塑料色母料的研發進展

汪曉鵬，陳好元

（1.甘肅省輕工研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000；2.國家輕工業塑料產品質量監督檢測蘭州站，甘肅 蘭州 730000.3.蘭州元達塑料有限公司，甘肅 蘭州 730030）

2021 年是“十四五”開局之年，塑料新材料、新技術、新產品更加融入社會各個層面，在國家經濟建設和人民生活水平提高方面將發揮更大作用。塑料著色是塑料制品業發展的重要組成部分，是影響制品內在質量和外觀質量的關鍵因素。塑料制品著色不但能美化產品而且能賦予制品多種多樣的功能，以及遮蓋塑料的某些性能或賦予它某些特性，提高制品品質和外在感官。另外，塑料著色還可起到logo、驅蟲、增產等附加功能，從而提高其附加值和企業經濟效益。

以前，塑料著色多采用干法、糊狀著色劑著色和色粒著色等生產工藝，這幾種著色方法的不足之處在于顏料的分散性、穩定性差。干法著色顏料隨風飛揚，污染環境、顏料劑量也不易控制。20 世紀80 年代則開發成功了高濃度色母料，使色母料的生產向前跨越了一大步。采用色母料進行著色，其工藝簡單，使用方便，消除了對環境的污染，促進了顏料在樹脂中的均勻分散。使用色母料生產的制品，表面光亮、耐光性強。隨著科學技術的不斷進步，色母料的生產技術也不斷進步、完善和發展。新技術如電腦控制和電子技術、自動化技術、化工技術及機械制造技術已在色母料生產中得到廣泛的應用，從配色、配料、混煉、擠出造粒、烘干到包裝入庫全部實現自動化、智能化。故而，減少了可能出現的差錯，保證了顏色的準確性，避免了造成色差和缺陷，賦予了塑料制品更多的功效。塑料著色的目的和效果詳見表1。

表1 塑料著色的目的和效果[1]

1 塑料著色母料的優越性

（1）使顏料或染料處于良好的分散狀態，保護產品色相均勻性。色母料所使用的著色劑（顏料或染料）經過混煉設備超微處理，能均勻分散于載體樹脂和塑料之中，從而保證著色劑在加工過程中具有良好的分散性，使制品色澤均勻一致。

（2）保持著色劑的化學穩定性。色母料是將著色顏料或染料固定于載體樹脂中，因此，可以避免著色劑及其他助劑與空氣接觸，防止因氧化和受潮所引起的色質變化。

（3）使用方便，無污染，節省原料。使用色母料可直接與塑料樹脂混合加工，無粉塵飛揚之虞，不存在污染問題，著色劑也能得以均勻和充分的利用，減少儲料，節省能耗，宜使用于自動化連續生產工藝。

（4）簡化工藝，提高產品質量。使用色母料著色，省去了染色、造粒等工序，減少了塑料重復加熱所產生的降解作用。這樣既簡化了操作，又有利于保證樹脂的性能不受影響，提高塑料制品的內在質量。

（5）現代先進加工設備和工藝技術的采用，為母料的生產提供強有力的硬件支撐。

2 塑料色母料品種與研發進展[2]

近年來，我國母料開發步伐加快，由最初的聚烯烴色母料發展到現在的通用色母料、專用色母料、多功能色母料、高濃度色母料等多種；顏色也從紅、黃、藍、綠、黑、白6 種發展到現在的數十種。現分敘之：

（1）通用色母料。通用色母料（也稱萬能色母料）開發難度較大，因此這種色母料的生產廠家較少。廣州羊城工程塑料有限公司選用特殊樹脂（K 樹脂）和EVA（乙烯—醋酸乙烯酯）為載體樹脂，研制開發成功了通用萬能色母料，其顏色有40 余種，適用于塑料和橡膠制品。福州市塑料科學技術研究所開發了含顏料40%～60%的通用超濃度色母料，可用于PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、HIPS（高沖擊強度聚苯乙烯）、AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、ABS（丙烯腈—丁二烯-苯乙烯共聚物）、PA（聚酰胺）等制品著色。丹陽市家電配件二廠開發了可用于多種工程塑料（POM、PC、PA 等）的通用級高濃度色母料，其顏料濃度為普通色母料的4～10 倍，可按1:（100～250）份數的比例混合后使用。通用萬能色母料可用于多種塑料的著色，可減少色母料的庫存，節約資金。不足之處，它對某些塑料著色效果不如專用色母料，尚有待提高。

