Если представить себе, что пластмасса вдруг потеряла свои цвета и остались только «пластмассовые» белый и оттенки серого, то 30% окружающего нас мира потускнела бы и поблекла. Пластик задает цвет нашему быту, а проблема качества и свойств этого «цвета» – одна из самых острых для любого производителя.
Полимерные материалы изначально не имеют привлекательности по цвету и фактуре, но, поскольку изделия из пластика формуются из однородного расплава, им можно придать любые цветовые и фактурные свойства с помощью специальных добавок еще на стадии переработки. Производство подобных добавок можно организовать непосредственно на предприятии, объединив тем самым процессы переработки, прокраски и собственно изготовления красящей массы.
Окрашивание пластика проводится «в массе» – когда материал находится в расплавленном состоянии, к нему добавляют пигмент или краситель. При этом происходит диспергирование (рассредоточение) частиц последнего в массе полимера, что обеспечивает равномерность и насыщенность покраски.
Добавлять краситель в расплав пластика можно в виде порошка или в составе другого расплава. Окрашивание полимеров в массе путем добавления порошка красителя неудобно, так как это имеет ряд недостатков: неудовлетворительные оптические свойства окрашиваемого полимера, снижение механических показателей изделия, неоправданно высокий расход дорогостоящего красителя, трудность перехода от одного цвета к другому, вызванная чисткой оборудования. В основном все перечисленные недостатки имеют одно объяснение – сложность полного диспергирования (распределения) красителя в объеме полимера. Частички красителя агрегируются (слипаются), что приводит к возникновению разводов, тусклости и неравномерности окраски.
Для предотвращения описанных выше проблем, а также улучшения условий труда при окрашивании пластиков используют суперконцентраты красителей.
Суперконцентраты представляют собой дисперсии пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером. Другими словами, при использовании суперконцентрата в объем полимера вводится уже диспергированный порошок красителя. При переработке частицы красящего вещества будут легко и равномерно распределяться по всему объему будущего изделия, не слипаясь и не оседая в нижней части материального цилиндра.
В названии суперконцентратов приставка «супер» означает высокое содержание порошка красителя в красящей массе (до 90%). При этом наряду с суперконцентратами существуют просто концентраты красителей, которые содержат в своем составе до 20% пигмента. Производителям пластмассовых изделий более выгодно иметь дело с суперконцентратами, так как из-за высокого содержания пигмента их расход на производство значительно ниже.
В зависимости от способа получения конечный красящий продукт может быть в виде гранул, порошка, пасты или раствора.
В простейшем виде суперконцентрат красителя представляет собой систему из двух компонентов: пигмента и матрицы (связующего вещества). В качестве матрицы могут быть использованы практически все полиолефины, полиолефиновые воска, полистирол, твердые эпоксидные смолы и т.д. Выбор таких материалов определяет способ получения суперконцентрат – диспергирование в расплаве, для чего используют двухшнековые экструдеры.
Помимо перечисленных выше материалов, связывающим веществом могут быть пасты некоторых пластификаторов, стеорокс, а также латексы, в которые можно ввести пигмент путем перетира. Такой способ получения суперконцентратов аналогичен получению типографских офсетных красок на краскотерочных машинах.
При получении эмульсии пигмента в растворе полимера используют полистирол, полиуретан, поливинилацетат. В этом случае могут применяться лопастные смесители, миксеры и т.д.
Наиболее востребованы суперконцентраты, полученные методом диспергирования пигмента в расплаве полиолефинов, полиолефиновых восков и полистирола. Объясняется это прежде всего тем, что львиная доля перерабатываемых материалов – именно полиолефины.
Для окрашивания пластиков могут использоваться как неорганические, так и органические пигменты. Среди неорганических пигментов наиболее часто используют диоксид титана, карбонат кальция, сажу, кадмиевые, кобальтовые, желеоокисные, хромовые пигменты, ультрамарин, литопон и др.
Из органических пигментов наиболее важными являются пигменты, имеющие молекулярно-кристаллическую структуру и отличающиеся нерастворимостью в окрашиваемых средах. К таким относятся азопигменты, фталоциановые пигменты, трифенилметановые и полициклические. Обладая более широкой гаммой ярких оттенков и большей красящей способностью, органические пигменты уступают неорганическим по термо-, свето- и атмосферостойкости, а также миграционной стойкости.
Зачастую к окрашенным изделиям из полимерных материалов предъявляют специфические требования. Например, если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам и суперконцентраты должны иметь соответствующее разрешение.
