浅谈色母粒生产中存在的“色差”问题

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浅谈色母粒生产中存在的“色差”问题浅谈色母粒生产中存在的“色差”问题
产品外观的感觉和印象是决定是否购买该产品的基本条件之一。而工业产品表面色感、光感与触感这些外观感觉中颜色扮演着一个很重要的角色。特别是一些由多个零件组成的产品,有时这些零部件还是用不同材料做的,其表面处理也不尽相同,在这种情况下对颜色辨认的要求非常高,同样对于一些色调变化非常细腻的颜色,尤其是灰色调,颜色的辨认难度也相当高。
在塑料制品加工工业中,塑料色母粒作为一种浓缩体着色剂,通常以1:20—100的比例来给塑料制品着色,其色母粒本身的色差控制是关键,它是衡量色母粒制造商的色母粒产品质量水平的首选指标。在实践中,通常表现在色母粒样品与客户要求色样间的色差,色母粒样品与批量订货产品的色差,色母粒供货批次间色差,基料品种或牌号改变后产生的色差等等。色母粒使用中发现塑料制品产生色差肯定会是客户不下订单,下了订单后投诉索赔的软肋。因此面对入世后品质要求提到首位,品牌意识越来越高的今天,我们怎么办?色差控制必须升为每个色母粒生产商的头等大事。
首先,从实用检测产品颜色色差的几种方法来分析和认识色差的标准,然后找出产生色差的原因,再决定解决和避免产生色差的方法。
1. 国内目前普遍采用检测产品颜色色差的方法:
1.1 目测检查法:直接用眼睛对两个着色制品的颜色差别作评判。人眼评色时,一般均取两至三个色调,亮度和色彩饱和度在允差范围内的不同标准色(标准,上差,下差)用灰卡法评价色差。这种五级九档灰色标准系ISO1974年颁发。用灰卡法评价色差系用饱和度差替代明度差,如果色差相对较小时,这种方法还是比较简洁实用、正确的,但色差太大时就无法采用了。
1.2 仪器检查法:色差计、测色仪用标定色板与试样色板测出三刺激值计算△E总色差(CIE)已广泛用于大多数色母粒生产商,但是在具体操作过程中,大家都承认仪器测色是个理想的手段,快速稳定,但由于人眼判断颜色受自然光的影响很大,所以任何色差公式均不能达到与人眼一致,而塑料制品的颜色是给人看的,不是给仪器看的,人眼判断应该是最后标准。
1.3 仪器与目测互补检查法:仪器测定的数据为参考,目测为最后标准。我公司有美国Datacolor电脑配色仪,用于配色及色差的测定。在色差检测中它发挥的作用是很大的,能帮助迅速找出色差存在的根源,然后针对色差计测得的L*A,a*A、b*A,二者色差用公式ΔE*ab=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2计算出来,决定调整明、暗度或蓝、黄相还是绿、红相。但从配色程序上来看,因配备的软件系国外颜料,国内颜料尚未有软件,自行开发是个比较大的细致工程,耗工耗时又耗人,最大的问题还是国产颜料生产厂家众多、生产的同种牌号厂家不同、批次不同等因素导致建立软件十分困难。
2. 产生色差的原因及控制方法
1、染、颜料的选择:着色剂是塑料配色中最重要的原料,有颜料与染料两大类。颜料中有无机和有机之分,其共同特点是不溶于水,它在塑料中的分散是以固体粒状分布分散的,如炭黑、钛白、铁红、镉黄、镉红等属无机颜料;酞菁蓝、红、绿,永固黄、红,大分子黄、红、棕等属有机颜料,在耐热、耐晒和坚牢度性能上各有特点。颜料比重大,色彩较暗,但表面色彩很明显,易于识别红、黄、蓝、绿、紫、青等,如酞菁蓝、红,永固黄、红,群青,铁黄等。染料的品种也很多,其特点是染料大多数能直接溶于水。但还原染料、分散染料则不能直接溶于水,特别是还原染料中有些品种可完全代替颜料使用,它色彩鲜艳、纯洁,着色力特强,扩散性好,杂质少,耐热和耐光等坚牢方面完全符合某些工程塑料生产工艺的需要,可针对性的替代进口高档颜料使用,并且染料是透明有色塑料制品的不二选择,因为染料无遮盖力,只有添加钛白、锌白或炭黑后才能起遮盖的作用。配色中遮盖力的性能也会引起测色仪数据产生较大的偏差。染料比重轻,色彩鲜艳,但在看商品染料时不易辨别它的真面目,需待冲淡或完成着色后才能辨别,通常看上去是黄褐色着色后显示蓝色,表面看是红色,着色后却显示黄色,有些看似黑色,但着色显示变成红、蓝、绿、棕、黑色。
