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探讨碳酸钙对白色母粒色彩性能和冲击性能的影响

2020-09-19 572 上传者：管理员

摘要：用粒度分布仪和扫描电镜分析了碳酸钙的粒度分布状况和形貌，并将其应用于ABS白色母粒。探讨了碳酸钙对白色母粒色彩性能和冲击性能的影响。结果表明：用LZ316和LZ616替代钛白粉所得的样板具有较好的色彩性能，除了它们的替代量为20%时，样板的色差值都小于1，具有较好的替代效果。三种碳酸钙的替代后，对样板的冲击性能影响不大。

关键词：
冲击强度
化工工业
有机化工
白色母粒
碳酸钙
色彩性能
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塑料的着色常用添加色母粒的方式。色母粒中颜料是其中的核心，它的着色性能与价格直接制约色母粒的价格[1]。在实际应用中，为了提高颜料的分散性，降低色母粒的成本，厂家会采用填料替代部分颜料制备色母粒。大量研究表明，恰当地采用某种填料替代部分颜料制备色母粒，能在不会影响色母粒的色彩性能和颜料的分散性的情况下，降低色母粒的成本[2,3,4,5,6]。

本实验采用不同型号的碳酸钙替代部分钛白粉制备白色母粒，制备了不同替代比例的ABS白色母粒，并用积分球测色仪表征样板的色彩性能，考察碳酸钙部分替代颜料对钛白粉白色母粒色彩性能的影响，并分析了制品的冲击性能。

1、实验部分

1.1原料及配方

超白碳酸钙，连州广源化工有限责任公司，LZ316,LZ616；碳酸钙，江西市售某公司，CC-2500;ABS,757型，台湾奇美公司；硬脂酸锌，市售；钛白粉颜料，天友钛白粉衡阳中盐天友化工有限公司；EBS，市售。

表1制备色母粒实验配方

注：用碳酸钙分别替代10%、20%、30%、40%、50%的颜料。

1.2主要仪器设备

扫描电子显微镜(SEM),SU8010，日本日立公司；粒度分布仪，欧美克公司；积分球式测色仪，DataColor650,DataColor有限公司；冲击试验机：ZBC1400-B型，美斯特工业系统(中国)有限公司；注塑机，ZX-80型，震德塑料机械有限公司；双螺杆挤出机，SHJ-36型，L/D=50,D=35.5mm，南京杰恩特机电有限公司。

1.3实验方法

按照表1所示的配方，称量好将已干燥的ABS树脂、助剂、碳酸钙等原料，然后在高速搅拌混合机搅拌混合10分钟。用双螺杆挤出机将混合好的原料进行挤出造粒，水冷切粒，制备ABS树脂基的白色母粒，最后注塑成标准样条和样板进行测试。

1.4性能测试

粒子形貌：用扫描电镜(SEM)观测碳酸钙粒子的形貌。

着色力：用datacolor650测色仪对样板在全波长范围内进行着色力和色彩性能等测试。

粒度分布：采用粒度分布仪进行测试。

简支梁缺口冲击性能测试：按GB/T1043.1-2008测试，采用2J的冲锤，跨度40mm;

悬臂梁缺口冲击性能测试：按GB/T1843-2008测试，采用2.75J的冲锤，跨度40mm;

2、结果与讨论

2.1碳酸钙的形貌及粒度分布

表2是三种碳酸钙的基本性质及粒度分布。可以看出，连州公司的产品具有更高的纯度和白度；从表观粒度上看，LZ316明显小于另外两个样品，吸油量也明显低于另外两个产品。由此可见，在相同的配方条件下，LZ316在基材中将具有较好的分散性，更容易分散。

图1是三种碳酸钙在不同放大倍数的电镜照片。从SEM照片观测可知，LZ316的分布呈现不均匀性，含有较多的细粉，并且颗粒表面也不光滑，棱角明显，形状不规则。

表2碳酸钙的粒度分布及基本性质

图1超白碳酸钙(a:LZ316,b:LZ616)和碳酸钙(c:CC-2500)的扫描电子显微镜照片

2.2碳酸钙对样板反射率的影响

物体的颜色是通过其表面的反射率来表征和体现的，即在一特定光源照明和观察条件下，一个不透明物体的光反射性质是决定了该物体颜色。图2是碳酸钙替代不同比例白色颜料对样板反射率的影响曲线。从图2的三个图可以看出，LZ316和616替代的效果更好，样板的反射率曲线与纯钛白粉制备的样板相近，而CC-2500替代的整体效果较差，替代后样板的反射率曲线与纯样的反射率曲线差别较大。

从图2(a)可以看出，纯钛白粉样板的反射率曲线居中，而LZ316替代比例不同比例钛白粉后所得的样板反射率则分布在它的两边，并且差异不明显，且碳酸钙的替代比例为50%时，与纯钛白粉样板的反射率曲线较为接近，其中，替代量为50%时的反射率曲线与纯样的标准曲线最为接近。从图2(b)可以看出，LZ616替代的产品的反射率曲线更为集中，与纯样的反射率曲线也较为接近，其中，替代量为10%时，样板的反射率曲线与标准样品的反射率曲线最为一致。从图2(c)可以看出，用CC-2500替代后的样品，反射率曲线与纯钛白粉制备的样板反射率曲线相差较大，纯钛白粉制备样板的反射率在最上方，而其他反射率曲线都在该曲线下方，与之最为接近的是替代量为10%的样板。

