一、PVC的特性

聚氯乙烯材料在日常生活中非常易見，顔色也很豐富。最近筆者遇到穩定劑不同引起的顔色差異問題，并對其進行了深入研究，吐血整理了這篇文章，希望對讀者你有所幫助。

圖1 PVC發泡闆

聚氯乙烯（PVC）是氯乙烯單體經聚合而成的熱塑性樹脂，其分子式為[CH2CHCl]n，分子量為3.6萬~8.5萬。

圖2 PVC的分子結構化學式

由于PVC樹脂鍵上帶有負電性很強的氯原子，使分子鍵之間産生很大的引力，阻礙了分子鍵之間的滑動，因此PVC相當剛硬，并且具有良好的耐化學腐蝕性。但質脆而硬，缺少彈性。由于PVC的含氯量大于55%，因而具有阻燃性和自熄性。

PVC分子鍊的極性使樹脂的加工溫度較高，通常根據制品要求加入不同量的增塑劑減少分子間的引力和增加制品柔韌性。PVC在熱、氧和光的作用下會脫出HCl而變色，材料性能降低，因此，在其加工過程中需要熱、光穩定劑。

PVC可用熱塑性塑料成型方法加工制品，但主要是擠出成型制品，如管材、闆材、型材、電線電纜等制品。

圖3 PVC異型材和管道

如果PVC的生産像圖2化學式那樣理想，并且由此得到的直鍊聚合物鍊中沒有任何缺陷的話，那麼PVC粉料的加工就會容易得多。但是，在聚合時有可能出現缺陷。最重要的缺陷是：

聚合時形成支化而導緻的叔氯原子。

例如由于聚合反應的終止而形成的烯丙基氯原子。

PVC的降解從這些缺陷處開始。所以這些氯原子也稱為不穩定氯原子，有缺陷的地方稱為降解的起始位置。PVC的降解稱為脫氯化氫，因為在這個過程中有氯化氫（HCl）脫離出來。HCl的脫出又産生新的缺陷。如果沒有穩定劑的幹預，這個過程會以類似拉鍊的方式繼續下去，形成氯化氫和共轭雙鍵，後者也稱為多烯序列。一旦形成6至7個共轭雙鍵，就可以觀察到PVC呈現淺黃色。随着共轭雙鍵的長度增加，黃色變得越來越深，再變成紅色、棕色，最後到黑色。這時的PVC被稱為“燒壞”了。

圖4 由于熱和剪切在烯丙基碳原子和叔碳原子處的PVC降解

簡單來說，PVC是無定形高聚物，沒有明顯的熔點，加熱到120~150℃時具有可塑性。由于它的熱穩定性差，成型過程中需要穩定劑抑制其分解。對不同的制品還需要增塑劑、潤滑劑、填充劑、着色劑等。

與加工有關的樹脂性能包括：顆粒大小、熱穩定性、分子量，魚眼，松密度，純度和雜質，孔隙率及表面構型。懸浮樹脂中有些顆粒難以塑化，在薄膜中形成魚眼，聚氯乙烯樹脂的孔隙率大小與吸收增塑劑的快慢有很大影響。

所謂增塑劑的吸收時間就是指從增塑劑加入捏合機到料不污染吸收紙為止。

二、PVC着色的注意事項

下面以聚氯乙烯電線電纜對着色劑的質量要求為例，介紹聚氯乙烯着色的注意事項。

普通的PVC電線電纜是以用懸浮法工藝生産的疏松性聚氯乙烯樹脂或共改性樹脂為基本成分，再加上增塑劑、潤滑劑、熱穩定劑、填充劑以及着色劑等輔助成分，經混合、造粒等工序加工而成的，其規格可分為：絕緣級、普通絕緣級、普通護層級、耐寒護層級、柔軟護層級、耐熱級等。其顔色也多種多樣，五花八門。按照線纜行業的約定，絕緣級和普通絕緣級的顔色有10類，即黑、白、灰、黃、橙、紅、紫、藍、綠和棕。普通護層級和柔軟護層級的顔色分為4類，即黑、白、灰和深藍，耐寒護層級則為黑色。

