第４２卷 第１２期 ２０１４年１２月 【加工与应用】 聚氯乙烯 Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．，２０１４ ＰＶＣ共挤彩色型材表面变色分析 冯伟刚 （哈尔滨中大型材科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨１５００７８） 【关键词］ＰＶＣ；型材；变色；ＡＳＡ；颜料 ［摘要】介绍了颜色与颜料的概念、分类等，分析了ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材与ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材表 面变色的原因。结果表明：①ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材的表面变色主要是ＰＶＣ树脂降解加速颜料褪色和颜料本身 褪色共同作用的结果；②ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材的表面变色主要是颜料本身褪色，ＡＳＡ树脂基本没有变化。 ［中图分类号］ＴＱ３２５．３ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００９—７９３７（２０１４）１２－００２２—０６ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒｅｄ ＰＶＣ ＣＯ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ＦＥＮＧ Ｗｅｉｇａｎｇ （Ｈａｒｂｉｎ Ｚｈｏｎｇｄａ Ｐｒｏｆｉｌｅｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００７８，Ｃｈｉｎａ） Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＶＣ；ｐｒｏｆｉｌｅ；ｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ；ＡＳＡ；ｐｉｇｍｅｎｔ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｐｉｇｍｅｎｔｆ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｓｕｒ— ｆａｃｅ ｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒｅｄ ＰＶＣ／ＰＶＣ ｃｏ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ａｎｄ ｃｏｌｏｒｅｄ ＡＳＡ／ＰＶＣ ＣＯ—ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：（ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒｅｄ ＰＶＣ／ＰＶＣ ＣＯ—ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆａｄｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｂｙ ＰＶＣ ｒｅｓｉｎｓ’ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆａｄｉｎｇ ｉｔｓｅｌｆ；（ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒｅｄ ＡＳＡ／ＰＶＣ ＣＯ—ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆａｄｉｎｇ ｉｔｓｅｌｆ，ｓｉｎｃｅ ＡＳＡ ｒｅｓｉｎｓ ｄｉｄ ｎｏｔ ｄｅｇｒａｄｅ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ． ＰＶＣ ｆ－Ｉ窗在建筑节能方面发挥着重要作用，特 别是在严寒地区，其占据着大部分的门窗市场。目 前，市场上ＰＶＣ门窗的颜色主要有白色和彩色２ 题。笔者对彩色材料以ＰＶＣ树脂为基材的ＰＶＣ型 材（简称ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材）、以ＡＳＡ树脂为 基材的ＰＶＣ型材（简称ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材） 种。随着城市建筑多样化、多彩化的发展，普通白色 ＰＶＣ门窗在与建筑物外立面色彩的匹配上不免有 些单调，而且其在耐候性方面目前仍不尽如人意。 由于ＰＶＣ共挤彩色型材外观颜色多样，共挤彩色层 的变色现象进行了观察和分析。 １颜色与颜料 在分析、讨论ＰＶＣ共挤彩色型材表面的变色现 象之前，有必要先对颜色与颜料的概念和分类进行 初步的了解。 １．１ 颜色 耐候性好，因此其市场占有率越来越高，已成为 ＰＶＣ型材行业的发展趋势。 ＰＶＣ共挤彩色型材的成型工艺为：采用２台挤 出机通过１个挤出模具一次性将彩色材料共挤在 颜色的三要素为色调、明度、饱和度。色调又称 ＰＶＣ型材表面。彩色材料一般以ＰＶＣ、ＰＭＭＡ、 ＡＳＡ等树脂作为基材，与颜料、助剂等按一定比例 混合制得。 色相，是色彩最主要的特征，是色与色的主要区别，如 红、橙、黄、绿、蓝、紫等色相。明度可以简单理解为颜 色的亮度，就是颜色有明暗之分。饱和度也称色度， 是指颜色的鲜艳程度，各种单色光是最饱和的颜 在实际使用过程中，ＰＶＣ共挤彩色型材表面会 出现变色现象，这是一个需要不断探索和研究的课 ＋ ［收稿日期】２０１４—１１—１０ ［作者简介］冯伟刚（１９５６一），男，黑龙江宾县人，研究员级高级工程师，中国塑料加工工业协会专家，现从事高分子 材料、ＰＶＣ型材及门窗的研究工作，著有《ＰＶＣ型材生产与质量管理及应用技术》。 ２２ 第１２期 冯伟刚：ＰＶＣ共挤彩色型材表面变色分析 色 ”一。在后面的分析、讨论中，会用到这３个概念。 目前，市场上常见的ＰＶＣ共挤彩色型材的颜色 有棕色、墨绿色、绿色、黄色、红色、深灰色、深蓝色、 古铜色等，采用这些颜色的型材制成的塑钢窗广泛 用于居民住宅楼、办公楼、医院等民用建筑。通过不 同结构的模具，ＰＶＣ．共挤彩色型材的表面可获得光 面、彩纹等样式。ｉ？ＶＣ共挤彩色型材出现褪色时， 首先是明度降低（即失光），然后是饱和度发生变 化，有时色调也会转变。 １．２颜料 ＰＶＣ共挤彩色型材表面的颜色来源于分散在 树脂中的颜料，并非树脂的本色。颜料的耐热性、耐 光性、附着性、分散性等性能对ＰＶＣ共挤彩色型材 的质量影响很大。如果颜料的耐热性、耐光性差，则 ＰＶＣ共挤彩色型材在夏季高温天气阳光的暴晒下 容易褪色；如果颜料的附着性差，则ＰＶＣ共挤彩色 型材表面容易发生颜料的迁移而析出，即容易掉色； 如果颜料的分散性差，则生产出的ＰＶＣ共挤彩色型 材的颜色不均匀。 颜料一般分为无机颜料和有机颜料。无机颜料 通常为金属元素的氧化物、硫化物、硫酸盐、铬酸盐、 钼酸盐等，还有炭黑。金属氧化物类颜料主要有二 氧化钛、氧化铁、氧化铬等，硫化物类颜料有铬黄、镉 红等。无机颜料的特点是耐热性、耐光性、耐溶剂性 好，遮盖力强，但色谱不是很齐全，着色力与饱和度 低，部分金属盐和氧化物有毒。有机颜料中用量较 大的品种为偶氮类、酞青类，前者的用量占到５０％ 以上。有机颜料的特性是着色力较高，颗粒容易研 磨和分散，饱和度高，但耐热性、耐光性、耐迁移性较 差。目前在ＰＶＣ共挤彩色型材的生产中一般采用 有机颜料。 在应用时，颜料以细微粒子的状态分布于着色的 介质中。因此，颜料粒子的形状、大小、晶型和表面状 态等物理构造和介质的不同都会影响入射光反射、吸 收和散射的比例，从而使颜料表现出不同的性能。不 同化学结构的颜料的色光、色牢度等性能各不相同； 即使颜料的化学结构相同，由于颜料的物理构造不 同，也会表现出不同的性能。例如耐候性方面，颜料 粒径越小，其比表ｉ 积就越大，吸收光能越多，水蒸 气、空气中的氧化和还原物质的破坏作用也就越厉 害，颜料很快就会褪色或变色，耐候性降低。当粒径 较大时，颜料的遮盖力差；随着粒径减小，颜料的遮盖 力增加；当粒径达到某一Ｉ临界范围时，颜料的遮盖力 达到最大值；此后随着粒径减小，颜料的遮盖力下 降 ］ 。 在阳光的照射下，颜料分子会吸收光子能量，引 起分子外层电子由基态跃迁到激发态，处于激发态的 颜料分子转化其能量后会回到基态，其途径有４个： ①将能量转化为热能，②将能量转化为荧光或磷光， ③与其他分子发生光化学反应，④与其他分子碰撞， 将能量传递给其他分子。当处于激发态的颜料分子 通过第３个途径回到基态时，将导致颜料褪色，而光 氧化和光还原反应是褪色的２个重要途径 。。 根据颜料的褪色机制，用于ＰＶＣ共挤彩色型材 中的颜料应满足如下要求：①耐热性好，在１６０～ ２２０ ｏＣ的挤出过程中不分解；②耐酸性好，不受ＨＣ１ 的影响；③耐迁移性好，在使用过程中不析出；④颗 粒形状、大小适宜，遮盖力好；⑤价廉。 在制备用于共挤的彩色材料时，只有了解颜料 的特性，掌握颜料显色与褪色的机制，才能选择出适 用于ＰＶＣ共挤彩色型材的耐热性、耐光性好的颜 料，才能保证ＰＶＣ门窗的耐候性。 ２ ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材表面变色分析 先以ＰＶＣ树脂、颜料、助剂等为原料制得色母 料，再通过专用的挤出成型设备共挤在普通ＰＶＣ型 材表面，制得ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材。与ＡｓＡ／ ＰＶＣ共挤彩色型材相比，ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材 的优点是成本低，且由于彩色共挤层与型材都以 ＰＶＣ树脂为基材，二者的工艺参数接近，生产工艺 控制较简单。 ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材表面的变色，受到彩 色共挤层中ＰＶＣ树脂和颜料的影响。笔者收集了 ２张使用１年后的ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤墨绿色塑钢窗的 局部照片，该塑钢窗位于楼盘的阳面，见图１。图１ （ａ）是塑钢窗室内方向的型材表面的照片，图１（ｂ） 是塑钢窗室外方向的型材表面的照片。 （ａ）室内方向 （ｂ）室外方向 图１ 使用１年后ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤墨绿色塑钢窗的局部照片 Ｆｉｇ．１ Ｐａｒｔｉａｌ ｐｉｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ＰＶＣ／ＰＶＣ ＣＯ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ－ｓｔｅｅｌ ｗｉｎｄｏｗｓ ａｆｔｅｒ ｂｅｉｎｇ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ 由图１可知：室内方向的型材没有受到阳光的 直接照射，表面仍然是墨绿色，没有发生变色现象； 室外方向的型材经过１年的阳光照射，表面颜色的 ２３ 第１２期 冯伟刚：ＰＶＣ共挤彩色型材表面变色分析 变色主要是由于颜料在阳光的照射下发生光化学反 这种不耐热的颜料不仅容易迁移附着在定型模 应而褪色，明度、饱和度有下降趋势，但色调没有发 的内表面，堵塞水、气的孑Ｌ道，而且影响ＡＳＡ／ＰＶＣ共 生明显变化；ＡＳＡ树脂在阳光的照射下基本不分解， 挤彩色的耐候性。 对变色没有影响。所以，从材料的耐候性角度看， ４ 结论 ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材将成为市场的主流。 ＰＶＣ／ＰＶＣ共挤彩色型材的表面变色主要是 另外，还要注意颜料的耐热性，防止颜料受热迁移。 ＰＶＣ树脂降解加速颜料褪色和颜料本身褪色共同作 有的型材生产厂家在生产ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材时， 用的结果，而ＡＳＡ／ＰＶＣ共挤彩色型材的表面变色主 在型材通过定型模后用手来回摸彩色共挤层的表面，会 要是颜料本身褪色，ＡＳＡ树脂基本没有变化。因此， 出现颜料掉色而沾到手上的现象，这就是典型的颜料迁 颜料的选择非常重要。在生产ＰＶＣ共挤彩色型材 移。笔者曾经做过对比试验，将不同厂家的ＡＳＡ材料 时，推荐选用ＡＳＡ树脂为基材，同时应对颜料的各 经过双辊开炼机混炼下片，再经过硫化机加热、加压制 项性能（如着色力、耐热性、耐光性、迁移性等）了如 成试片，结果发现有１个厂家的绿色ＡｓＡ试片将隔离 指掌，才能更好地指导生产。 用的聚酯膜染成了绿色（聚酯膜与ＡｓＡ试片接触过的 ［参考文献］ 地方），发生了颜料高温迁移，见图７ 。 ［１］吴立峰，陈信华，陈德标，等．塑料着色配方设计［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００２：１—６，５９－６２． ［２］张红鸣，徐捷．工业产品着色与配色技术［Ｍ］．北京：中 国轻工业出版社，１９９９：３０，３０９－３１０． ［３］钟世云，许乾蔚，王公善．聚合物降解与稳定化［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００２：７５． ［４］樊新民，车剑飞．工程塑料及其应用［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，２００６：２２５—２２６． ［５］冯伟刚．ＡＳＡ材料在ＰＶＣ彩色门窗中的应用［Ｊ］．聚氯 乙烯，２０１３，４１（１１）：１７—２１． 图７ ＡｆｉＩＡ试片中颜料的高温迁移 Ｆｉｇ．７ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔ ｉｎ ［编辑：杨彬］ ＡＳＡ ｔｅｓｔ ｐｉｅｃｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＊＿｝｝＊ （上接第１０页） ［１４］李国栋，张磊，张学鲁，等．乙炔氢氯化高稳定性复合汞 ［５］李伟，段琼，关庆鑫．一种用于制备氯乙烯的低汞催化剂 催化剂：中国，１０２０８５４８４Ａ［Ｐ］．２０１１—０６一Ｏ８． 的制备方法：中匡，１０２１５１５７３Ａ［Ｐ］．２０１１—０８—１７． ［１５］张新力，吴彬，周军，等．乙炔氢氯化固汞催化剂：中国， 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