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本文试就玻璃钢用着色材料,根据国内外资料,谈一下粗浅的认识。
染、颜料的诸性质表1
着色效果
一般说来,着色有如下效果:
1.装饰效果
2.色彩的机能：识别效果(根据颜色区分不同的电气零件);
色感效果(机罩的安全色,澡盆的清洁色);
模拟效果(木纹,人工大理石纹)；
3.物理、化学效果
着色材料的补强效果;
油漆的表面保护(亮光涂层);
着色材料的光学效果(吸热、避光)。
材料着色,不仅能使制品美观,而且还能达到各种不同的使用效果,正确使用是会提高商品价值的。
表2颜料分类
玻璃钢用着色材料的必备性能
着色时,首先必须考虑着色的目的、着色方法,并根据制品的用途选择合适的着色材料。作为玻璃钢用着色材料要满足下列要求:
1.着色后美观
2.在树脂中分散容易,分散后稳定性好
如着色操作容易,则对成本的影响也小。对于液状树脂来说,糊状类着色材料是最合适的。分散稳定性差的着色材料容易凝聚,是造成色泽不匀的原因。
3.着色力、遮盖力强
对玻璃钢来说,要求所着的色能遮盖玻璃纤维、树脂系统的颜色,并希望少量加入即可达较好的着色效果。
4.对催化剂和促进剂稳定
由于不饱和聚酯树脂采用有机过氧化物引发剂,环氧树脂采用碱性或酸性物作催化剂,所以许多染料系和油画颜料系会因此而变色或退色,不能使用。颜料系中,无机颜料比较稳定,而对有机颜料来讲,它取决于催化剂的种类和固化条件。
5.不给树脂的固化以坏影响
有些着色材料对树脂的固化有明显的妨碍作用,或者损害促进剂的作用性。如炭黑等,不能过多使用。所以必须选择对其固化无坏影响的着色材料。同时,即使同一着色材料,因所用催化剂不同,其结果也不尽相同,如表3所示。另外,还应看树脂的种类,如对通用型聚酯和难燃性聚酯来说,其颜料效果与对固化特性的影响正好相反,为此,预先进行研究是必要的。
6.不降低成品的特性
采用妨碍固化的着色材料,会在所有方面降低成品的物理性能。同时,着色材料种类和添加量选择不合理,也会使玻璃钢的机械强度下降。例如,对SMC来说,钛*粉白**和氧化铁等这类高硬度金属氧化物颜料的多量使用,会使玻璃纤维磨损而造成机械强度的降低。对亮光涂层而言,当着色材料的添加量比较多时,则颜料和载色体对其性能的影响就会变大,在选择时尤应充分注意。
7.贮存性好
这里有两个问题:即着色材料本身的贮存性和着色后树脂及混合物的贮存性。
着色材料本身的贮存性由载色体的使用期所决定,一般来说,至少应有3个月以上的贮存期。
SMC、BMC等混合物的使用期根据配方而不同,也受催化剂和着色材料中色素的影响。
8.耐候性好
对大多数的玻璃钢来说,从其用途而言,非常重视其耐候性。
由于不饱和聚酯树脂使用过氧化物作引发剂,除部分高级颜料外,一般的有机颜料和油画颜料的耐候性都较差。
9.耐热性好
玻璃钢的成型温度一般为60～140℃,必须选择在此温度下颜色不变、不退的着色材料。
10.耐热水性好
澡盆和面板制品要求耐热水性,特别对于澡盆来讲,根据煮沸试验进行选择是十分必要的。而用SMC压制澡盆时,由于自身的煮沸性差,需采用亮光涂层。而对亮光涂层中的着色材料必须认真选择。
11.较好的耐酸碱、耐溶剂性
使用无机颜料其牢固性好,与此相反,它的耐酸碱性差,因此,在使用中必须注意。但在固化的树脂中,其表面由于得到树脂的保护还比较稳定。有机颜料在有机溶剂中不太稳定。在苯乙烯、甲醛、苯酚等单体中不稳定的着色材料不能使用。
