В этой статье подробно рассматриваются различные виды концентратов пигментов, использующихся для окраски изделий из полимеров. Приведены данные о последних разработках и открытиях лидеров мирового производства концентратов пигментов, обсуждаются их функции и перспективы применения новых продуктов.

Специальные концентраты
При разработке рецептур специальных концентратов большое внимание уделяется подбору полимерного связующего, в качестве которого, как правило, применяют те же полимеры, что и окрашиваемые, родственные с ними по составу, или их смеси.
Обязательным компонентом в рецептуре специальных концентратов является диспергатор (ДР), роль которого выполняют такие соединения, как высшие алифатические кислоты (стеариновая, пальметиновая, лауриновая, миристиновая) или их соли со щелочными или щелочноземельными металлами, эфиры глицерина и алифатических кислот, низкомолекулярные полимеры (олигомеры, полимерные воски), силиконовое масло, эфиры глицерина и гидрированной канифоли.
ДР смачивает частицы пигмента и обеспечивает снижение коэффициента поверхностного натяжения, что способствует разрушению агломератов пигмента и лучшему распределению частиц в полимере.
В качестве красящей основы концентратов пигментов используют органические и неорганические вещества — термостойкие красители, обладающие хорошей совместимостью с окрашиваемым полимером.
Специальные концентраты пигментов могут быть получены на основе ПЭНД, ПЭВД, атактического ПП, сополимера этилена с винилацетатом (ВА), полибутена-1 (ПБ-1), полиметилпентена (ПМП). В патентах часто используют олигомеры, низкомолекулярный ПЭ, полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиэтиленовый воск с ММ 5000–7000, смеси полимеров с восками. Иногда концентраты содержат только ПЭ и ПП воски.
Так, компания «Дайнити сэйка» (Япония) для окраски пленки толщиной 10–15 мкм, оболочек кабеля, волокон предлагает специальные концентраты на основе таких связующих, как сополимер этилена с пропиленом (СЭП) или Э/ВА, бутеном-1 или ПЭ с ММ 100000–500000.
Специальные концентраты компании Hoechst (Германия) предназначены для окрашивания ПП-волокна, и в качестве полимерного связующего содержат низкомолекулярный ПП или смесь ПП с ПП восками, изотактический ПП воск с ММ 10000–20000 или ПП воск с вязкостью 0,5–5 Па•с при температуре 170°С, с содержанием изотактического изомера 40–90%.

Универсальные концентраты и …
В большинстве своем универсальные красящие концентраты состоят из пигмента и диспергатора (ДР), выполняющего в этих составах одновременно и роль связующего. Ассортимент ДР для этих концентратов довольно широк и включает природные воскообразные материалы животного происхождения (спермацет, стеариновая кислота и ее производные), воски растительного типа (карнаубский, монтан-воск). Из синтетических материалов нашли применение воскоподобные полимеры типа полиэтиленгликоля с ММ 600–20000 или углеводородные смолы, например кумарон-инденовые, циклопентадиеновые, терпены и нефтяные смолы.
Кроме указанных веществ в патентах компаний Giba-Glid и «Toё инки сэдзо» предлагаются к использованию эфиры алифатических кислот и их производные, амиды алифатических кислот, соли щелочных и щелочноземельных металлов в сочетании с другими ДР.
Поскольку универсальные концентраты содержат низкоплавкие добавки, можно получать их с высоким наполнением пигмента — до 80%.
С некоторыми окрашиваемыми полимерами диспергирующие добавки могут быть ограниченно совместимы, но благодаря высокой концентрации пигмента они вводятся в незначительных количествах и при окрашивании не вызывают ухудшения свойств полимеров. В зависимости от состава универсальных концентратов их массовая доля в полимере может достигать 0,5–5%.
Универсальные концентраты пигментов пригодны для большого ассортимента термопластов: ПЭ, ПП, ПС, ПА, ПВХ, ПК. Компания «Коге гиндзюгу интё» использует вместо вспомогательных синтетических веществ (мыл, восков) природные воскообразные вещества — ланолин — в соотношении 0,5–500 масс. ч. на 100 масс. ч. пигмента.
Твердый концентрат пигментов, по патенту Sandor, содержит до 95% красящего пигмента, а в качестве диспергатора — 5% полиизобутилметакрилата с ММ 5000–50000 (предпочтительно 15000–25000) с температурой размягчения 80–120°С, который хорошо совмещается с ПС, лаками и печатными красками для полимеров.
Компания Hercules (США) использует в качестве ДР низкомолекулярный ПЭ в сочетании с сополимером а-метилстирола и стиролом для концентрата пигментов на основе термоотверждаемых смол.
Cabot Plastics осуществила промышленный выпуск концентрата на основе TiO2 — Plastwhite.
Polubatch 150 различных типов, пригодных для окраски ПЭ, ПП, ПС, выпустила компания Schulman. Универсальные концентраты пигментов стандартных цветов выпускает Color Service.
Серию концентратов универсальных пигментов разработали специалисты компании Reed Plastics для изделий автомобильной промышленности и транспортных трубопроводов из ПЭ, ПП, ПС, АБС-пластиков, ПЭТФ.
Deutsche ICI предлагает концентраты органических пигментов под торговым названием Polymer ED для окраски полиолефинов, АБС и ПС (синий, зеленый, желтый, пурпурный, красный и фиолетовый).

