有機顏料在塑料著色中的應用詳解｜性能要求與種類選擇指南

合成樹脂、塑料與合成纖維是現代工業的重要組成部分，廣泛應用于包裝、建筑、汽車、電子、電器及日用品等領域。隨著這些工業的迅速發展，對著色劑的需求持續增長。由于不同著色對象在工藝與性能上的要求差異，著色劑（尤其是有機顏料）需不斷提升其質量水平。著色劑的性能不僅直接影響產品外觀，還關系到塑料、樹脂及合成纖維的耐候性、強度等應用性能。

一、著色劑在塑料和樹脂中的性能要求

用于塑料和合成樹脂著色的著色劑（包括有機顏料、無機顏料、染料等），必須滿足以下關鍵性能指標：

1. 顏色表現力

• 高色強度、鮮艷度與色彩純度
• 適當的透明度或遮蓋力，根據應用需求選擇

2. 熱穩定性

塑料加工溫度通常較高（160–300°C），著色劑必須具有良好的耐熱性，以防止色變、分解或結晶結構改變。尤其在聚酯、聚碳酸酯等高溫熱塑性樹脂中，著色劑熱穩定性是關鍵指標。

3. 抗遷移性

高抗遷移性有助于防止著色劑從塑料基體中析出或遷移至表面，避免“噴霜”等現象。遷移性與顏料分子大小、極性、溶解性等密切相關，通常通過在80°C、0.98MPa與白色塑料接觸24小時的方法進行測試。

4. 分散性與相容性

顏料應具備良好的分散性，能在樹脂中均勻分布，不結團、不沉降，且不與樹脂或添加劑發生不良反應。粒徑一般應控制在2–3μm以內，避免影響制品性能。

5. 耐候性與耐光性

用于戶外制品的顏料必須具備良好的耐光、耐氣候性能。無機顏料雖耐候性強、穩定性高，但顏色不夠鮮艷，有機顏料則色澤鮮艷、著色力強，在改善耐候性的基礎上應用廣泛。

二、塑料著色劑的主要結構類型

塑料著色劑主要分為兩大類：

1. 染料類

染料類主要包括溶劑染料和分散染料，染料是通過滲透溶解的方式著色，適用于透明塑料制品（如PS、PMMA、PC）：

• 常見品種包括溶劑黃93（Solvent Yellow 93）、溶劑紅135（Solvent Red 135）、溶劑藍104（Solvent Blue 104）等；
• 要求具備良好的溶解性、熱穩定性與耐光性，并符合環保和無毒性標準。

2. 顏料類

包括無機顏料和有機顏料，均不溶于樹脂，通過細顆粒分散著色。

有機顏料因其種類繁多、色澤鮮艷、著色力高和性能優異，已成為塑料和樹脂最重要的著色劑。根據結構不同，主要分為以下幾類：

不溶性偶氮顏料

主要適用于塑料著色的品種是結構復雜的單偶氮和雙偶氮顏料，色譜以黃、橙、紅為主。代表品種包括：

• 偶氮縮合顏料（顏料黃93、94、95等；顏料紅144、166、242等）
• 苯并咪唑酮顏料（顏料黃151、154、180和顏料棕23等）
• 雜環顏料（如顏料黃139、147等）

色淀顏料

主要是萘酚磺酸（羧酸）紅色淀顏料，具有分子極性大、分子量適中、熱穩定性好和著色力高的特點。代表品種有：

• 顏料紅48:2
• 顏料紅53:1
• 顏料紅151

酞菁顏料

具有優異的耐熱性、耐光性、耐候性、高著色力和耐遷移性，適用于各種樹脂和塑料著色，但色譜僅限于藍、綠色。代表品種：

• 顏料藍15、15:1（穩定型）、15:3（β型）、15:6（ε型）
• 顏料綠7、36等

雜環和稠環酮類顏料

用于高性能塑料產品，具有極佳的耐光性和化學穩定性。包括：

• 喹吖啶酮顏料（Quinacridone）
• 二噁嗪顏料（Dioxazine）
• 異吲哚啉酮顏料（Isoindolinone）
• 蒽醌類顏料（Anthraquinone）
• 二酮吡咯并吡咯顏料（DPP）
• 靛藍類顏料（Indigoid）
• 金屬絡合物類顏料（Metal Complex）

