如何正确使用色母料

作者:Chroma Color公司 Ronald Harris ,Hari Rajaraman 文章来源:PT塑料网 发布时间:2021-05-19
本文重点关注高填充的色母料,可作为刚性包装和建筑产品加工商的指南,说明了如何针对这些应用来指定合适的色母料。

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在刚性包装和建筑产品中,高填充的色母料已经证明了其性价比优势


随着年轻的工程师和买家进入塑料行业,需要为新一代的他们提供正确的基础知识和认识,以生产出高品质的彩色塑料部件。设计师和品牌商们需要理解正确选择颜色的重要性,以确保其产品在竞争中脱颖而出。然而,他们常常没有足够的基础知识和认识来生产优质的彩色塑料部件,需要向其加工合作伙伴寻求帮助。本文重点关注高填充的色母料料,指导刚性包装和建筑产品的加工商如何指定着色剂,同时介绍了这些市场中的加工商如何使用新的着色技术来提升其产品的例子。本文讨论的大多数原则通常也适用于其他终端用途的市场。 

工艺基础和技术选择

为你的产品选择颜色是开发周期的一个关键部分。设计师和加工商为了寻找创意或趋势,可以使用来自Color Marketing集团、Pantone、涂料公司、杂志和社交媒体等的资源。

一旦获得了创意,付诸实施的最有效方法就是直接与色母料供应商合作。他们可以用你的树脂成型彩色样片、瓶子或其他样品部件,以捕捉最终产品的视觉效果。

设计塑料产品时要牢记最重要的因素之一是,树脂和色母料都必须适合拟采用的工艺,例如注射、吹塑、模压或挤出。这是因为树脂、颜料、染料和添加剂必须能够承受成型过程中暴露的高热量,包括物料流入模具时产生的剪切热。如果材料本身对于最终使用环境而言不够耐用,则可能需要采用能够屏蔽紫外线的添加剂、抗氧化剂或其他稳定剂,以防止聚合物降解导致的变色和产品失效。

下一个决定是选择你的着色剂技术。两种使用最广泛的选项是液体或粒料形式的预着色母料。液体和标准的粒料选择都有其优点和挑战。最好对两者进行深入研究,以确定哪种形式最适合你的工艺。在理想的情况下,一个成功的项目需要提供最大益处和最小挑战的着色剂形式。

预着色料更易于使用,因为颜色已经完全融入到树脂中。然而,由于面对配混商的订单量较低,预着色料的生产成本更高,并且你经常需要保留大量的库存。即使作出良好的预测,你也总会担心在预着色料供应耗尽之前,你的产品可能会到达销售周期的尽头。

色母料可最大程度地减少你的颜色库存。而传统的色母料与液态色料又有所不同,后者由于具有较高的稀释比,通常具有更低的成本。

今天,随着加料设备的最新发展和适用于高填充母粒新技术的推出,加工商能够降低成本和应对生产挑战。最新的粒料喂料系统可以将高填充色母粒料以低至1.0%或更低的水平计量。

新技术可以将色母料切成条形(圆柱形)或圆形(水下切割)。通常,这些粒料比用户的树脂粒料小。如果有特殊需要,也可以将色母料制成极小的颗粒。

在大多数情况下,高填充色母料使用与常规色母料相似的载体技术。也就是说,载体树脂一般与用户的树脂相同,例如,PE载体用于给PE部件着色。同时,色母料通常比用户的基体树脂具有更高的熔体流动性,以确保在加工过程中颜色易于分布在整个成型的产品中。 

着色聚烯烃和PET包装

在包装领域中,塑料容器采用何种树脂完全取决于预期的内容物和用途。事实证明,HDPE和PP都是各种刚性包装应用的不错选择。

HDPE是刚性包装中最常见的树脂之一,因为它非常耐用,在灌装过程中还保持其刚性形状,并且耐磨损和耐刺穿。但是与透明PS、PET和PVC相比,HDPE的透明度稍差一些。这就是为什么大多数的HDPE包装都带有颜色。

彩色HDPE包装通常具有更好的抗应力开裂性和耐化学性,这对于要求更具耐用性和更长保质期的家用清洁剂和洗涤剂等应用来说尤其重要。HDPE还可抵抗翘曲、抗变形和耐紫外线。

