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橡胶/轮胎 |
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浅谈橡胶着色技术配合与应用 |
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谈到橡胶产品，在人们的视觉中，总是留下黑色的印象，比如橡胶制品中消费量最大的各种类型的轮胎，总是黑色的。有些人认为黑色能够耐脏。而一般从事橡胶行业的人士也会因轮胎黑色，是从补强和填充角度去考虑，而加了炭黑。岂不知轮胎中加炭黑还有特别作用，那就是它赋于轮胎在户外行驶，具有抗紫外线辐射，耐户外老化和遮蔽光的特殊功能，这是其它填充补强剂难以替代的。但是人们从实践中得知，消费橡胶制品，需要鲜艳夺目，绚丽多彩，除了美化产品，提高外观质量外，选择适当的着色方法和着色剂，还可以明显提高橡胶制品的耐候性，耐热性，耐腐蚀性，电性能，光学性能和橡胶制品配件工装时的识别作用。所以说，色彩和着色剂，是橡胶工业中不可缺少的系统工程。在此，笔者首先谈谈加入着色剂对橡胶制品的作用：
1、提高商品价值的美化作用：我们生活在多姿多采的个性化现代社会，愈来愈追求美的享受，对橡胶制品也是一样。尤其是生活用品，如橡胶硫化鞋，食品用器具，玩具。橡胶手套，气球，各式橡胶配件，都要从工业设计的角度，以第一印象产品外观的色彩，去提升商品价值，去制造给人以美的艺术感的产品。
2、分类标识和警示作用：橡胶制品，特别是安装在设备内部重要的位置，如密封件配件，防尘罩，膜片，O形圈等，以及复合胶管层，特殊专用胶垫，需要以不同颜色标识，便于区别和维修。一些外裹橡胶材质的电缆电线，用符合孟塞尔色标十色谱进行着色标识，给专业配线和检修提供警示。
3、改善橡胶制品的耐光性和耐候性：橡胶制品需要有一定的使用寿命，才能体现价值。特别是在户外工况下，要经受光照，雨水，及大气中的酸碱污染微粒考验。如在配方设计中考虑在胶料中加入某些耐光和耐候性配合剂。如着色剂炭黑，就可以收到高效，价廉的光屏蔽作用。迄今，还没有那一种紫外光吸收剂，具有着色剂炭黑那样强的光稳效果。
4、增强橡胶的导电性能。众所周知，非极性橡胶导电性很差，可以说绝缘性是它的特点，即使是极性橡胶，其导电性能也不能满足不同导电需求，而加入兼具导电功能的着色剂炭黑如乙炔炭黑，就能弥补橡胶导电性能的不足。
5、某些着色剂的耐热功能。有些无机着色剂加入橡胶中，还兼具增强产品耐热功能，如氧化铁红粉，金红石型钛白粉，氧化铬颜料，镉红，镉橙，等常用作为耐热配合剂，加入胶料中。
好了，在概论了着色剂对橡胶制品的诸多作用后，我们再来看看它们的分。橡胶着色剂，是只用不溶于水和溶剂称作颜料的，不用可溶于水和有机溶剂的染料，这一点，作为橡胶配方设计人员应当分清。颜料与任何不同胶种橡胶是没有亲和力的。它是通过炼胶机机械压力，捏合，剪切作用，使其颜料粒子分散于被着色的配合混炼胶料中，而使混炼胶料产生既定的要求颜色。而在乳胶制品中，加入到乳胶（天然乳胶及合成乳胶和人造乳胶）中的无机颜料工艺方法与加入到干胶中的工艺方法完全不同，不能以干粉形式加入到天然乳胶和合成乳胶及人造乳胶中，而是要把粉状的颜料着色剂，连同少量渗透分散剂，稳定剂和去离子水，配成20%或30%的水分散体，再经过研磨机研磨，达到规定数值的沉降量后，才能按设计的质量份数，在配合胶乳或硫化、半硫化后配合胶乳中加入。着色水分散体配制的总固体含量切忌不能太高，否则研磨及分散效果不好。