1.着色劑的分類

常用的着色劑可分為染料和顔料兩大類。因染料在PVC樹脂系統，尤其是軟質PVC中遷移現象特别嚴重，故PVC電線電纜着色劑隻能用顔料。由于顔料的性能（光學性能、牢度性能、加工性能及物理性能）與其分子結構、晶格類型，制造工藝密切相關，因而必須恰當選擇，才能獲得理想的使用效果。

2.着色劑的選用

就PVC電線電纜的着色而言，考慮到所用樹脂及相關助劑的特征，結合顔料的特點，在選擇着色劑時應當注意以下幾個問題。

（1）耐光性

不同分子結構的着色劑，耐光性也不同。在陽光照射下，由于日光中紫外線的輻射，加之氧和水等物質的存在，着色劑的分子結構被破壞。着色劑的顔色與其對各種光波的吸收選擇有關。如果着色劑的共轭體系被破壞，必然影響對光的吸收，引起色澤的變化。着色劑的分子結構愈穩定，耐光性愈好。

作為聚氯乙烯着色劑的耐光性應在5級以上，而着色劑的用量增多，耐光性提高。耐光性不僅與着色劑的分子結構和用量有關，而且還與增塑劑的用量有關。一般來說，增塑劑用量增多，耐光性降低。例如，軟質聚氯乙烯塑料，增塑劑用量越多，着色劑用量雖不變，但着色劑的相對含量漸減，所以耐光性能降低，因此，硬質聚氯乙烯的褪色速度往往比軟質遲緩。

此外，有的着色劑必須配置一定濃度才符合要求，若低于此濃度，則耐光性極差。例如，立索爾寶紅BK的使用量必須在0.07%以上，耐光性才理想。對于不透明淺色制品，所用着色劑很少，不能達到一定濃度，可适當添加遮蓋力大的無機着色劑，如钛白粉以提高耐光性。有兩種耐光性不同的着色劑拼用時，由于耐光性較高地屏蔽了紫外線而使耐光性較低的着色劑受到保護，所以也會使耐光性提高。

在溫度升高時，可提高着色劑在聚合物中的可溶性。但由于着色劑的耐熱性不同，其着色效果也不相同。有的顔料受熱時會發生晶型轉變，如酞青藍主要有兩種晶型，色光有很大差别。在一般情況下是α型，在聚氯乙烯加工溫度高于160℃時，就會轉變為β型，紅光藍色就會變成綠光藍色。

在一定溫度下，着色劑和其他添加劑如抗氧劑或微量雜質（催化殘留物）也可能發生反應，導緻制品褪色。聚氯乙烯在加工受熱時可分解放出氯化氫，對于一些無機着色劑，可在氯化氫的作用下發生化學反應而變色。着色劑除了适應聚氯乙烯塑料加工和成品使用溫度外，還要考慮溫度與時間的關系，如在160℃長時間加熱和200℃短時間加熱所采用的着色劑是有區别的，所以對硬質聚氯乙烯制品着色劑的要求與對軟質的要求有所不同。

