门窗彩色型材及着色剂的研究、开发与应用

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一、产品种类:
* W$ d% o2 n& t* _- ~- l　　白色、仿木纹、通体彩色门窗用型材
　　二、产品性能
+ A: p; [) L7 V7 |" D　　按照GB8814-1998门窗用聚氯乙烯(PVC)型材标准测试，各项性能都高于指标要求。仿木纹型材老化后颜色变化达到4级，彩色型材老化后颜色变化达到3级(国家标准≥3级)。
　　三、 生产工艺及特点
　　彩色型材传统的生产工艺流程图:
　　PVC树脂+助剂+颜料高速混合－冷搅－挤出成型－真空定型－牵引－切割－型材检验－包装入库
) r5 ~: f& i7 r; @) h+ r　　彩色型材新的生产工艺流程图:
  `7 g* [# j( Y　　PVC树脂+助剂高速混合－冷搅－挤出－加色浆(真空排气孔处)－挤出成型－真空定型－牵引－切割－检验－包装入库
; _* p1 X2 t  G$ Y  y! u& r　　特点:
# {$ f# S2 V4 H　　1.新的生产工艺具有不污染环境及生产设备。
　　2.色浆料是在挤出机塑化段(真空排气孔处)加人的，所以受热、剪切、与PVC混合料化学作用时间短。相对对色浆颜料影响小，因而，温度场、剪切场、化学场及时间对色料的影响力度相对传统方法弱得多。这样更有效地保证色料的色相和耐候性。
　　四、研究内容
1 Q( A( T1 E+ ]/ U0 x& e4 A　　1 PVC混合料的加工流变性
　　PVC熔体的流动性是受PVC型材配方中多种助剂及温度的影响，一个理想的配方必须保证熔体熔融温度低、塑化时间短，而且还要流动性好，所以要达到以上要求，筛选PVC加工助剂一稳定剂、润滑剂、冲击改性剂、流动改性剂、着色剂的种类及其配比是相当重要的。国内多数生产厂家都已有了很成熟丰富的理论知识与经验，不多做介绍了。
; S9 e  j: k* m5 K5 }' N* t　　2 PVC混合料的物理性能
7 Z: H4 j. J9 t, {, d" f6 f　　PVC混合料的物理性能，取决于配方组份及其混合料在加工过程中，熔体所受的热、剪切等因素是否合理所决定的。
　　配方组份与用量对物理性能的影响
　　①稳定系统确定后，尽量减少稳定剂的用量，这样可缩短塑化时间，保证其物理性能，但注意稳定剂少，也会造成原料降解，使物理力学、耐候性能下降。
　　②润滑系统确定后，尽量减少润滑剂的用量，这样可以提高塑化度，可使型材的物理性能及焊角强度有所提高，注意，润滑剂少，物料过份塑化或产生磨擦热，致使原料分解，性能也得不到保证。
8 m/ ]* J8 x2 ]. @- H　　加工工艺对物理性能的影响
( {5 ~! t2 Y. u　　①加工温度低，熔体塑化好，对物理性能有利。
/ K8 R' r. w# R2 ~- M　　②剪切要适当，如果剪切强，虽然增加了熔体的塑化能力，但必须增加润滑剂的用量，势必这样也会造成物理力学性能下降，反之，剪切弱，润滑剂减少，熔体难以塑化，其物理力学性能也会下降。
$ b$ a- k: r& Q0 S6 A　　3 PVC混合料的耐候性
　　耐候性是指型材一定时期内具有不褪色性、抗粉化性和物理力学性能的持久性。作为保证产品耐候性的条件包括配方的组份、熔体的塑化程度及所用颜料的耐候性能力，白色型材的着色剂主要是金红石型钛白粉，这是大家众所周知的。
* ^, c: g& Q, B$ u" x　　4 着色剂(色浆料)的性能研究