着色剂为橡胶制品带来丰富的色彩
用于橡胶（含乳胶，下同）的着色剂颜料，根据化学组成不同，可分为无机颜料和有机颜料两类。
无机颜料通常是金属的氧化物，硫化物，硫酸盐，铬酸盐，钼酸盐等盐类。无机颜料的共同特点是遮盖力强，有耐热性能，耐光性及耐候性好，迁移性小，不足之处是着色力较差，色泽鲜艳度不够。常用的无机着色剂有的含有毒性，不符合环保及卫生要求，现己被禁用，如铅黄，铬橙，钼铬红，镉黄，镉红等；有的没有毒性，但要考虑其是否含重金属，如钛白粉，钛黄，氧化铁黄，铬钛黄，锌铁氧化物，氧化铁红，群青，钴蓝，氧化铬绿，尖晶石绿等。加入橡胶中的各种无机颜料，都要通过有关标准认证，方可使用。目前与着色剂相关联的法律法规包括ROHS指令，REACH，及VOC有关规定。ROHS的欧盟的强制性法规，凡在欧盟市场销售，必须通过ROHS检测。REACH是欧盟自愿性环保法规，一般橡胶高端产品着色剂，都要满足ROHS法规要求。ROHS法规内容主要针对橡胶着色剂尤其是无机着色剂中含有的六种重金属物质。REACH覆盖面就更大了，橡胶羞色剂也包含其中。VOC主要检测着色剂对环境及人类健康具有的潜在危害。归纳来说，REACH是检测制造橡胶产品着色剂原料源头，ROHS则主要检测橡胶制品，VOS则侧重加入着色剂的橡胶产品对环境的影响。
三原色混色得出无限色彩的变化
有机颜料种类比无机颜料要多，有酞菁类（蓝绿两种色相如酞菁绿，酞菁蓝，使用面较广）；偶氮类（虽品种多，化学结构上有单偶氮，双偶氮，及缩合偶氮，但也只限红，橙，黄三种色相，如色淀红C，2B）；喹吖啶酮类（色相有橙，红，紫三类），其耐热耐光耐迁移各种性能十分优良，与酞菁类颜料相似。故有的厂家习惯称之为酞菁红、酞菁紫；异吲哚啉酮类，以黄色品种较多，如黄2GLT，红2BLT，橙RLT。萘四羧与北四羧酸衍生物类颜料（耐热耐迁移性均好，色相为橙，红两种）；二噁嗪类（耐光及着色力强，如永固紫）。有机颜料色相鲜明，着色力强，分散性好，耐迁移也较好，但耐热，耐光性较差，但高温一段硫化尤其是二段硫化后容易变色。
目前，橡胶方面配色技术介绍甚少。在橡胶工艺技术书藉上也是一带而过。橡胶企业的配色大多是凭经验，采用试湊目视配色，有时着色剂品质异动，修正调整色差很难。虽然颜色的种类很多，但用于橡胶着色方面只有几种，如何利用这有限的着色颜料配制出多种颜色胶料呢？作为橡胶配方设计者，首先应了解配色原理，采用合适的方法，去实现所设计的有色胶料。
橡胶配色，可由红，黄，蓝三种基色相拼混。就可以得到所需的各种颜色。可以把各种颜色看成是红，黄，蓝三种基色以一是比例量相混合而成。
我们把红，黄，蓝称为三原色（或一次色，基色）。由这红，黄，蓝三原色中其中任何两种原色相互调和，就可以得到其它各种不同的颜色。如红和黄相混，可得橙色，黄和蓝相混，可得绿色（但在实际中我们所应用的着色剂，其着色力可能很不相同，故在量的比例方面，有很大差异）。如果两色按比例不同相混，则更可得出更多色调。这些颜色总称为间色或二次色。如果由二次色和不同颜色原色或二次色再相互调配，则谓之再间色或三次色。例如：以橙色和绿色相调配，则成为橄榄色，绿色和紫色相调配，得出灰色，而二次色橙色与二次色紫色相调配，则呈现棕褐色。如以三原色和二次色排列，画成三角形拼色图，则能得出很多三元颜色。
同时还可以在原色或间色基础上，加入适量钛白粉（金红石型）或立德粉，可以调出粉红，浅蓝等浅颜色。如果加入适量炭黑就可以调配出棕色，墨绿，咖啡等明度不同的颜色。需要指出的是，由红，黄，蓝三种基本着色剂“等量”相拼配，竟得到黑色！黑色可以说是三次色中的一个特殊例子。