（3）分散性

聚氯乙烯着色劑要有良好的分散性，通常有機顔料的分散性優于無機顔料。分散性對着色劑的鮮豔度有直接影響，分散性不良的色光不鮮豔，着色率較低。

（4）遷移性

着色劑的遷移，就是指着色粒子在被着色系統中發生位移，尤其是從被着色體内部移至表面的現象。這種位移情況，在軟質PVC着色系統中最為突出。

着色劑在聚合物中的遷移通常可以分為四種情況，即結垢、浮色、滲色和粉化。其中第一種現象直接發生在着色加工過程中，其餘三種則發生在着色物的使用過程中。

着色劑在PVC樹脂中的遷移性首先與其分子結構有關。一般而言，使用無機顔料，考慮其結垢性，其滲色、浮色和粉化性很小。有機顔料則不同，必須做全面考慮。

例如有機顔料的遷移性

1）其一與它在PVC樹脂中的溶解度有關，在加工溫度下溶解度越大，則一旦冷卻後，其過飽和度就越高，再結晶的傾向及速度就越快，浮色就越明顯。

2)其二與濃度有關，着色物中有機顔料添加量越高，則浮色的傾向也越大；

3）其三與有機顔料的分子量有關，分子量越大，分子的空間構型越複雜，則在樹脂中的遷移速度就越慢，其浮色就越小；

4）其四還與着色的加工條件、着色物的使用環境等因素有關，如着色加工溫度越高，潛在的浮色傾向就越高，着色物的使用環境溫度越高，粉化及滲色的傾向就越大。

5）與PVC電線電纜料中的增塑劑含量有關，含量越高，有機顔料的遷移傾向就越大。

6）有機顔料的化學結構與增塑劑的化學結構越相似，則顔料的遷移傾向也就越大。

顯然，一些分子量較低的有色酚類合成的不溶性單偶氮紅色譜系有機顔料是不宜用于PVC電線電纜料着色的。

圖5 五顔六色的電線

某些着色劑由于和樹脂相容性差，或因溶解于增塑劑中，具有向制品表面遷移析出的現象，而嚴重時會起霜。滲色現象在軟質聚氯乙烯塑料中發生較多，起霜就是在塑料表面緩慢形成的薄層着色劑沉澱，揩擦就可以将它去除，一般可在制品制成半年後發生。起霜與着色劑在聚合物中、在增塑劑或聚合物增塑體系中的溶解度有關。過程基本如下：在高溫加工時，由于着色劑在樹脂中溶解度大，當迅速冷卻時，色料在體系中成為過飽和狀态，經一定時間後，在塑料與空氣界面形成着色劑微晶，晶體逐漸在表面成大，更多的着色劑向表面遷移，即起霜。

凡具有遷移性的着色劑，一般不宜作為聚氯乙烯塑料的着色劑，但由于目前聚氯乙烯着色劑的品種、數量和來源存在一定的困難，因此也采用某種色澤鮮豔而遷移性不強的着色劑，如堿性玫瑰精。采用時應掌握以下原則：

①着色劑具有遷移性，但僅為溶于增塑劑所造成（即微溶于增塑劑中），它與樹脂相容性尚可，則考慮用于不加增塑劑或加入少量增塑劑的硬質塑料制品中。

②用于對色澤鮮豔度要求高，而對遷移性要求一般的制品。

③采用略有遷移性着色劑的用量要盡量減小。

（5）着色力

着色力的大小與着色劑的分散性或比表面積的大小有關，分散性越好，比表面積越大，着色力越高。由于有機顔料的分散性與比表面積都較無機顔料大，所以着色力較高，同時無機顔料的色澤鮮豔度低于有機顔料。

（6）PVC的老化性能

①影響PVC老化性能的因素：目前室外應用的着色PVC的比例是可觀的并且不斷增長，但是經過一段時間使用，會像其他塑料一樣，由于老化的原因産生顔色變化，為了避免褪色需要進行以下約束：選用種類和用量最佳的着色劑，采用不透明顔料。

②老化現象：随着時間的推移，塑料由于老化而變壞，這是由于表面的降解。然而，不透明的有機、無機顔料和有機、無機顔料的共同作用可以延緩老化現象。

圖6 PVC着色手套

（7）電性能

着色劑用于絕緣材料着色時，應當考慮所用着色劑的電性能。其影響主要體現在被着色材料的體積電阻、介電常數及擊穿頻度上。前兩項與着色劑在被着色體中的分散程度有關。通常PVC樹脂中加入着色劑後，總會或多或少的降低其電性能。其中影響的程度，以黑色和白色為最小，黃、紅、橙和一些綠色居中，其他顔色則較大。