聚丙烯具有韧性和耐热性,可用于高达82℃的温度下,因此也用于各种包装应用中。聚丙烯的常用用途之一是用于盛装番茄酱、酸奶油和水的瓶子上的活动铰链。

许多聚丙烯活动铰链的应用要求使用成核剂(如二氧化硅、滑石粉和有机盐)以加快结晶速度,帮助缩短注射成型周期时间,从而降低生产成本。一家著名的色母料供应商知道如何正确选择颜料和成核剂,以提高生产效率而又不影响铰链性能。

PET新料和再生PET都大量被用于各种饮料、食品和消费品的包装上。虽然基于PET载体的常规色母料已经存在多年了,但因为与液体颜料相比其填充量较低,并且必须干燥,这种色母料在为PET着色上并不具有成本效益。直到最近,随着一种新的聚合物载体技术(Chroma Color公司的UltraPET)被推出,这一不足得以克服。该载体不仅与包装中使用的PET树脂具有优异的相容性,而且具有几个优点:珠粒微小,可用于更多的粒料,由于具有较大的表面积,可以改善颜色分布,尤其适用于淡色;因在比传统PET色母料低得多的温度下加工,降低了颜料和染料的热应力;提供了极高的颜料和染料填充量,因此具有经济的稀释比;与传统的PET色母料不同,极低的使用量使其不需要干燥和重结晶。

这种新的PET色母料的目标应用包括化妆品包装、维生素瓶、保健食品、样品酒瓶、调味罐和热成型片材。

着色回收材料

在消费品包装中使用更多的回收材料已成为热点话题,并且有了越来越多的应用案例。许多品牌商都致力于在2025年或稍晚之前实现以消费后回收(PCR)材料制成包装的目标,特别是PET和聚烯烃。

如果你真的想改用再生树脂,请选择一家可以成功提供颜色和添加剂组合母料的颜色公司,母料中包括加工助剂、抗冲改性剂和UV(紫外线)及其他稳定剂,因为除了颜色外还需要添加剂才能使PCR达到规定要求。目前,一些供应商甚至提供100%基于PCR的颜色和添加剂母料,使品牌商可以声称其产品为100%PCR产品。

随着对回收PE和PP包装进行着色的需求不断增长,你将需要一家着色剂供应商为你提供合适的着色剂套装,因为许多采用回收材料制成的包装都被制成黄色或灰色。而使用回收PET生产具有极佳颜色包装的唯一方法是采用高填充的色母料。 

着色建筑和施工产品

每年用于建筑施工行业的塑料产品种类和数量都在增加。这个市场上的塑料产品种类繁多,包括电缆、导管、管道、覆层、窗户、门、防护和装饰百叶窗、建筑屋顶瓦片、地板及壁板等。为这些产品添加颜色,可提供品牌商或消费者需要的美学效果,并针对特定用途对其进行标识(颜色编码)。你可能知道塑料管道和导管根据其最终应用确定的颜色编码,例如:蓝色=饮用水、白色=灌溉和供水、绿色=排水、紫色(薰衣草)=再生水、灰色=导线、橙色=通信、黄色=天然气(甲烷或丙烷)/油,以及红色=电力线、照明电缆。

请注意,与建筑塑料产品着色相关的最大挑战是准确匹配特定产品树脂中所需的颜色。建筑中使用的典型塑料树脂种类包括PE、PP、TPO、PVC、PC、ASA、ABS、POM、尼龙、丙烯酸以及各种热塑性复合材料。

在开发过程的早期,与你的颜色和添加剂供应商建立合作伙伴关系来获得特定的颜色和性能属性是至关重要的。供应商通常会提供颜色样片或Pantone颜色图表,以查明每种塑料产品或部件需要的颜色。

在此选择过程中,颜色可能看起来有所不同,这取决于光泽度、粒料、填料、树脂类型、光源和其他因素。例如,在高UV(紫外)光环境中,红色、橙色和黄色等颜色通常比蓝色或绿色等较暗的颜色褪色更快。

高填充母料为建筑、包装加工商带来优势

建筑/施工和包装市场中的加工商已从转向高填充母料(例如CHROMA COLOR公司的G2和G3产品)中获得了优势。以下是一些例子:

热辐射管:G2为一个加工商生产一种辐射供热用共挤管提供了经济高效的解决方案。这种PE-RT(高温)管仅超薄外表层使用鲜艳的颜色,靠近铜管芯的内层未着色,因此降低了总的着色剂成本。

