гидрофобизируя. При этом уменьшается прочность агрегатов пигмента, за счет чего увеличивается дисперсность пигмента в полимере.

Уменьшить пыление пигмента при загрузке и перемешивании его с гранулами полимера возможно также с помощью предварительного введения в смеситель небольшого количества (0,05-0,2% от массы гранул) вспомогательного вещества, способствующего адгезии пигмента к полимеру, например, вазелинового масла, октола (низкомолекулярного полиизобутилена, растворенного в бутилацетате в соотношении 1:1,5), раствора бутилстеарата в бутилацетате в соотношении 3:1. Для сухого окрашивания полиэтилена используют восколит – смесь воскоподобных отходов полиэтиленового производства с касторовым маслом в соотношении 1:2.

Для окрашивания полимерных материалов применяется большая группа неорганических (НП) и органических (ОП) пигментов, причем последних примерно в три раза больше. Однако, обладая более широкой гаммой ярких оттенков и большей красящей способностью, ОП, вместе с тем, уступают НП по термо-, свето- и атмосферостойкости, миграционной стойкости

Миграционная стойкость имеет самое большое значение при производстве изделий медицинского назначения, игрушек и изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Различают четыре типа миграции пигмента из полимерного материала:

  • контактная миграция - окрашенное изделие соприкасается с другим и загрязняет его;
  • маркость – миграция пигмента на свободную поверхность полимера;
  • загрязнение – миграция полимера на поверхность оборудования при переработке (например, загрязнение валков при каландровании полимера);
  • бронзирование - на поверхности окрашенного изделия образуется слой сухого красящего вещества, придающий ему металлический блеск, причем удаление налета дает только временный эффект.

прапр

Критерием склонности к миграции является растворимость пигментов в полимере: чем выше растворимость, тем больше склонность к миграции. О склонности пигментов к миграции можно судить и по стойкости пигментов к органическим растворителям, в частности, к толуолу: если пигмент растворяется в толуоле хотя бы частично, он будет склонен к миграции. Нестойкость к миграции характерна, прежде всего, для ОП, однако она встречается и в случае применения НП. Эффекты миграции могут быть снижены специальной поверхностной обработкой или модифицированием пигментов.

Достоинствами НП по сравнению с ОП являются их более высокая стойкость, проявляющаяся как в процессе окрашивания, так и при эксплуатации окрашенных изделий, а также их более низкая стоимость, что делает их применение экономически более выгодными. Из наиболее часто применяющихся при окрашивании полимеров НП можно назвать диоксид титана (TiO2), оксид и сульфид цинка (ZnO, ZnS), литопон, свинцовый крон различных цветов (желтый, оранжевый), кадмиевые, кобальтовые, железоокисные, хромовые пигменты, ультрамарин и др. Для придания полимерным материалам черного цвета на протяжении многих лет применяются сажевые наполнители (сажи печная, газовая канальная, ламповая), которые к тому же улучшают светостойкость и электропроводность окрашенных пластмасс. Крупнейшим поставщиком различного вида углеродных саж в Европе до сих пор остается немецкая фирма Degussa AG, занимающая второе место в мире по производству черных НП.

Из применяющихся для окрашивания пластмасс в массе ОП наиболее важными являются пигменты, представляющие собой по структуре искусственные молекулярные кристаллы и отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К ОП относятся также органические лаки, которые получаются переводом растворимых красителей в нерастворимое состояние. ОП относятся к соединениям ароматического ряда и содержат пять основных групп:

  • азопигменты и азолаки;
  • фталоцианиновые пигменты;
  • лаки основные и трифенилметановые пигменты;
  • полициклические пигменты;
  • пигменты различного строения.

апрпрЧасто к красящему веществу предъявляются специфические требования. Например, при окрашивании полимерных материалов, идущих на изготовление игрушек, изделий медицинского назначения или изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, выбор пигментов должен быть согласован с «Перечнем материалов», разрешенных Минздравом РФ и санэпиднадзором для этих целей; пигменты для окрашивания электроизоляционных полимерных материалов не должны ухудшать их диэлектрических показателей; пигменты, используемые для окрашивания однокомпонентных полиуретанов, не должны содержать гидратной воды, которая, реагируя с изоцианатными группами, вызывает отверждение полиуретанов. Для их окрашивания используются специальные выпускные формы пигментов.

Применение окрашивания в массе необработанными пигментами, кроме уже упомянутых, имеет еще целый ряд существенных недостатков:

  • затруднения при дозировании;
  • невозможность автоматизации процесса окрашивания;
  • плохая воспроизводимость оттенков;
  • сложность получения ярких цветов из-за плохого диспергирования пигмента;
  • снижение физико-механических показателей материала из-за агломерации пигментов;
  • увеличение расходных норм пигмента;
  • большой расход материала на очистку оборудования при переходе с одной окраски на другую;
  • износ материальных цилиндров, шнеков и пресс-форм.

