塑料著色劑若與抗氧劑、光穩定劑配合不當，即可導致著色塑料制品過早褪色或變色，又可加快著色塑料制品的光、氧老化速度，使制品的外觀和物理機械性能變壞，提前失去原有功能和使用價值。

 

       一、著色劑對抗氧劑、光穩定劑效能的影響

 

       1、著色劑對抗氧劑效能的影響

 

       鉻黃是不透明的無機著色劑，可用于聚烯烴、聚苯乙烯、丙烯酸樹脂等熱塑性塑料，其著色力強、遮蓋性好，耐水和耐溶劑性優良。但因鉻黃是鉻酸鉛或堿式鉻酸鉛同硫酸鉛組成的含鉛化合物，與含硫抗氧劑 DLTP、DSTP、1035、300 等共用，在塑料加工的高溫條件下會發生化學反應，生成黑色硫化鉛，影響塑料制品的外觀，也大幅度削弱了抗氧劑的防熱氧老化效能。因此，含鉻著色劑不能與含硫抗氧劑共用。

 

       在著色聚丙烯中，某些著色劑會與低分子受阻酚抗氧劑發生化學反應，而削弱抗氧劑的作用。表 1 為部分著色劑對聚丙烯中低分子酚類抗氧劑的效能影響，可分為三類：

 

表 1 | 著色劑（0.5 %）對加有酚類抗氧劑聚丙烯的熱氧穩定性的影響

 

 

 

       嚴重影響：槽法炭黑、單偶氮紅 3B、喹吖啶酮品紅、酞菁藍、氧化鐵黃棕；

 

       中等影響：酞菁綠、爐法炭黑、群青、氧化鉻綠；

 

       稍有影響：鎘黃、（硫化）汞鎘紅、金紅石型二氧化鈦。

 

       炭黑是可用于多種塑料材料及制品，且用量最大的黑色著色劑，又可做為塑料材料的光穩定劑。炭黑除在聚丙烯中對某些酚類抗氧劑的效能有削弱作用外，在低壓聚乙烯中也可與抗氧劑 BHT 發生作用，使 BHT 幾乎完全失去效能，同時炭黑自身的光穩定作用也大幅度減弱。

 

       添加 1 % 槽法炭黑、并加 0.1 % BHT 的低壓聚乙烯薄片的戶外暴露壽命，僅為單一添加 1 % 槽法炭黑的低壓聚乙烯薄片的戶外暴露壽命的 40 % 左右。對聚乙烯、聚丙烯等塑料材料，選用炭黑為著色劑或光穩定劑時，必須選用適當的抗氧劑。否則，不但降低抗氧劑的效能，也會降低著色塑料制品的戶外光穩定性能。

 

       鈦白粉和珠光粉在某些樹脂中與單酚抗氧劑 BHT 共用時，會使白色制品變黃而引發產品質量問題。

 

       2、著色劑對光穩定劑效能的影響

 

       著色劑對著色塑料制品中光穩定劑效能的影響主要有二方面作用。

 

       一是著色劑含銅、錳、鎳等重金屬元素或雜質，具有光活性、光敏性，催化并加快塑料材料的光老化速度。含有游離銅和雜質的酞菁藍會促使聚丙烯光老化；氧化鐵紅可使聚丙烯中苯并三唑、二苯甲酮、有機鎳鹽光穩定劑的效能下降 20 % 以上；對于聚乙烯，二氧化鈦、群青、氧化鉻綠、鈷綠、鐵紅等著色劑的使用，會加劇光老化。

 

       二是某些分子結構的著色劑可與光穩定劑發生作用，直接削弱光穩定劑的效能。酸性著色劑可使受阻胺光穩定劑失效；在聚丙烯中，偶氮紅、黃可與受阻胺光穩定劑發生作用，偶氮縮合紅 BR、偶氮縮合黃 3G 可使受阻胺光穩定劑效能分別下降 25 % 和 50 % 左右。

 

       表 2 為不同著色劑對含有苯并三唑類光穩定劑（UV-328）的高壓聚乙烯光穩定性的影響。由表 2 可以看出，桔鉻黃明顯提高高壓聚乙烯的光穩定性，酞菁綠和群青略有提高或無多大影響，而鎘黃則降低了高壓聚乙烯的光穩定性。

 

表 2 | 不同著色劑對含苯并三唑的高壓聚乙烯薄膜的光穩定性的影響

 

 

 

       Steinlin F 和 Sear W 用不同著色劑（1 %）、抗氧劑1010（0. 1 %）、光穩定劑770（0.5 %）和聚丙烯于 285 ℃ 下紡絲，并拉伸 4 倍，得到 80 分特 / 24 根的纖維。纖維經氙燈光照試驗。

 