На данный момент имеется множество суперконцентратов, которые позволяют окрасить полимер практически в любой цвет и оттенок в пределах известной цветовой гаммы. Кроме того, появились суперконцентраты, позволяющие получить при окрашивании различные спецэффекты, от которых внешний облик изделий из полимеров существенно меняется.
К спецэффектам относятся перламутровые, флуоресцентные, опалесцирующие, фосфоресцирующие и радужные окраски полимеров. Добавки с такими эффектами используются в дорожных знаках, рекламе, спецодежде, игрушках и многих других изделиях, где важен визуальный эффект.
В суперконцентратах могут использоваться также флеки и флиттеры, как вкрапления в основную массу полимера волокон, чешуек или точек. С их применением возможно получать окраску «под горные породы» – мрамор, гранит и другие. Такие эффекты достигаются за счет того, что данные вкрапления являются окрашенными частицами полимеров с более высокой температурой плавления, чем окрашиваемый материал.
Основы:
Под термином «суперконцентрат» понимается не только производство концентрированных красителей. К достаточно обширной группе специальных веществ, называемых суперконцентратами, также относятся: светостабилизаторы, антиоксиданты, антипирены, антистатики, антислипы, скользящие добавки, антиблоки, нуклеаты.
Красители – органические соединения, которые способны растворяться и придавать цвет материалу, а пигментами, как правило, называют нерастворимые вещества неорганического происхождения.
Основные преимущества окрашивания в массе:
сокращение технологических операций;
качество окраски сохраняется весь период эксплуатации изделия;
окрашенный слой не отслаивается из-за плохой адгезии или механических повреждений поверхности;
окрашенный в массе материал не выгорает.
Преимущества использования суперконцентратов:
– возможность окрашивания полимера в любые цвета;
– высокое качество окраски;
– окрашивание может производиться на любом стандартном оборудовании без каких-либо дополнительных материальных и временных затрат;
– экологичность производства;
– простота введения необходимо количества суперконцентрата в расплав полимера;
– возможность быстрого перехода с одного цвета на другой.
Классификация суперконцентратов:
Светостабилизаторы позволяют длительно время сохранять первоначальный цвет изделия и его механическую прочность, защищая изделие от ультрафиолетовых лучей. В качестве светостабилизатора могут применяться производные бензонитризола, бензофенола, никелевые и кобальтовые соли защищенных фенолов и др. Светостабилизаторы эффективны даже при очень низких концентрациях (менее 0,1%).
Антиоксиданты предотвращают термоокисление в процессе переработки полимера и замедляют деструкцию материала во время хранения и эксплуатации изделия. К антиоксидантам относятся смеси соединений фенолов и фосфидов.
Антипирены значительно снижают горючесть полимеров. Специальные антипирены используют для производства негорючих пленок, листов и литьевых изделий. К антипиренам относятся сульфат аммония, а также различные бромиды и хлориды.
Антистатики позволяют избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Антистатиками являются алкиламины.
Скользящие добавки (слипы) применяются в качестве внутренней смазки в полимере. Такие добавки уменьшают вязкость расплава и существенно повышают производительность экструзии. Придают поверхности пленок и других полимерных изделий большую гладкость, блеск, глянец. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. К скользящим добавкам относятся производные высших жирных кислот.
Антислипы придают поверхности пленок шероховатость. Используются при производстве тары, мешков для упаковки сыпучих продуктов и прочих изделий, где шероховатость необходима. В качестве антислипа может использоваться сверхвысокомолекулярный полиэтилен.
Антиблоки препятствуют слипанию готовых изделий, что особенно важно при производстве пленок. Пакеты, изготовленные из пленки с добавлением антиблоков, легко раскрываются, а стенки пакета не слипаются. В качестве антиблоков используются кремневая кислота или амидные воски.
Нуклеаты увеличивают коэффициент светопропускания, повышая прозрачность пленок. Также нуклеаты оказывают влияние на надмолекулярную структуру полимера, делая ее более мелкозернистой, благодаря чему существенно сокращается время кристаллизации, и процесс охлаждения изделия осуществляется быстрее. Нуклеаты применяются исключительно для полипропиленовых материалов. В качестве нуклеатов используются бензоаты натрия или флуоресцентные органические вещества, поглощающие ультрафиолетовое излучение.
Вспенивающие агенты разрыхляют структуру полимера. Используются для производства пористых изделий. В качестве вспенивающих агентов применяются трифторхлорметан, бензосульфонилгидразин и другие вещества.