Вот почему в последние десятилетия прошлого века большое распространение получило применение различных выпускных формпигментов, т.е. красящих веществ или композиций, в которых пигмент находится в высокодисперсном состоянии. На практике выпускной формой считается продукт, который можно применять для окрашивания без предварительной подготовки на любой стадии переработки полимеров. Выпускные формы пигментов представляют собой жидкие композиции, пасты, гранулы, порошки, чипсы. По способу получения выпускные формы делятся на:

1) полученные введением пигмента в расплав полимера;
2) перетиром пигмента в вязком связующем;
3) разделением фаз из дисперсий, эмульсий и растворов полимеров.

В качестве носителя при получении выпускных форм пигментов методом (1) наиболее часто используются полиэтилен низкого и высокого давления, полиизобутилен, полиэтиленоксид, полиолефиновые воска, низкомолекулярный полистирол, твердые эпоксидные смолы, канифоль и ее эфиры и т.д.; методом (2) – пасты некоторых пластификаторов, стеорокс, латексы; по методу (3) – полистирол, полиуретан, поливинилацетат и т.д.

кепапВ производстве полимерных изделий наиболее часто используются концентраты (маточные смеси, препарации, мастербэчи) и суперконцентраты пигментов. Концентраты пигментов (КП) – это дисперсии пигмента в полимере, подлежащем окрашиванию или близком к нему по составу и совмещающемуся с ним. Количество пигмента в концентрате составляет 10-15%. Суперконцентраты пигментов (СКП) – это дисперсии пигмента в веществе с более низкой молекулярной массой, чем у окрашиваемого полимера, но легко совмещающееся с ним. Количество пигмента в суперконцентрате составляет 20-85%. Суперконцентраты, применяющиеся для большой группы полимеров, считаются универсальными, а применяющиеся только для одного вида полимерного материала – специальными.

Выпускные формы пигментов имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с пигментами:

  • отсутствие пыления;
  • высокая сыпучесть сухих выпускных форм;
  • облегчение дозирования;
  • возможность автоматизации процесса окрашивания;
  • более полное проявление красящей способности пигмента;
  • сокращение времени, за которое достигается наиболее интенсивная окраска в пять раз.

Преимуществами СКП по сравнению с КП являются большая универсальность применения; возможность получения высококонцентрированной выпускной формы; простота изготовления, более дешевое оборудование; возможность получения СКП в отрыве от производства полимеров, например на предприятиях, выпускающих пигменты.

К недостаткам пигментных композиций можно отнести разве что их сравнительно дорогую стоимость и более высокие по сравнению с несвязанными пигментами нормы расхода (0,5-1,5% для литьевых и выдувных изделий, 3-5% - при производстве пленочной продукции).

ГНЦ РФ «НИОПИК» разработан новый класс полимерорастворимых универсальных красителей - олигомерных красителей (ОК), предназначенных для окрашивания полиолефинов, ПВХ, полистирола, полиакрилатов, полиуретана, а также композитов на их основе. ОК обеспечивают хорошую свето- , термо- и миграционную стойкость, не требуют перевода в выпускные формы, не ухудшают ни физико-механических, ни электроизоляционных свойств полимеров, малотоксичны и могут использоваться совместно с СК органических и неорганических полимеров. Норма расхода ОП 0,2-1,0% для литьевых изделий и 0,5-2% для пленочных изделий.

Отечественными и зарубежными фирмами разработано большое количество разнообразных композиций пигментов, обеспечивающих многочисленные оттенки окраски (бежевый, телесный, слоновая кость, дыня, оранжево-красный, морская волна, болотная трава, сирень, салатовый, фисташковый, шоколадный и пр.); выпускаются перламутровые, флюоресцентные, опалесцирующие, фосфоресцирующие, радужные СКП, СКП с блестками (глиттерами) простыми, радужными, глиттерами-голограммами, СКП с чешуйками, хлопьями (флэками), стеклянными шариками и прочими декоративными наполнителями, СКП с имитацией натуральных и природных окрасок под жемчуг, камень (мрамор, гранит), дерево, молотковую эмаль и прочие материалы, специальные СКП для окрашивания пленок, СКП с технологическими добавками, регулирующими свойства пластмасс (модифицирующие, скользящие, антистатические, антиконденсационные, свето- и термостабилизирующие, антиоксиданты, антипирены, вспенивающие агенты и пр.).

С каждым годом количество фирм, занимающихся производством выпускных форм, постоянно увеличивается. Еще на выставке «Интерпластика-2000» среди представленных на ней отечественных производителей КП и СКП были и уже широко известные фирмы, такие как ЗАО «Сталкер М», НПФ Барс-2 (г. Санкт-Петербург), АО «Синтез» (НИИХИМПОЛИМЕР – г. Тамбов), ГП «ВИАМ-ПЛАСТКОЛОР» (г. Москва), и не так широко известные в то время: ТОО «Спектропласт» (г. Москва), ООО «Евромастер» (г. Нижнекамск, рес-ка Татарстан). В Москве и Санкт-Петербурге работают представительства известных зарубежных фирм, выпускающих пигменты и пигментные препарации, «Габриель-Хеми» (Австрия), «Ampacet» (Бельгия), «Karl Finke», «Sigmund Lindner GmbH» (Германия), «United Colors Corporation Limited» (Таиланд), «Holliday Chemical Holding PLC» (Англия, Франция, Германия, Испания), Ciba (Швейцария), BASF, Hoechst, Degussa-Huls, Merсk (Германия), VIBA S.p.A.( Италия), Holland Colours Pigments (Венгрия), Huntsman Tioxide (Великобритания ), Ampacet, А. Schulman, Ferro Corporation (США), Clariant и др., давно специализируется на производстве различных красителей для пластмасс также итальянская фирма «Репи».