12.成本低
我们希望着色成本尽可能低,不过,对不饱和聚酯树脂用着色材料来说,要求颜料有相当高的性能,为此,在许多场合下必须使用高级颜料。
要同时满足以上这些要求显然是困难的。只能根据要求,权衡其性能、作业性、经济性等方面,选择较为合理的着色材料。
色素的种类和性质
从所使用着色材料的色素来分大致有如下三类:
①染料系(染料);
②油溶性染料系(油画颜料);
③颜料系(颜料)。
一般讲,染料和油溶性染料透明,着色力好,少量使用即可着色。反之,许多染料对催化剂、热、光不稳定,除特殊条件外,均不采用。其染、颜料的诸性质归纳为表1。
1.颜料的分类:
玻璃钢用着色材料中,比较专用的是稳定性好和遮盖力强的颜料。颜料的分类如表2所示。
有机颜料
有机颜料着色力强,能得到透明的色彩,但很多颜料存有耐候性、耐催化剂性、耐溶剂性方面的问题。同时,由于颜料表面的电荷、活性、比重、粒子大小等的不同,在配色时也必须充分予以注意。
在玻璃钢中一般采用的为缩合偶氮系、酞菁系、阴丹士林系、奎吖酮系、异吲哚系等称之为高级的有机颜料。
无机颜料
无机颜料着色力小,色彩也不十分鲜明,但遮盖力大,耐候性、耐催化剂性好,对于室外使用或在苛刻条件下工作的玻璃钢制品来说,使用无机颜料比较合理。不过,对镉系、汞系、铅系、铬酸系等无机颜料,在公害、卫生上有问题,在使用管理和排泄上要注意。
2.热固性玻璃钢用颜料
表3、表4分别为不饱和聚酯玻璃钢用颜料和其它树脂玻璃钢用颜料一览表。
3.着色材的形态
着色材的形态有:粉末颜料;干颜料;颜料糊;粉状混合物;液状颜料。
重要的是颜料糊。它是将颜料混炼分散在液体载色体中。其分散粒度小,容易与树脂混合。颜料糊的性能不仅取决于颜料,也受载色体的影响。为此,要求载色体具有下述性能:
不饱和聚酯玻璃钢用颜料一览表表3
注:表中E——优秀,G-好;F——较好。浓色、淡色表示固化物的色泽,浓色为添加5%的颜料,淡色为添加1%的颜料。固化特性:市售通用的リゴラツク*1557树脂,常温为加入MEKP:Co=2:1phr的固化系统,25℃时的测定值。高温为:添加2%的BPO糊,80℃时的测定值。“+”为促进固化；“++”为显著促进固化;“-”有迟缓倾向;“--”为显著迟缓；“±”为几乎无变化。
环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂用颜料一览表表4
1.与被着色树脂的相溶性好；
2.不给树脂的固化以坏影响;
3.不降低成品的性能;
4.贮存性能好;
5.价格便宜。
被用作载色体的有邻苯二甲酸酯类和DAP单体或预聚物、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂等。DBP和DOP类PVC增塑剂有延迟固化的倾向,同时DOP的相溶性也差。用DAP单体,其糊状料的流动性差,对苯乙烯作单体的聚酯树脂来说,容易胶凝,并使颜料糊的使用寿命缩短,但除此之外,聚酯树脂则是一种很好的载色体。不过,实际上将根据各自的用途和树脂牌号等进行合理选择。
几种热固性树脂所用着色材的形态如表5。
颜料的特殊影响
1)颜料对耐催化性和固化特性的影响