（2）專用色母料。專用色母料的用途單一，如PVC 色母料只能用于PVC 制品著色，而不能用于其它塑料的著色。盡管如此，它著色效果好、價格便宜，因而應用廣泛，生產廠家較多，產量也較大。專用色母料的品種大致可分為7 類。

①聚烯烴色母料。聚烯烴色母料在色母料行業中歷史最長、產量最大、技術也較為成熟的品種。浙江藍溪塑料廠以LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（線性低密度聚乙烯）樹脂共混物為載體，制得濃磁白色母料，其加工性能良好，操作簡單、切粒不掉渣。該色母料用于生產包裝容器，可節約30%的鈦白粉，還可提高制品光澤和內在質量。福州市科技研究所以國產新型云母鈦珠光顏料為主，經表面處理后與樹脂及其他助劑共混均勻，然后經擠出機擠出造粒制成的珠光色母料，其著色強度高、分散性好、珠光效果佳，符合衛生技術標準要求。采用該所開發的聚烯烴銀色感色母料在PE 薄膜制品制備過程中添加3%，其光澤值提高20%～60%，色澤均勻，制品銀色金屬感強，力學性能也不受影響，用于包裝裝潢效果極好。

②薄膜用的色母料。薄膜用的色母料研究開發近年來較為活躍，它要求顏料的粒度更為細小。福州市塑料科技研究所用LDPE（低密度聚乙烯）、EVA 為載體樹脂，國產鈦白粉為顏料，開發成功的色母料，其顏料含量高達50%，可用于生產7μmLDPE 超薄薄膜，經檢驗測試產品的某些技術指標達到了日本同類產品水平。中國石化蘭州化學工業公司對國產炭黑進行了認真的篩選，選擇了適宜薄膜制備的炭黑品種，生產出的炭黑薄膜專用母料通過了國家級技術鑒定。使用該母料生產的薄膜，可防止雜草生長、能起到除草的效果，促進農作物增產增收，而且還可延長薄膜的壽命，廢膜也易于回收。反光銀灰薄膜專用色母料也已開發成功，并投入了生產。這類薄膜可提高農作物產量，防止蚜蟲的生長，減少蟲害的發生。

③聚苯乙烯（PS）類色母料。PS 樹脂在家電、日化行業中應用較廣。廣州羊城工程塑料有限公司以高流動性PS 為載體樹脂制成的PS 類色母料，可用于GPPS（通用性聚苯乙烯）、HIPS、ABS、SAN（苯乙烯—丙烯腈共聚物）等塑料制品的著色。載體對制品性能的影響較大，最好選用HIPS的樹脂為載體。有人用抗沖擊級ABS 和AS 為載體，添加著色劑、分散劑、潤滑劑等助劑制成的色母料，當用于ABS、AS 等塑料的著色時不會影響制品的抗沖擊性能。以ABS 為載體，添加一系列助劑，使用含顏料40%的瓷白濃縮色母料用于冰箱板材的生產。如此，既能降低成本，又可染色均勻。還能提高板材質量，節省進口外匯。

④PVC（聚氯乙烯）樹脂色母料。國內生產PVC 著色制品時，基本上都采用在捏合、配料過程中加入著色劑的共混工藝方法。近年來，有些企業開發PVC 色母料，這種母料顏料含量高達40%～70%，比相應色漿的顏料高出一倍，而且顏色分散均勻，長期貯存也能保持顏色的穩定性。

⑤電線電纜專用色母料。我國的PVC 電纜料多是有色的，而本色電纜料較少。電線廠生產不同顏色的電線時需要使用不同顏色的電纜料，它不但占用場地大，資金投入多，而且更換顏色困難，原料浪費也大。

國外一般采用在本色料中添加色母料的方法來生產電線電纜。由于這種方法有許多優點，我國沿海經濟發達地區已采用此法。北京化工大學和北京市電線總廠使用Brabender 轉矩流變儀，篩選出了PVC 電纜專用料，經使用表明，效果良好，可完全替代進口產品。高速薄層全塑市話通信電纜是20 世紀70 年代迅速發展起來的一項新技術，隨著我國郵電通信事業迅速發展，所用高速薄層全塑市話電纜聚烯烴絕緣色母料完全需要進口。上海染化一廠和成都電纜廠開發成功的母料接近美國Willson FiBerfil 公司和日本大日本油墨公司同類產品的水平，可部分替代進口。國內還有些企業，如中國石化蘭州化學工業公司、湖南塑料研究所亦開發了該色母料，青島宏信科技公司塑料助劑廠開發成功了LDPE 黑色電線專用母料，可用于LDPE 電纜生產。常州普萊克紅梅色母料有限公司開發的塑料色母料、抗靜電色母料、開口母料、阻燃母料、防老化母料等產品，該公司是華東地區最具規模的塑料母粒、功能母料生產企業。