       當強度下降 50 % 時，對樣品所受輻射量進行對比。結果說明，用有機顏料黃、紅、橙分別著色的聚丙烯纖維，雖然加入抗氧劑和光穩定劑，但穩定性低于未著色的聚丙烯纖維。

 

       二、抗氧劑、光穩定劑在著色塑料中的作用

 

       對著色塑料制品，抗氧劑、光穩定劑的作用之一是消除著色劑的反穩定作用，保護塑料樹脂；作用之二是通過保護樹脂進而保護著色劑；作用之三是直接保護著色劑。如熒光顏料等著色劑對紫外線較敏感、耐光性差，使用時需加二苯甲酮或苯并三唑類紫外線吸收劑對其保護。

 

       1、抗氧劑的作用

 

       色母料是以著色劑、載體樹脂、分散劑、偶聯劑、表面活性劑、增效劑制得的高濃度有色粒料。使用色母料生產著色塑料制品是塑料制品生產業廣泛采用的方法。

 

       一般來講，生產色母料所用的載體樹脂較用于生產制品的基礎樹脂摩爾質量低，熔體質量流動速率高。載體樹脂在色母料生產時要經過第一次受熱，在塑料制品生產過程中經過再次受熱擠出時，載體樹脂首先發生熱降解和機械降解，進而加速著色塑料制品的老化進程。雖然色母料中的載體樹脂在著色塑料制品中所占比例不大，但其經二次或二次以上受熱已經發生熱氧化。因此，生產色母料及使用色母料生產著色塑料制品，必須加入抗氧劑。

 

       防熱氧老化功能是一般塑料材料防老化的基礎功能，防光老化功能則是建立在基礎功能之上的提高功能。增強著色塑料制品的光穩定性能，首先要增強著色塑料制品的熱氧穩定性能。在某些紫外線吸收顏料著色的塑料制品中添加適當而又適量的抗氧劑，可成倍提高制品的光穩定性能。

 

       表 3 的數據說明，在高壓聚乙烯中，單獨使用鉻黃、氧化鐵紅或抗氧劑 2246 時，不能提高壓聚乙烯的光穩定性能。

 

表 3 | 抗氧劑與紫外線吸收顏料在高壓聚乙烯中的協同作用

 

 

 

       當鉻黃或氧化鐵紅與抗氧劑 2246 共用后，高壓聚乙烯光穩定性能提高三倍以上。抗氧劑 2246 在這個試驗中的本質作用，是增強了高壓聚乙烯的熱氧穩定性能，客觀表現或結果是增強了高壓聚乙烯的光穩定性能。

 

       2、光穩定劑的作用

       紫外線吸收型光穩定劑通稱為紫外線吸收劑，紫外線吸收劑根據分子結構不同分為二苯甲酮類和苯并三唑類。這類光穩定劑是利用自身分子結構，將照射到著色塑料制品的光能轉換為熱能，避免著色劑的分子結構（如有機著色劑的共軛雙鍵發色團）被光能破壞，并避免塑料材料發生光氧化反應。紫外線吸收劑是可直接保護著色劑和著色塑料制品外觀色澤的光穩定劑。

 

       大多數著色劑，尤其是無機顏料類著色劑，單獨用于塑料制品時，可以起到一定程度的光穩定作用。對于長期戶外使用的著色塑料制品，不能僅靠著色劑提高制品的光穩定性能。只有使用光穩定劑，才能長久、有效地抑制或減緩著色塑料制品的光老化速度，顯著提高著色塑料制品的光穩定性能。

 

       受阻胺光穩定劑（HALS）是一類具有空間位阻效應的有機胺類化合物，因具有分解氫過氧化物、猝滅基發態氧、捕獲自由基、且有效基團可循環再生功能，是防光老化效能高、國內外用量最大的塑料光穩定劑。

 

       表 4 數據說明，適當的光穩定劑或適當的抗氧劑、光穩定劑組合體系，可以數倍地提高戶外用著色塑料制品的光、氧穩定性能。對于用光活性、光敏性著色劑（如鎘黃、未包核金紅石等）著色的塑料制品，考慮到著色劑的催化光老化作用，光穩定劑的添加量要相應增加。

 

表 4 | 再循環的聚丙烯板箱材料脆化數據

 

 

 

       生產著色塑料制品選用著色劑、抗氧劑、光穩定劑及確定添加量時，需考慮著色劑對抗氧劑、光穩定劑效能的影響作用。需經過試驗確定三者共用對制品色澤及防老化穩定性的影響作用和配合效果。

 

       對于經試驗或實際應用確定的著色劑、抗氧劑、光穩定劑配合或組合體系，當著色塑料制品的基礎樹脂、加工工藝和條件、制品的形狀和使用環境不變，抗氧劑、光穩定劑品種變動，或著色劑的色澤、品種、分散、質量、添加量等任何一項有微小變動時，均可能引發著色塑料制品的重大質量問題。

 

       轉自——鏈塑網公眾號

 

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