塑料着色与油漆、油墨的印刷着色,与棉、毛、麻的染整着色都有很大的不同,在选择染、颜料的时候,要根据客户与生产工艺的需要,根据不同牌号、种类的树脂来选择适当的染、颜料并预测经济的用量进行着色,这是每个塑料配色技师最起码应具备的基本技术。
2、注意补色:客户需要的颜色,能够用现成的单一染、颜料品种着色即可达到,这是最妥当的,但这种情况很少,一般都需要两种或者两种以上,甚至有些灰色需要五、六个颜色才能配出来。
三元色配合得出的二次色叫间色,间色再配合得出三次色叫再间色,可以看到三次色的暗度在加深,原因是二个颜色之外混入了补色。每二个间色的相对原色叫补色,如绿是黄与蓝的并色,它的补色是红色,其它以此类推(见图1)。所以在配色过程中,选择并色染、颜料时必须注意避免补色的加入,因为引入补色,会使色光变暗,明亮度大幅减低,直至变成灰色。
3、分清色相:由于颜色除基本色外还存在色光的区分。比如,玫瑰红是带蓝相的红,大红是带黄相的红,嫩草绿一般总是带黄相的绿,老草绿一般代表带蓝相的绿等等。那么染、颜料能使塑料制品显现的颜色同样也有个色相问题,例如:2BP红带蓝光,BBN大红带黄光,酞菁红(C.I 122)带蓝光,永固黄HR(C.1 83)带红光,溴淀蓝带红光,分散黄FFL带绿光,分散红3B带蓝光,还原紫RR带红光,还原黄4GF带绿光等等。在配色过程中除染、颜料的基本色拼合外,它们的色光也产生了拼合,例如:红光的黄与黄光的红可拼出鲜艳的橙色;同样道理红光的蓝色与蓝光的红色可拼出鲜艳的紫色;黄光的蓝色与蓝光的黄色可拼出鲜艳的绿色。根据补色原理延伸也可以改变某一基本色的色光。例如:黄相的蓝加微量的紫色会变成红光的蓝,原理是紫色是红与蓝组合的,它可以增强红光,消减黄光;同理,红相的蓝色中加入微量的绿色可改变黄相的蓝;蓝相的红中加入微量的橙色可改变成黄相的红;黄相的红中加入微量的紫色会改变成蓝相的红;蓝相的黄色中加入少许橙色会变成红相的黄;红相的黄色中加入少许绿色会变成蓝相的黄等。色光(色调、色相)在配色中是十分重要的因素,许多色差情况是色光不接近造成的。在这里强调选择染、颜料时要注意它本身的色光,多数商品的染、颜料名称的尾部附有色光的代号,见表1可识别其色光的类别与强度。最好是问制造商要色板或选购时自己打色板观察、留档。
表1 色光代号
中国
英国
德国
蓝光
B
B
红光
R
R
黄光
Y
G.J
紫光
V
V
橙光
O
O
绿光
G
G
注:在色光代号中,重复几个字母例如:BB,RR或写为2B,2R表示附带色光的强度,如2RK的红光强度比5RK的红光强度要弱。
鉴于染、颜料极大多数都是化学合成物,它们在反应、合成的过程中有一个反应是否完全的百分比概率,也就是说多少会带点残留杂质;再加上染、颜料制造商出厂时为了调整色光、色泽到一定的标准也会用掺混的方式掺混后出厂,这样使该染、颜料本身就是个并色,并色越多,配色工作就越复杂,很多色光不正,亮度偏低的情况都是带入补色成份而发生的。理论上讲在配色中尽量少用并色,如需并色,注意挑选性质接近的少量一两个染、颜料,同时注意它的性质与色光以使其达到最佳效果。当然配色工作的复杂性,决定了按理论加入量来达到色泽、色光是有困难的,需要在实际工作中不断试验、摸索,从而总结经验,这个过程本身就是理论与实践相结合的过程。对一些色差要求较严的颜色建议对选用的染、颜料,先做小样小试,确定它的着色强度和色光再决定取舍,这样可使配色做得比较顺利。