⑥塑料纖維、單絲專用色母料。纖維、單絲專用色母料的開發難度較大，它對顏料的粒度要求極為嚴格。燕山石化公司樹脂所引進瑞士1000t/a 色母料生產線，采用濕法生產工藝，在顏料中加入表面活性劑（轉相劑）等一系列助劑后，用沙磨機進行研磨，使顏料顆粒粒徑在1μm 左右水平，這種色母料用于纖維抽絲時，可保證150 h 不堵塞噴絲板。中國石化蘭化公司開發的PP 纖維色母料，經紡絲證明，質量達到國內先進水平，價格僅為進口的1/3，具有可觀的經濟效益。福州市塑料研究所開發成功的PE 單絲專用高濃度色母料，已通過了福建省省級鑒定，它適合于制造漁網、建筑安全網、遮陽網和繩纜的PE 單絲著色，具有顏料含量高、分散性好，著色力強和光澤度高等優點。

⑦工程塑料專用色母料。廣州羊城工程塑料有限公司以低分子聚酰胺（PA）為載體，制成可用于PA6、PA66、PA1010、PA610 及其他聚酰胺制品的母料。北京佳興公司開發了適于PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）、PBT（聚對苯二甲酸丁二酯）等工程塑料著色的高濃度專用色母料。廣東省新會縣纖維母料廠開發聚氨酯瓶專用色母料，該產品熱穩定性好、著色力強、透明度高、成本低，可完全替代進口產品。此外，廣西塑料研究所開發成功了熱固性塑料專用色母料，開辟了色母料應用的新領域。

（3）多功能色母料。以往使用的色母料只有著色功能，且功能較為單一。不能滿足制品抗靜電、阻燃、抗菌、防霧滴等特殊功能的需求，若要賦予其這些特殊功能，則需加入抗靜電劑、阻燃劑、抗菌劑、防霧滴劑等助劑，這樣使得工藝復雜、成本升高、造成制品力學性能下降，而且制品質量也難以保證。山東省新泰市色母料廠與山東大學共同開發的PRM 多功能色母料，集著色、阻燃、抗靜電為一體，添加量為1：（4～8）份。該母料解決了制品生產難題，同時降低了成本。福州市塑料研究所開發了低毒、抗靜電、著色、阻燃多功能色母料，它采用高效阻燃劑、抗靜電劑、著色劑加載體樹脂及其他助劑，經混煉造粒而成。該母料的氧指數達40%、表面體積電阻率≥1011 Ω.cm，LD50（半數致死劑量）≥7 mg/kg，可在PE、PP、ABS、HIPS 中推廣應用，其阻燃性達到美國保險業實驗室UL94 技術要求。有科研人員在載體中加入抗氧劑、光穩定劑、無滴劑、著色劑、紅外線阻隔劑等一系列助劑，制成了多功能母料，添加該母料的PE 薄膜，具有長壽、無滴、保溫、著色的功能，可使農作物顯著增產。浙江樂清縣母料廠開發了安全色母料，它集阻燃、著色為一身，解決了電視機外殼染色與阻燃的難題，使用該母料制成的產品，經國家有關部門檢測符合安全標準要求。上海塑料制品研究所在復合載體樹脂中添加著色劑、復合阻燃劑、加工助劑，制得的雙功能母料可用于PP、ABS、HIPS 等塑料，添加量為1:20 份時，阻燃性能可達到UL94V-2 級。江蘇如皋市張黃化工助劑廠利用國內開發技術生產出了耐熱、高光澤工程塑料著色母料，主要用于PET、PBT、PC 等工程塑料和各種增強塑料的著色，也可用于PA6、PA66、PA610 等塑料的著色。使用該母料著色，色澤鮮艷，著色力強，耐熱氧老化，在加工溫度下不分解、不退色、無毒無味，而且分散性好，可與塑料樹脂混合均勻，烘干后便可使用。

3 塑料色母料未來的發展方向

隨著塑料工業的高速發展，色母粒也水漲船高，其母料產量、品種得到了長足的發展。預計“十四五”期間將向著以下發展：（1）多功能色母料的開發；（2）高性能工程塑料、熱塑性彈性體色母料的開發；（3）專用色母粒、色母料用的分散劑、添加劑的開發；（4）色母料性能測試標準的制定和檢測機構的建立等；（5）各種先進共混設備的使用，使得母料的加工、改性、復配更為容易和方便，加快了開發功能性母料；（6）納米技術在塑料色母料研發中的推廣應用，極大提高色母料的性能。