另外還與顔料中的水溶性電介質及含濕量等有關。一般純度高的，水溶性電介質少的，極性小的，含濕量低的，其體積電阻較高。着色劑的介電常數對通訊電纜尤為重要。相鄰絕緣層之間所用的着色劑的介電常數之差最好低于百分之一，否則會産生竄線等現象影響信息傳輸的質量。此外，若着色劑分散不良，某些地方存在較大的着色劑顆粒，通電時易被電流擊穿，造成漏電，嚴重影響其絕緣性能。

（8）顔色穩定性

使PVC電線電纜發生顔色變化的因素主要如下：

①着色劑的耐光性。着色劑的耐光性與其本身的化學結構有關，同時與其濃度及是否與沖淡劑（如钛白粉）共用有關。無機顔料的耐光性，無論是濃色還是淺色，無論是單用還是钛白粉共用，其耐光性均較高。對于有機顔料而言，其耐光性優劣可歸納為：偶氮顔料<雜環顔料；不溶性偶氮顔料<偶氮色澱顔料；偶氮顔料<偶氮縮合顔料；小分子顔料<大分子顔料；顔料粒徑小的<顔料粒徑大的；與钛白粉共用<有機顔料單用；使用濃度低的<使用濃度高的。

②着色劑與被着色物在使用環境中接觸到的化學品的化學發應。若發生化學反應，可能會改變着色劑的顔色性能，從而導緻顔色變化。不過，這種因素是可以預測的，如群青類顔料在酸性環境中褪色；鉻黑、钼鉻紅類顔料在硫化物存在下會生成硫化鉛而使顔色暗淡。因此，隻要在配色前，慎重選擇着色劑就可以避免這個問題。

③PVC樹脂老化。PVC樹脂在光照下也會發生光化降解反應，使樹脂的光反射率發生變化，這樣也會引起顔色的變化。但其影響程度遠小于前面兩個因素。

④綜合以上分析，用作PVC電線電纜的要求概括如下：

A、從着色劑品種來看。不用有機顔料（遷移性大）；不用金屬、珠光類特種着色效果的顔料（顆粒大、電性能差）；少用群青藍或紫類顔料（褪色快）；少用氧化鐵黃、氧化鐵紅、氧化鐵棕和氧化鐵黑類顔料（使PVC樹脂分解）；少用爐法炭黑（電性能及分散性能相對較差）；少用含鈣的色澱類顔料（吸濕性大，影響電性能）；少用高級有機顔料（價格高、分散性較差）。

B、從着色劑的牢度性能來看。耐酸性一定要好，耐熱性好，耐遷移性好，耐光性好。

C、從着色劑的物性指标來看。顔色穩定性較高（色差、着色力變化較小）；吸油量較小（有利于分散）；水溶性呈中性或微酸性（在PVC着色系統中穩定性好）；水中電介質含量低（電性能好）；含濕量低（加工性好，電性能好）。

（9）加工穩定性

PVC電線電纜的着色，一般是本體着色而非表面塗色。因此，無論使用色粉、色膏，還是用色母粒使PVC着色，前提條件是需要使PVC樹脂處于熔融狀态，從而使着色劑能均勻分布在熔體中。但是，在這樣的加工條件下，着色劑本身可能會發生化學的或顔色的變化。

如某些偶氮顔料的耐熱性較差，會發生分解成相應的色酚和色基，使色相發生變化。像某些偶氮的聯苯胺黃類、聯苯胺橙類顔料，彩度明顯降低。

其二，着色劑中的某些成分可能會促使PVC樹脂的降解，如鐵離子和鋅離子是PVC樹脂降解反應的催化劑。因此，使用氧化鐵（紅黃棕黑）顔料或氧化鋅、硫化鋅和立德粉類白顔料會降低PVC樹脂的降解産物發生作用，一方面色料褪色，另外一方面促進PVC樹脂的降解。如群青類（藍和紫）顔料耐酸性差，故在PVC着色加工過程中，會與PVC分解産生的氯化氫發生相互作用而失去應有的顔色及着色力。

圖7 共同進步

總結：

經過一段時間的研究，機理與實踐相結合，鈣鋅穩定劑引起PVC着色變淺原因找到了，也找出了解決的辦法。歡迎加我讨論。

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