4、其他:选择使用塑料着色的染、颜料要查核它的耐热性、耐光耐候性、相容性(化学、物理性)、分散性、遮盖力、着色力、重金属含量(SGS标准)、毒性、价格等等。比如:耐热性,着色树脂是LDPE,知道它的可加工温度在±150-200℃,色泽大红,那么可以选BBN(C.I 48:1),查它的耐热性在180℃,着色力100%(标准色),价格较经济;着色树脂是PA,它的可加工温度在190—280℃,色泽大红,那么BBN大红就完全不行了,查得黄相大红颜料耐热性在250℃以上的有C.I P.R144、 C.I P.R177、C.I P.R254等,根据色泽、色光、价格等因素来选择配色;耐光耐候性主要是室内与户外用品的区分也包括耐用家电用品的考虑,炭黑是耐光耐候最好的颜料,但限于黑色,需要彩色时,可根据染、颜料制造商的介绍试用选择;相容性(包括物理与化学的)。这一范围比较宽广,包括耐酸、耐碱、耐过氧化物(双氧水等)、毒性、重金属离子、耐迁移性等等,估计这些均与染、颜料的品种结构有关。比如:某着色剂在PEEK(聚醚醚酮)加工中360℃以上尚可使用,但在PA(聚酰胺)加工中(±280℃)就完全变色了,这里涉及的不光是染、颜料的热稳定性,而是关系PA树脂加热熔融时存在的还原作用;再比如试制PVDC肠衣薄膜色母粒,发现所用颜料红,尽管都符合食品卫生要求及耐热、耐光、耐酸、耐碱要求,但该颜料红还是无法在PVDC加工中使用。原因是PVDC受热极易分解,多种金属离子都对PVDC热分解有催化作用,所选颜料红含有金属离子是症结所在;关于分散性、遮盖力、着色力、毒性、价格等问题以上也述及了一些。分散性问题主要是靠颜料粒径控制粗细问题,粒径小,分散性好,分布均匀,着色力自然也提高了,关于染、颜料与树脂的相容性问题可以说所有染、颜料加入到塑料中去对树脂来讲都是杂质,那么选择什么样的分散剂(PE蜡、EVA蜡、EBS等)来处理包覆颜料这是色母粒制造商的基本知识,至于遮盖力、毒性、价格问题是客户的要求,达到什么等级是依据产品用途提出来的。
3. 染、颜料配色过程中的注意事项
1、同一照明光线下进行一对色样的对比,不同照明光线下对比是不科学的。原因是同一个物质,由于光的波长不同,人眼看起来颜色就有差别。在日光和灯光下观察物品的颜色,色光总会感觉有所差异,即使在日光下早晚时间也有不同,在夏天中午阳光特强时会让人刺眼辨不出色光,红光变淡,橙色、紫色会带红,绿色带黄,蓝色带紫,紫色带褐色,棕色带灰;在长管日光灯下,白色会带青白色,红色会更深,黄色会带蓝绿。为了人眼检测比较有个相对稳定的环境条件,定在下午3—4点,朝西的窗口,分三组(每组两人,年龄18-25岁)目测检验,如三组结论一致,可以肯定色差已很小。
2、染、颜料批次间差异,关键是把好进库检验关,规定染、颜料制造商用目前国内通用的刮墨法纸片随带与上次送货的刮墨纸色片对照,符合或近似的收下,否则退回。
3、染、颜料、塑料、分散剂以及其它助剂的色母粒配方出来后,计量、计算不准或者失误,后果是染、颜料在色母粒中间含量百分比的变化,势必影响色母粒同比例掺入后塑料制品颜色的差异。所以首先要定期检查计量器具的准确性;其次要有专人专职掌握配方计算,计量技术;最后为保证微量的染、颜料计量的准确性,要求使用分析天平进行计量。
4、塑料材料不同牌号不同厂家,或同厂家不同批次底色的偏差或者是不同树脂(PVC、ABS、PP、PA、POM、PS等)的基料更换都会起到大小不一的颜色差异。例如:同一个PP棕灰色母粒以1:50的比例加入,在均聚PP,共聚PP、无规共聚PP制品上的显色差异就很大,肉眼明显可看出。同牌号的ABS材料底色差异明显较大,有些黄有些白,所以ABS色母料就更要注意材料底色,据说ABS制造商底色要求统一在国际上也是个难题。这类色差的产生不是染、颜料的问题,而是基料带色的问题。解决方法就是经常与塑料制品生产厂商沟通,了解和掌握客户的材料、制品和工艺特点,为其生产和提供专用色母,不通用针对该批材料。
5、根据客户要求在色母粒中添加润滑剂、抗氧剂、抗老化剂、抗静电剂等等辅助物料时,很多的辅料都会影响到色母预定的颜色,应事先试验各种加入的助剂对最终制品颜色的影响程度,留档以备日后查验时参考对照。
