Winner - декинг "премиум класса" по экономичной цене!
Главная страница / Статьи / Пигменты и красители для ДПК

Пигменты и красители для ДПК

Окрашивание термопластичных ДПК осуществляется, как правило, в массе, путем введения в композицию красящих веществ (colorants). Существует два принципиальных их вида: пигменты и красители.

Пигменты это нерастворимые порошкообразные (пылевидные) субстанции размером от 10 мкм и менее. Красители, напротив, имеют молекулярную форму и, в зависимости от химического состава, могут быть растворены в воде, спиртах, маслах и расплавах полимеров. Если размешать пигмент в стакане с водой, то через короткое время он весь осядет на дно. Краситель окрашивает воду равномерно и постоянно.

Сравните, например, окись железа и железный купорос.

Размеры частиц пигментов

В термопластичных древеснополимерных композитах обычно окрашивается только полимерная матрица.

При помощи специальных красителей возможно и предварительное окрашивание древесной муки, но этот способ пока не нашел пока широкого применения в промышленности.

К используемым красящим веществам предъявляются следующие требования:

  • отсутствие миграции на поверхность,
  • устойчивость к температуре переработки при экструзии и компаундировании,
  • инертность в отношении к полимерам и древесине (не должны вступать с ними в непредусматриваемые химические взаимодействия)
  • устойчивость к действию света, химических. реагентов и др. эксплуатационных факторов.

Для разных базовых смол существует определенный ассортимент пигментов и красителей, который определяется и условиями эксплуатации изделий. Полиолефины и ПВХ окрашивают только устойчивыми к миграции органическими и неорганическими пигментами. Полистирол можно окрашивать как пигментами, так и красителями

Пигменты, как правило, обладают большей физической и химической стойкостью, чем красители. Это естественно, т.к. красители имеют молекулярную форму, и поэтосу, легко вступают в различные реакции соединения и разложения. Поэтому, для окрашивания термопластичных древесно-полимерных композитов применяют, главным образом, пигменты.

Крашение в массе включает следующие стадии: смешивание полимера с красителем или пигментом, расплавление окрашенной смеси и грануляцию или формование изделия методом экструзии и т.д.

Как видно из приведенной выше диаграммы, пигменты имеют микроскопические размеры и, следствательно, значительную удельную поверхность. Между ними, особенно в сыром состоянии, начинают проявляться ощутимые силы молекулярного взаимодействия, что приводит к слипанию пигмента с образованием довольно прочных глобул (аггломераций). Чем мельче фракция пигмента, тем больше проявляется их склонность к слипанию.

При крашении полимера пигментами в порошковой форме необходимо произвести одновременно распределение, измельчение комочков и смачивание частиц пигмента расплавом полимера. Поэтому, чтобы готовое изделие имело однородную, равномерную окраску, пигменты следует очень тщательно распределить в полимере. Такое распределение достигается интенсивным перемешиванием пигмента в массе рабочей смеси композита в ходе экструзии или предварительного компаундирования.

Упростить процесс введения пигмента (или красителя) в состав древеснополимерного композита позволяют т.н. концентраты пигментов и красителей. В зарубежной литературе их называют и концентратами (concentrates) и мастербатчами (masterbatches).

Концентраты

Концентраты изготавливают обычно на специализированных химических предприятиях. Они, представлят собой гранулы, состоящие из пигмента и полимера-носителя, в качестве которго используют, как правило, тот же полимер, который предполагается окрасить. Т.е. если базовая смола композита - полиэтилен, то и пигментный концетрат желательно иметь на основе полиэтилена. Содержание органического пигмента в концентрате составляет 15-25%, неорганического - до 50%. Пигмент в полимере-носителе аккуратно и тщательно распределен. Поэтому при крашении концентратами достигается хорошее распределение в композиционном материале и максимальная интенсивность окраски при минимальном расходе пигмента.

Эффективны также суперконцентраты пигментов, которые содержат, помимо полимера-носителя, некоторое количество низкомолекулярных диспергирующих веществ - например, глицериновый эфир гидрированной канифоли, низкомолекулярный полиэтилен (воск) и т.д.