这里使用G2母料的添加量为0.75%。尽管使用的量低于常规母料,但高填充的G2母料仍提供了足够高浓度的紫外线稳定剂和吸收剂,用于防止褪色和聚合物降解。该管道现在可提供红色、蓝色和白色。

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CHROMA COLOR公司的G2母料为一种辐射供热用共挤管道提供了经济高效的解决方案,该管道仅超薄外层被着以鲜红色

TPO屋顶膜:CHROMA COLOR公司为 TPO屋顶膜研制了一种G2母料产品。该产品可提供抗紫外线和抗氧化剂稳定性,用量仅是市场上现有产品的一半,适用于挤出轻质TPO屋顶膜的挤出。该市场中典型的母料用量为12%~15%,而G2母料的用量为6%。较低的使用量最终大大降低了屋顶膜的整体价格,还减少了库存需求,释放了空间和现金流。

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CHROMA COLOR公司的 G2色母料用于轻质TPO屋面膜的使用量是现有产品的一半,还具有抗紫外线和抗氧化剂的稳定作用

在包装方面,由于品牌商对颜色的要求很高,因此开发满足其需求的色母料产品可能会面临挑战。而限制成本的压力又加剧了持续满足品牌零售货架预期要求的困难。

蓝绿色(绿松石)HDPE瓶盖:特定的蓝绿色瓶盖对于提高某品牌化妆品的辨识度非常重要。然而,该瓶盖面临着多种与颜色相关的问题,例如瓶盖之间的不一致性,这迫使加工商以明显更高的使用量消耗现有的着色剂,以获得视觉上的颜色均匀性。这种较高的使用量迫使生产效率低下,着色剂用量大大高于预期库存,并且为确保交货也提高了成品库存水平。   

为此,该品牌的包装团队和加工商共同开始寻找替代色料,来解决色彩稳定性、加工困难、使用率过高和整体包装成本的多重挑战。最终,他们选择了CHROMA COLOR公司的G3母粒系统。该母粒提供出色的色彩分散性,消除了色彩变化。并将使用量从4%降到1.5%,降低了整体着色成本;此外,还提供了更短的周期时间、更具成本效益的颜色转换以及更少的清机,并减少了停机时间。

G3较低的吸湿率以及加工优势,使成型商能够满足所需的生产要求。此外,较低的颜色要求以及改善的生产效率提供了急需的仓库存储空间。这项技术为该项目带来了众多好处,最终促使该品牌将所需的色母料全部更换成了CHROMA COLOR公司的产品。

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CHROMA COLOR公司的G3高填充母料提供了出色的分散性,消除了化妆品瓶盖采用敏感蓝绿色的颜色变化

HDPE吹塑瓶:CHROMA COLOR公司曾经参加了一家包装公司在一台大型吹塑机上使用色母料的试验。该公司之前被推荐的色母料添加量为2.5%。Chroma COLOR公司提交了两个G3母料样品,建议添加量分别为1.5%和1.7%。在吹塑试验中,1.5%的样品在平均用量为1.14%时达到了颜色要求。相比之下,原有母料的平均用量达到了5.96%,这是通过试验后的热重分析(TGA)测试确定的精确用量。TGA测试还证实,G3母料含65%的颜料,而原有的常规母料只含26%的颜料,即G3的颜料填充量高至常规产品的2.5倍。

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针对同样黄色HDPE吹塑瓶的TGA测试证实,G3母料中的颜料填充量是原有母料的2.5倍

同样重要的是,使用G3母料无需更改吹塑机的加工参数,从而为制造团队消除了加工上的挑战。

关于作者

Ron Harris博士14年来一直是Chroma Color公司和Carolina Color公司的技术开发顾问。在过去的39年中,他参与了塑料着色的各方面工作,从制造颜料和聚合物材料到配制订制颜色。他在塑料材料、激光打标以及塑料着色和装饰领域中拥有16项专利。

Hari Rajaraman在聚合物行业拥有超过33年的经验。在过去的21年中,他一直是色母料、聚合物添加剂、塑料加工和景观涂料领域的顾问。Hari的全职工作经历主要包括在一家领先的印度尼龙树脂和纤维制造商,以及美国M.A. Hanna公司中分别工作了6年。目前,他已获得6项美国专利,并且正在申请3项专利。

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