4. 色母粒生产工艺控制注意事项
1、对高速搅拌机与双螺杆挤出机,要求经常保持清洁,因为任何灰尘及杂物带入色母粒中都会影响母粒的纯洁度,特别在不同色彩母粒更换时,一定要把前一批次的残留物清除干净,这是一项耗时耗工的工作,但是必须得做而且还要有专职检查。最好当然是专色专机也叫一色一机,国内规模较大的母粒制造商已在逐步实现。另外要经常检查加热套与螺筒壁的接触是否良好,二者接触不好,即使加热仍在继续,但造成螺筒导热不均匀,筒内物料温度也就无法均匀,影响共混塑化能力,造成的后果是色母粒的着色力和分散性变差。
2、色母粒生产工艺的稳定性与产生色母粒批次色密切相系。染、颜料在塑料树脂中的分散、分布与对该颜料的分散剂湿润(包覆)程度及分散中剪切受力相关,高速捏和机高搅时间、温度、物料的加料顺序,是能否将着色剂团聚粒子打开的关键,因为加热后着色剂变成凝聚粒子就很难打开了,色母粒使用中发现的色点和云彩花纹,可以说基本上是高搅这道工序有问题。双螺杆挤出造粒工序一样也涉及停留时间、温度、转速、压力等工艺问题,有些热稳定性不好的颜料,高温变色轻微的是色光消失,着色力降低,进一步会泛黄,变酱色,严重的就发灰发黑。比如酞菁蓝(C.I P.R15:1)系红光蓝,在高温下很容易转变为B型绿光蓝。热塑性高分子材料本身系有机材料聚合所得,在高温、高压、高剪切的条件下也很容易热氧老化,在常规的塑料加工配方中都是要求加入适量的抗氧剂、抗老化剂也是基于这一道理。同理在色母粒生产挤出工艺中,只要是在能挤出成条的情况下,温度宜低不宜高。这是高分子材料与染、颜料,分散助剂经过条件选择后共混物加工的最佳稳定保障。
3、国内大多数色母粒生产属于水冷拉条滚刀切粒,这种工艺对色母粒的含水量较难控制,PE色母粒行业标准规定含水量≤0.15%,对PE色母来说颜料、助剂、成核剂总量百分比不超过70%,温度不是很高,过水距离不是很长,料条表面光洁,一般来说含水量≤0.15%是可以达到的;但若PE在色母中重量比不到25%,加工温度又偏高,过水距离又不加调整,料条有气孔或稍有毛糙,成品色母的水份含量就会超标。含水量问题首先是产品质量是否符合标准,二是色母粒含水量超标确实会产生制品中颜色差异,表面粗糙,气孔增多,拉伸断裂等等多种问题。如有条件,可针对本公司产量在后续设备中增添电热沸腾床,对色母粒做快速烘干处理。
4、为了避免色母粒批次之间的差异,最简单实用的办法是将同批次的色母粒在计量包装前,用搅拌的方法全部装入搅拌后再计量包装,就可以避免和减少批次间的色差问题。但重要的还是前边讲述的控制步骤需扎扎实实的执行下来,一旦执行不当,把色差很大的也搅混进去,会造成更严重的事故了。

 

色母粒为塑料制品添加色彩,色彩的控制对色母粒制造商来说十分重要却又非常困难,色母粒分析研究与生产是个跨学科工程,它涉及的范围很宽,并且随着新材料的不断涌现涉及范围还在继续加宽,专业技术人员除继续严格做好、完善、稳定老产品的同时还需要不断努力认识、理解新问题和新物质的解决与使用。产生色差的原因可能还会有很多,要找出全部原因来分析解决十分困难。但只要用心、用劲去钻研,去发现,比如现在客户需要配一个粉红色的颜色,配色人员都知道是用钛白粉和红颜料两种就可以的,但二者的比例是多少,要靠自己去实践中找,颜料加得多不一定好,太深了这个粉红色就会显得深暗无光彩,只有掌握了一定的正确比例,才会使粉红色泽感觉鲜艳又柔和。请问你的粉红色配成后,自己满意吗?与别人比呢?因为只有光波的波长被颜料吸收后反射出来通过人眼接收才产生色感,这个过程是个复杂的实践过程,也是经验积累的过程。只有通过努力,虽然不能完全消除色母粒的色差或配出最好的色彩,但可以做得好一点。实践证明质量稳定的着色剂配方,认真精确安排的生产工艺,严格检查中间产品和最终产品的颜色,把色母粒的色差控制在一个适当的范围内是可以实现的。
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