В производстве ДПК возможно использование пигментов и концентратов в жидких формах. В этом случае компаундер или экструдер должны иметь эффективную систему дегазации для удаления растворителя.

Концентраты и суперконцентраты легче дозируются и не пылят, что улучшает условия труда и исключает потери пигментов. Концентраты либо смешивают с неокрашенными гранулами термопласта в тихоходных смесителях в течение 10-15 мин, после чего направляют на компаундирование или экструзию, либо сразу подают в экструдер для производства окрашенного изделия.

Новые суперконцентраты создаются для использования в древесно-полимерных композитах и могут содержать и др. компоненты (лубриканты, связующие агенты, модификаторы свойств и т.п.). Такие концентраты называются комбибатчи, т.е. комбинированные концентраты (combibatches).

Количество и цвет пигмента (пигментов) определяется требуемым цветом и интенсивностью окраски изделия.

Отражение

Размеры и формы частиц древесины и пигментов, а также их расположение в структуре нерегулярны. Но они, и промежутки между ними, сравнимы с длиной волны видимого света. Поэтому, на поверхности и в структуре композита будут происходить самые разнообразные процессы отражения, преломления, поглощения и рассеивания световых лучей.

Цветовое восприятие древеснополимерного композита складывается из сочетания цвета древесины, оттенка смолы (прозрачная или слегка желтоватая) и пигмента или нескольких пигментов. Если в составе композита будет использована крупная древесная фракция (опилки, мелкие стружки, игольчатые стружки, толстые волокна) они в сочетании цветовых пятен могут создавать свой рисунок на поверхности композита . Это может быть красиво, а может быть и не вполне эстетично.

Вероятно, могут быть разные подходы к окрашиванию крупных изделий, наблюдаемых издалека (например, кровельные изделия и т.п.) и мелких, - наблюдаемых вблизи (товары народного потребления, игрушки и т.п.).

Специальные концентраты для крашения термопластичных ДПК имеют состав, подобранный для иммитации оттенков популярных пород дерева ( тик, махогони, орех, старый дуб и др.)

Пигменты, как и другие элемента композита, подвержены влиянию внешних воздействий - свету, кислотам, щелочам, энзимам и т.д. Поэтому, в процессе эксплуатации они могут менять химическую структуру и цвет (выгорать). Более стойкими являются неорганические пигменты. Органические пигменты и красители, как правило менее стойки к внешним воздействиям. Большинство пигментов нетоксично. Однако, бывают и не вполне безопасные продукты, содержащие соли свинца, кадмия и некоторые другие.

За рубежом имеется большое количество фирм-изготовителей красителей, пигментов и концентратов для полимеров. Отдельные виды пигментов и концентратов для крашения полимеров выпускаются и в России. Сейчас много пигментов завозится из Чехии и Китая.

Некоторые фирмы и марки концентратов, предназначенных для ДПК приведены в таблице.

Фирма - изготовительНаименованиеКомментарий
Accel Corp стандартные и на заказ для ДПК на основе полиэтилена и ПВХ
AmerChem, Inc стандартные и на заказ для ДПК на основе полиэтилена и ПВХ
CibaCromophtal
Microlen
high performance pigments for pure and stable coloration
pigment preparation for easy and efficient color distribution
Clariant стандартные - желтовато-коричневый, темный красный, серый и дуб для ДПК на основе полиолефинов, ПВХ и полистирола (tan, dark red, gray, and oak)
Deifel GmbH & Co. KGDei®TechWPC
Dei®Pow WPC
мастербатч
пигмент
Ferro, Plastics Colorants Division стандартные - тик, кедр, серый и красное дерево для ДПК на основе полиолефинов (teak brown, cedar, weathered gray and redwood)
Holland Colours AmericasHolcobatch WPCинкапсулированный пигмент для древесно-полимерных композитов
Hudson ColorEverWoodsкомплексный аддитив, обеспечивающий хорошее крашение, стабильность размеров, хорошее качество поверхности и уведичение скорости экструзии
Techmer PM красное дерево, кедр, коричневый, белый и черный для ДПК на основе полиолефинов и ПВХ (redwood, cedar, brown, white, and black- colorants)

Автор статьи: Абушенко Александр Викторович