工艺参数对色母粒显色效果(颜色深度、色调、鲜艳度、均匀性)有着决定性的影响。即使配方(树脂、颜料、分散剂等)完全相同,不同的加工条件也会导致最终颜色呈现显著差异。
颜料热稳定性: 这是最主要的影响因素。每种颜料都有其最高耐受温度。过高温度会导致颜料分解或化学结构变化,引起褪色、变色(色相偏移)、发暗或失去鲜艳度。例如:
某些有机红、黄颜料在过高温度下容易分解变暗或变棕。
酞菁蓝/绿在过高温度下可能失去鲜艳度或发生晶型转变导致色光变化。
某些无机颜料(如镉系)对温度也较敏感。
树脂熔融与粘度: 温度影响树脂的熔融状态和熔体粘度。适宜的熔体粘度是颜料有效分散的前提。温度过低,熔体粘度过高,剪切分散困难,颜料团聚,导致着色力下降、色点、颜色不均、光泽差。温度过高,熔体粘度过低,剪切力不足,同样不利于分散,还可能加剧颜料分解风险。
分散剂/载体作用: 温度影响分散剂和载体树脂的流动性及其对颜料表面的润湿包覆效果。
优化方向: 在保证树脂良好塑化和颜料充分分散的前提下,使用尽可能低的加工温度。 必须低于所用颜料体系中热稳定性最差的那种颜料的热分解温度。
颜料分散度: 足够高的剪切力是打碎颜料团聚体、实现颜料初级粒子(或小聚集体)均匀分布的关键。分散不足会导致着色力低、颜色发暗、表面色点、光泽不均、颜色批次间不稳定。过高的剪切力可能导致:
颜料破碎: 对于硬度较低的颜料(如炭黑)或效果颜料(如珠光粉、金属粉),过度剪切会破坏其原始形态,导致着色力下降、色光改变(如珠光效果消失、金属光泽变灰暗)。
局部过热: 高剪切产生的摩擦热可能导致局部温度超过设定值,引起热损伤。
分布均匀性: 良好的混合确保颜料在树脂基体中分布均匀,避免出现条纹、云纹等缺陷。
优化方向: 寻找最佳的剪切强度和混合时间窗口。 这通常通过调整螺杆转速、螺杆组合(捏合块数量、角度)、喂料量、机头压力等来实现。目标是达到最佳的分散状态而不损伤颜料或树脂。
干燥条件: 如果颜料或载体树脂吸湿性强,水分在高温加工过程中可能导致颜料水解、树脂降解或产生气泡,影响颜色和表面光泽。必须保证原料充分干燥。
真空度: 在双螺杆挤出机中,抽真空可以去除小分子挥发物(水分、低分子量物质、添加剂分解产物等),防止它们引起气泡、表面缺陷或影响颜料稳定性。
喂料均匀性与稳定性: 主喂料(载体树脂)和侧喂料(颜料、助剂)的喂料速度和比例必须精准稳定。任何波动都会导致混合物组分比例不均,造成颜色波动和批次差异。
螺杆组合与机筒设计: 直接影响剪切强度、混合效率、熔融塑化效果和停留时间分布。不同配方需要针对性地优化螺杆组合。
温度是核心限制因素: 必须严格控制温度在颜料和树脂的热稳定窗口内,避免热分解/变色。
剪切力是分散的必要条件但需适度: 既保证充分分散,又避免颜料损伤或局部过热。
时间是热损伤的累积器: 高温下停留时间越短越好。
均匀性是稳定性的基础: 依赖于有效的混合、稳定的喂料和良好的工艺控制。
冷却影响晶体结构: 对结晶性树脂的颜色外观(尤其透明度)有影响。
一致性是关键: 选定最佳工艺参数后,必须严格控制并保持各批次间的工艺一致性,才能确保色母粒颜色的重现性和稳定性。
因此,在色母粒开发和规模化生产中,除了精确的配方设计,对上述工艺参数进行深入研究和严格控制,并进行充分的工艺验证和颜色测试,是获得预期显色效果和保证产品质量稳定性的关键环节。