Процесс окрашивания полимеров в массе, в особенности необработанными пигментами, сопряжен с необходимостью организации в цехах переработки полимеров специального участка, оборудованного дозирующими устройствами, смесителями. Смешивание пигмента и полимера производится, как правило, в тихоходных барабанных смесителях, например, типа «пьяная бочка». В настоящее время выпускается самое современное дозирующее и смешивающее оборудование с автоматическими высокоточными объемными и весовыми дозаторами, высокоэффективные смесители которые позволяют выпускать высококачественно окрашенные изделия, соответствующие заданному эталону окрашивания.

Жидкие красители тоже обеспечивают высокое качество окрашивания, поскольку жидкость обволакивает каждую гранулу сырья, изделие окрашивается более равномерно, без полосок и разводов. Жидкий краситель — это порошковый пигмент, диспергированный в жидком носителе, подходящем для определенного вида пластмассы и определенного процесса производства. Типичными связующими являются эфиры жирных кислот, этоксилированные эфиры жирных кислот, парафиновое масло, пластификаторы, непредельные спирты, непредельные амины, этоксилированный спирт и другие компоненты.

68687

Специальные жидкие составы для универсального окрашивания полимеров представляют собой как неорганические, так и органические пигменты и красители, диспергированные в жидком носителе с высоким молекулярным весом. В эти составы при необходимости могут вводиться специальные добавки, например, светостабилизаторы или антистатики. В отличие от применения гранулированного СКП дозирование жидких красок выполняется на более поздней стадии производства — в фазе полимерного расплава.

Во избежание загрязнения производственного оборудования для данного типа красителей выпускается специальное дозировочное оборудование (перистальтический или шнековый насосы) с программной памятью. Для оперативной замены цвета меняется быстросъемный модуль (шестеренчатый насос вместе с трубами). Это снижает расходы по очистке оборудования и повышает его эффективность. Введение жидких красителей требует также оснащения производственной линии устройствами подачи красителя.

Например, дозатор для жидких красителей MC Liquid компании OOO ComiPack предназначен для работы с жидкими красителями на экструдерах, термопластавтоматах и экструзионно-выдувных машинах. Он обеспечивает точное дозирование благодаря постоянному контролю потери в весе ёмкости с жидким красителем и контроля скорости дозирования. Можно легко и быстро перейти на другой цвет. Это устройство устраняет трудоёмкий процесс калибровки при смене материала.

Дозатор MC-Liquid GRAVIMETRIC работает по принципу замеров потери веса ёмкости с жидким красителем. Дозатор постоянно подключён быстроразъёмными соединениями к цифровым весам, которые работают точно даже в условиях высокой вибрации. Блок контроля имеет самонастраивающийся фильтр, который гарантирует, что весовая информация будет интерпретироваться правильно. Также одной из особенностей дозатора MC-Liquid GRAVIMETRIC является наличие памяти реального времени, в которой наряду с другими данными значения заданного и отдозированного количества красителя может быть сохранено на длительный период времени.

Использование жидких красителей обеспечивает невероятную гибкость в области выбора цветовых решений и способов производства. Кроме того, во многих случаях жидкие красители более экономичны: обычно процент ввода жидкого красителя ниже, чем сухого. Смеси жидких системных красителей обычно дозируются в пределах от 0,02% до 1,0%, что приносит экономические преимущества по сравнению с дозированием концентрированных красителей (1-3%).

Мировыми производителями жидких красителей для пластмасс являются швейцарская химическая компания Clariant AG, ColorMatrix (жидкие красители для ПЭТ, ПП, ПВХ), американские Colors for Plastics, National Plastics Color, Plastics Color Corporation и др. Отечественная компания ООО НПФ БАРС-2 (Санкт-Петербург) выпускает жидкие концентраты красителей для ПЭТ и ПК, ПВХ и ТПУ под торговой маркой БАСКО™.

Жидкие концентраты имеют следующие преимущества:

  • универсальность применения по процессам переработки (литье под давлением, экструзия);
  • высокое качество окрашивания и однородность цвета при минимальной дозировке;
  • возможность комбинирования с различными модифицирующими добавками: антистатиками, УФ-стабилизаторами и т.д.;
  • возможность выпуска эксклюзивных цветов под эталон заказчика;
  • многие жидкие концентраты имеют допуск для окрашивания изделий, контактирующих с пищевыми продуктами.

Позвоните +7 (831) 4-111-269 или отправьте заявку на info@msgconsult.com, чтобы получить персональную консультацию по интересующим Вас вопросам у менеджера «МС-ГРУП Консалт». А также заполните форму обратной связи и мы ответим в течение 10 минут!

-->