在聚酯树脂中,如采用氧化性弱的颜料,则引发剂会使其退变色。特别是当使用BPO作引发剂时效果会更显著。不过,相对说来,其影响毕竟还是轻微的。标准还原兰系颜料,还原性强,BPO会使其变色。镉黄在成型时不会退变色,但在树脂固化不良等条件下,如有残存的过氧化物,则会显著降低其耐候性和耐水性,引会起退变色。
几种热固性树脂用着色材的形态表
各种颜料的固化特性值测定如图1～6。对固化特性的影响还随固化条件而不同。而炭黑、苯胺黑、苯胺兰对固化有明显的妨碍作用。炭黑能吸附*能官**团而起阻聚作用,不同等级的炭黑其阻聚效果的差别也很大(图5)。对钛*粉白**来说,会因等级不同而影响有别(图6),这里,主要是由于表面状态不同所致。
图1有机颜料常温固化特性
一空白;一钛菁兰,钛菁绿；一黄光还原黄、异吲哚黄、聚偶氮黄;一奎丫酮红;⑤—阴丹士林;一偶氮甲碱
测定条件:
方法:按J1SK-6901
树脂:爱斯塔树脂R-280(日本东洋高压工业公司)
颜料:0.2%6%Co-NP:0.5%(钴一镎)55%过氧化甲乙酮:1.0%
图2无机颜料常温固化特性
—空白;一铁丹;一铬黄、镉黄;一锐钛矿钛*粉白**;—金红石钛*粉白**;一高炉炭黑
图3有机颜料高温固化特性
一空白;—蒽醌红;一奎丫酮红;一酞菁绿;一酞菁兰;一二氧氮芑紫,一阴丹士林
测定条件:
浴温:120℃
树脂:爱波拉克聚酯
颜料:2.0%
引发剂:1.0%过氧化苯甲酰叔丁酯
GT=100～125℃的时间
T=100℃～MET的时间
图4无机颜料高温固化特性
一空白;一镉黄;一锐铁矿酞*粉白**;一铁丹;一金红石酞*粉白**;一铬黄;一高炉炭黑
测定条件:
浴温:120℃
树脂:爱波拉克聚酯
颜料:2.0%
引发剂:1.0%过氧化苯甲酰叔丁酯
GT=100～125(℃的时间
T=100℃～MET的时间
图5不同等级炭黑的高温固化特性(低收缩树脂)
测定条件:
浴温:120℃
引发剂:1.0%过氧化苯甲酰叔丁酯
图6不同等级酞*粉白**的高温固化特性(低收缩树脂)
测定条件:
颜料:5.0%
树脂:爱波拉克聚酯
2)对着色树脂贮存性的影响
树脂中,着色材料添加量越多,则其影响也越大。炭黑能阻止固化；相反,由于它吸附阻聚剂而促进胶凝。对无机颜料来说,加入树脂后,因金属的影响有缩短使用寿命的倾向;在氧化物系统内,其倾向会更强烈。沥青颜料,当其pH值为碱性时,也容易引起胶凝。甚至表面处理过的颜料,由于处理方法的影响也会缩短其使用寿命,或显著降低亮光涂层胶的粘度和触变性。
颜料糊的添加量表6
玻璃钢的着色方法与问题
1.树脂着色
手糊法、缠绕法、浇铸法与非玻璃钢的着色方法相同,采用更简便的在树脂中添加少量着色材料的廉价着色方法。其颜料糊一般添加量如表6所示。
添加的方法为在搅拌机中混合均匀,并尽可能少混入气泡。使用的树脂有许多是低粘度的,为此要求颜料糊的粘度低一点为好。不过这样的混合物在贮存时容易沉降,所以粘度可稍高一点。使用粘度很高或有触变性的糊时,可一次加入2～3倍准备使用的树脂稀释后再用。
兰色和灰色颜料容易产生色泽不匀。为此,在许多情况下,要先搅拌颜料糊后再使用。
亮光涂层的组成表7
2.亮光涂层的着色
手糊和喷射成型的浴盆、防水器具、船艇、冷水塔等,以及部分冷压制品,在其表面采用着色的亮光涂层。它是玻璃钢着色方法中最漂亮的一种,不过需要相当的成型技术。
亮光涂层胶主要是从树脂厂和着色材料厂采购原料后,自行配制使用,其配合比见表7。另外,在亮光涂层胶中过多追加苯乙烯单体或*酮丙**等溶剂会引起色泽不匀、下垂、不粘、裂纹等缺陷,使用时必须注意。