图2超白碳酸钙(a:LZ316,b:LZ616)和碳酸钙(c:CC-2500)替代不同比例白色颜料对样板反射率的影响曲线

总体而言，用碳酸钙替代部分钛白粉制备的样板在反射率曲线上与纯钛白粉制备的样板之间没有显著性差异。其中LZ316和LZ616的替代效果优于CC-2500。

原因是虽然碳酸钙替代了部分钛白粉颜料后，体系中钛白粉的质量分数有所下降，但碳酸钙的加入有效地阻隔了钛白粉颜料粒子的团聚，从而使体系中颜料粒子的分散性得到改善，分散效果提高，颜料的有效表观浓度降低不明显，从而抵消了碳酸钙的加入对色彩性能的影响，因此被着色塑料制品的着色效果基本上没有受到影响。LZ316和LZ616两个碳酸钙样品具有较高的白度和纯度，在一定程度上弥补了碳酸钙加入对样板白度的影响，因此，LZ316和LZ616的样板的替代效果更佳。

2.4碳酸钙对白色母粒色彩性能的影响

2.4.1对L*a*b*值的影响

色彩性能的三要素是色相、明度、饱和度。颜料的鲜艳程度是由明度决定的，明度越大，颜色越鲜艳；a*、b*值的具体变化对色相和饱和度具有一定的影响；

表3为碳酸钙替代不同比例白色颜料对白色母粒样板的L*a*b*值产生的影响。从△L*可以看出，用不同的碳酸钙替代钛白粉后，△L*的差距未出现明显差异，但是三种碳酸钙替代后，△L*的仍然出现一定的区别。比较而言，LZ616替代后的样板总体△L*值较小，其中替代量为10%时，△L*值最小；而LZ316替代量为50%时，△L*值最小，CC-2500的替代效果较差，△L*差异都较为明显，替代量为10%时，效果最佳，但△L*的值仍然达到-0.71。由此可见，LZ316和LZ616替代后，样板的明度变化不大。

从△a*可以看出，LZ616和LZ316替代的效果较好，最佳的替代量分布在40%和20%，而CC-2500的最佳替代量是30%。从三者的比较可以看出，CC-2500的替代效果略差于LZ316和LZ616。说明LZ316和LZ616替代后，样板没有发生明显的偏移。

从△b*可以看出，LZ316的替代效果最佳，其次是LZ616,CC-2500的替代效果最差。LZ316的最佳替代量为20%；并且除了替代量40%外，其他替代量的△b*都小于0.13，可见LZ316替代后的偏移量最小，效果最佳。

总体而言，采用LZ316和LZ616替代钛白粉后，样板的整体变化趋势很小，说明该两种碳酸钙的加入不会改变颜料对制品的着色效果。

表3碳酸钙替代不同比例白色颜料样板的L*a*b*值

2.4.2对样板色差△E的影响

△E对色彩的变化作一个整体评价。色差描述了两种颜料之间的差异，是人们对颜色差异的量化指标。色差越大，说明两种颜色差异越大。当两种颜色的差异小于3时，人的眼睛就不容易区分开这两种颜色。

图3是碳酸钙替代不同比例白色颜料对样板色差的影响。可以看出，LZ316和LZ616的△E曲线与CC-2500的△E曲线的变化趋势完全不同，可以看出LZ316和LZ616的替代后，△E的波动不大，其中△E最大的出现在替代量为20%；而CC-2500的替代效果则是随着添加量的增加而逐渐增加，色差最大值出现在替代量为50%。由此可见，LZ316和LZ616的替代效果较好，大部分色差出现在1以下。

图3碳酸钙替代不同比例白色颜料对样板色差的影响

2.4样板的冲击性能分析

考察了碳酸钙替代钛白粉后得到的复合材料的冲击性能。图4是在保持总添加量为30%时，不同碳酸钙替代量的复合材料冲击性能。可以看出，添加30%的钛白粉或钛白粉与碳酸钙的复合粉后，复合材料的冲击性能都明显下降。三种碳酸钙替代后，样板的冲击性能差异不甚明显。总体而言，CC-2500替代后的样板冲击性能略好。

3、结论

采用碳酸钙替代部分钛白粉制备白色母粒，分析了碳酸钙的种类和替代量对将所制的色母粒色彩性能的影响，结果表明：

(1)采用LZ316和LZ616替代的钛白粉后，样板的反射率曲线与纯钛白粉的反射率基本保持不变，而CC-2500的替代效果略差，反射率曲线差距较大；

(2)采用LZ316和616替代部分钛白粉后，样板的色差值均小于3，替代效果明显；在CC-2500替代量后，样板的色差值逐渐上升，当添加量为40%时，已经达到3，效果不佳；

(3)采用碳酸钙替代钛白粉后，样板的冲击性能略有下降，但三个样品的冲击性能差异不大。

图4碳酸钙替代白色颜料样品的冲击强度变化曲线

参考文献:

[1]吴立峰,乔辉.颜料在塑料着色中的应用和测试[M].北京:化学工业出版社,2005,1.

[2]宁涛,乔辉,吴立峰,等.纳米BaSO4和纳米CaCO3对色母粒色彩性能的影响[J].工程塑料应用,2008,36(10):32-36.

[3]罗璐,乔辉,孔凡涛,等.纳米BaSO4在白色母粒中应用性能的研究[J].工程塑料应用,2008,36(3):24-27.

[4]武鹏,郭婷,乔辉,等.纳米硫酸钡对高浓度聚烯烃色母粒色彩性能的影响[J].塑料科技,2009,37(11):53-57.

[5]罗璐,乔辉,吴立峰,等.两种BaSO4在黄色母粒中应用性能的研究[J].塑料,38(2):38-41.