　　目前国内生产门窗用PVC型材已有二十余年历史，作为户外用型材，国内各个厂家基本上都是以白色为主。因为通过多年的生产与应用，实践证明，白色型材所使用的颜料主要是金红石型钛白粉。它的性能已满足了型材性能要求，这些性能包括加工性与型材的物理、力学、耐候性。
6 s% I) L( E7 \2 u- B# A　　目前户外用彩色型材的用量在不断的增大，彩色着色剂的选用必须慎重，不是所有的着色剂都适合做户外用彩色型材的。颜料选择不当，型材的物理、力学性能，尤其是耐候性会迅速下降。为了使户外用型材的颜料能够满足其性能要求，我们对其进行了以下研究工作。
, O3 W1 c  Z  f　　①着色剂(色浆料)的热稳定性
　　热稳定性是着色剂抗御PVC在高温加工过程中使其性能变化的能力。热稳定性是随着温度和时间而变化的，并且影响着着色剂的性能，无疑热稳定性不好的颜料与PVC一样也全发生分解，分解原因尚不清楚，可能是与PVC或助剂中的某些成份发生反应有密切关系。因此确切地说，影响颜料热稳定性的原因除温度和时间外，还有反应介质，会导致其化学结构发生变化，为了提高色浆料的热稳定性，我们在其色浆料中加入了抗热剂，提高了颜料在高温度加工下抗变色的性能。
! j4 f# ]  K( z9 |, G　　②着色剂(色浆料)的化学稳定性
8 q- j" ?/ v1 E) Y　　前面已介绍了着色剂的热稳定性与温度、时间及反应介质有着密切的关系，在这里我们所说的介质是PVC混合料及粉状颜料变成液态浆料所用介质。选择介质必须保证其介质与颜料有协同效应，且相容性好，不发生化学反应。再有其色浆料又不能与PVC混合料发生化学反应，有的颜料是对PVC有着破坏作用的，如将含锌和铁的颜料用于PVC中，这些颜料能使PVC发生不可控制的分解，如含硫的颜料与PVC混合料中铅系稳定剂相互作用，会发生硫化污染，并使PVC变黑或严重褪光，因此避免选用这些与PVC有化学反应的颜料。研究发现，加入适当某些助剂有利于提高着色剂的化学热稳定性。
　　③着色剂的耐候性
　　耐候性是门窗用PVC型材的一个重要指标，前面已经介绍白色型材所用的颜料金红石型钛白粉已具备了耐候性能的要求，在国内门窗用PVC型材中的应用有二十余年历史，已证明它的可靠性、适用性。
　　目前作为户外用彩色型材所用颜料的选择，应用较少，其原因是耐候性得不到保证，所以国内彩色型材生产很少，对此我们对户外用彩色型材所用颜料耐候性进行了研究。
户外用彩色型材，我们希望其色彩至少十年以上全日曝光条件下保持稳定，不褪色且物理力学性能得以保证，所以要求颜料必须具备耐侯性的能力，其中包括可见光、紫外线、水分、温度、大气氧化物的作用等。
4 l$ r1 Z) I6 }& ^  g8 i　　着色剂的耐光性一般用1－8级表示：1级最差，8级最好，所谓的耐光等级不一定都是可靠的，这可能是由于颜料与其介质发生强烈反应的缘故，褪色、变暗或色调的变化一般是由颜料的分解所致，这些反应基团与大气中的水分、化学挥发物或三大污染物(酸、碱、烟)等发生作用而造成的。基于颜料耐候性问题的存在，我们在选择颜料种类及溶解颜料的介质上进行了深刻的研究与多次的反复试验才确定的。并在其色浆颜料中还加入了耐候助剂。用我们研究出的色浆颜料生产的彩色型材，通过了中国质量权威机构-国家化学建材检测中心的耐候性测试。
　　经过实践与应用，我们研究生产的色浆颜料具有可靠的加工工艺性，良好的热稳定性及耐候性。满足了户外用彩色型材的各种性能要求。目前已应用于国内许多型材生产厂家。
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