橡胶着色不同于其它材料着色，因为不论是干胶天然胶或多种干胶合成胶，还是天然乳胶或合成胶乳，人造胶乳，它们本身都带有一定颜色，给着色造成一定难度。同时，胶料配方中还加有众多不同成份不同颜色的橡胶助剂，胶料要经受在一段硫化成型高温高压下，有的还增加二段高温硫化，做到不变色，在混炼时分散性要好，与其它配合剂有良好的相容性，着色橡胶制品在使用条件下，要有良好的适应性，诸如耐候性，耐迁移性，耐热性，耐化学性以及环保无毒安全等。还要顾及产品成本，橡胶配色人员必须以确保着色质量为基础，优化考虑颜料应用性能，应用对象，应用配方和应用工艺的综合变化互动，以选择合适的颜料，生产出满足客户需求的彩色橡胶制品。因此，橡胶胶料配色是集颜料化学，高分子化学，表面物理化学为一体的复杂系统工程。
橡胶着色是一项理论结合实际的工艺技术，不仅需要具有着色技术的基本原理，还需要熟悉橡胶加工成型的工艺和技能。经验性很强，配色人员自身也要不断锻炼和学习，具备良好的色泽分辨力，要做到全面掌握不同橡胶，色泽以及加入的各种助剂与着色颜料的互容和分散性能，熟知着色颜料在胶中的添加量，更要全面了解橡胶制品对颜料的环保要求的国内外法律法规，如重金属含量，多环芳烃含量等。
目前，大部份中小橡胶企业的配色，仍采用经验目测法。这是一种经验试凑方法，虽不是很科学，但简单实用，就是花费时间多。如在拟定和设计橡胶着色配方时，尽量收集大量有关有色橡胶样品，寻找出与要求做的相近似颜色的样品作参照物，认真对照观察，分析参照物与给定的标准色样的颜色，光泽度等方面的异同，并以参照物的配方为基础，根据实际需要，对各种着色剂的用量作相应调整，所以做起来比较费时。随着科学发展和时代进步，应用计算机进行配色己逐渐普及。以分光光度计和其它测量仪器代替人眼和大脑的功能。色影比例的试凑过程是通计算机模拟进行的，而不需要对橡胶胶料进行着色的配炼混合，操作人员只需测量反射率，即它的标准值并选择用于配色的着色剂即可，通过调整配料着色剂的浓度，使该测量系统与标准的换算值一致。如果操作人员选择的橡胶着色剂合理，该系统将以质量分数的形式输出一个配方，然后再将百分比配方转换成质量配比。采用计算机方法，可使整个着色橡胶配方过程的时间缩短在十几分钟内。
在橡胶配色过程中，对于选用的着色颜料品种越简单越好，能二拼色的就不采用三拼色，因为加入的颜料品种越多，会引起“补色”，反而造成颜色灰暗，尤其是用于乳胶制品如彩色气球，家用手套的着色剂，尽量不用三拼色，以免失去鲜艳亮度。同时橡胶配色选用的颜料应注意选用耐热性相近品种，以避免因耐热稳定性差异太大，在硫化过程中的温度变化会引起色泽变化。乳胶选用的着色剂还要考虑颜色的耐碱性和分散性。
总之，橡胶配色，是橡胶制品生产不可缺少的一个环节，技术性，经验性很强，需要长期实践和积累。最好要建立色版样品资料库，对使用过的各种颜料着色剂和配好的着色胶料样品以及正在生产使用的有色胶料，进行分档备案存查，以便日后对照使用，尽量减少同一配方不同批次的有色胶料的色差。尽管橡胶配色技术复杂，但只要我们有认真和严谨的工作态度，以及多学习和了解各类颜料着色剂性能，添加用量以及与橡胶的相容分散性，和环保安全性，多做试验，就会全面掌握橡胶配色这门技术。(end)
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(8/27/2015) |
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