三、常見塑料類型的著色技術與注意事項

塑料制品種類繁多，其成型加工方式不同，對顏料的選擇和著色方式也提出了多樣化的要求。常見的著色方法包括：

• 與樹脂直接混合（干混）
• 制備色母粒后添加
• 在聚合或紡絲前添加染料/顏料

對于纖維用樹脂（如聚酯、聚酰胺、聚丙烯等），著色多采用熔融紡絲、濕法紡絲或干法紡絲技術，要求顏料具備良好的熱穩定性和分散性，顏料粒徑應小于2–3μm，以免影響拉伸強度或造成斷裂。

近年來，部分新型高性能雜環有機顏料被廣泛應用于不同類型的工程塑料，其選擇應結合各類樹脂的加工特性及終端應用要求。

1. 聚氯乙烯（PVC）

加工溫度：較低（約120–180°C）

PVC是一種使用廣泛的熱塑性材料，著色時可采用多種有機顏料。但需注意以下幾點：

• 起霜現象：主要由顏料在加工溫度下部分溶解，冷卻后析出重結晶而引起。軟質PVC中增塑劑會加劇這一現象。
• 顏料選擇：應優選低遷移性、高熱穩定性顏料，如喹吖啶酮黃、酞菁藍等。

2. 聚烯烴（PE、PP）

聚烯烴是產量最大的塑料之一，主要分為：

• 低密度聚乙烯(LDPE)：加工溫度160-260°C
• 高密度聚乙烯(HDPE)：加工溫度180-300°C
• 聚丙烯(PP)：加工溫度220-300°C

有機顏料在聚烯烴中更易遷移，遷移趨勢隨熔體指數增加和聚合物分子量降低而加劇。

某些有機顏料可能導致聚乙烯產品變形或收縮，這是因為它們作為成核劑促進了塑料結晶。針狀或棒狀顏料更易引起收縮，而球形結晶顏料則影響較小。

3. 透明樹脂(如聚苯乙烯)著色

PS、SAN、PMMA、PC等透明樹脂為了保持透明度，除了使用顏料著色外，更傾向于使用溶劑染料(SD)和分散染料(Dis.D.)。這些染料需具備：

• 良好的熱穩定性
• 優異的耐光性和耐候性
• 不溶于水
• 符合毒性標準
• 在有機溶劑中有足夠溶解性

4. 聚酰胺（PA，俗稱尼龍）

加工溫度：約230–300°C

尼龍樹脂對著色劑要求高，需兼顧耐熱性、分散性和耐光性，可使用有機顏料或聚合物可溶性染料著色：

• 常用有機顏料：PY147、PY150、PR149、PR177、PV23等
• 高性能顏料：PY192、PG7等
• 若用于纖維著色，多采用聚合物可溶性染料

5. 聚酯（PET、PBT）

加工溫度：PET聚合時約280–300°C

聚酯類材料常用于纖維、薄膜領域，著色方式包括：

• 預聚合染色：采用聚合物可溶性染料，在聚合初期加入。
• 高性能顏料：常用如PY138、PR214、PR242等，具備高熱穩定性，適用于高溫熔融紡絲。

6. ABS樹脂

ABS兼具剛性與韌性，表面光澤好，適用于電器、汽車零件等外觀部件。

• 透明ABS：多使用溶劑染料，如Solvent Red 135、Solvent Blue 104等。
• 不透明ABS：可復配無機顏料與有機顏料，注意避免影響韌性或造成應力開裂。

7. 聚氨酯（PU）

PU廣泛用于人造革、涂層、泡沫制品，其著色需兼顧耐溶劑性與化學穩定性：

• 溶劑型PU（如DMF體系）：顏料需具備優異的相容性和遷移抵抗力。
• PU泡沫：著色劑需具備足夠的化學穩定性。

四、技術發展趨勢

塑料工業正朝著功能化、環保化方向發展，對著色劑的要求不斷提高。當前發展重點包括：

• 高性能有機顏料：增強耐熱、耐候、抗遷移性能
• 環保型產品：低重金屬、無鹵素、低VOC
• 功能型著色劑：如抗靜電、紅外反射、自清潔型顏料
• 專用色母粒技術：提升分散性、降低用量、便于加工

同時，顏料制劑化趨勢顯著，通過表面處理、超微粉化和載體預分散等手段，提高顏料在塑料中的綜合應用性能。

結語

塑料和合成樹脂領域的著色技術正在不斷向高性能、定制化、綠色環保方向邁進。隨著新材料、新工藝的不斷涌現，著色劑的開發也更加注重結構創新與應用匹配。未來，擁有高熱穩定性、優異耐候性和環保特性的專用型有機顏料將成為推動行業升級的重要力量。