Полифункциональные
Концентраты пигментов содержат в своем составе одну или несколько модифицирующих добавок, таких как антистатики, антиоксиданты, светостабилизаторы, электропроводящие добавки, соединения, повышающие огнестойкость, а также, если необходимо для специальных назначений, и вспенивающие агенты или био-фотодеструктирующие добавки. Такие композиты являются самой рентабельной формой концентрирования одновременно всех модифицирующих добавок. Их разработкой занимаются компании Ampect, Cabot Plastics, Avecor, Reed Plastics, Zipperling Kessler.
Наиболее часто патентуются концентраты пигментов с добавками антиоксидантов, светостабилизаторов и агентов, замедляющих атмосферное старение и пожелтение окрашенных полимеров.
В промышленном масштабе полифункциональные концентраты, содержащие антиоксиданты, стабилизаторы и антистатик, выпускают Reverdale Color, Accurate Color, Rudol Color и Rosemar Industries.
Часто в состав концентратов пигментов входят добавки, придающие полимерам огнестойкость. Так, компания Zipperling Kessler освоила выпуск таких концентратов, содержащих антипирен и светостабилизаторы, и высококонцентрированного мастербатча для ПП, который содержит огнестойкую и антистатическую добавку РР 1315 (1 АС). Цветные концентраты для ПС, которые одновременно обеспечивают понижение горючести полистирольных пластиков до класса V=0, выпустила компания Reed Plastics. Такие концентраты рекомендуется использовать для изделий с минимальной толщиной 1,57 мм и степенью разбавления 20:1.
Реже встречаются концентраты, содержащие вспенивающие агенты или обладающие специальными свойствами, например, низкой маслоемкостью, электропроводностью.
Компания Avecor выпустила серию жидкофазных дисперсий красителей, содержащих порофоры (вспенивающие агенты) для получения окрашенных вспененных материалов из ПС, АБС-пластиков, ацеталей и термореактопластов.
Ampect разработала 36%-ный черный концентрат марки Amplect 19492 для пленок и изделий, требующих высокой электропроводимости.
Разработка полифункциональных концентратов является перспективным направлением.

Новые разработки
Компания Cabot разработала материал Plasblak® PE2813, который представляет собой черный концентрат, отвечающий требованиям, предъявляемым Европейским и Американским законодательствами к упаковочным материалам для продуктов питания, фармацевтических препаратов и косметики.
Материал содержит высокочистую сажу с чрезвычайно низким содержанием бензопирена и полиядерных ароматических углеводородов. Компания также заявляет, что PE 2813 обеспечивает лучшее окрашивание, повышенные дисперсионные свойства и физические характеристики по сравнению с концентратами, основанными на канальных сажах, обычно используемыми в производстве упаковки для пищевых продуктов и фармацевтических препаратов. Материал демонстрирует следующие физические свойства: плотность — 1060 кг/м3 (при 23°С), ПТР — 8 г/10 мин. (при 190°С и массе 21,6 кг).
Концентрат совместим с ПЭВД, ПЭНД, сополимерами этилена и полипропиленом, и может использоваться для производства пленки, выдувного формования. Норма введения концентрата в полимер — 2–8%, в зависимости от толщины материала, требований окраски и непрозрачности. Концентрат может добавляться в полимер посредством предварительного смешения, либо с помощью автоматического дозирования непосредственно в процессе переработки.

Информация предоставлена Черкасским НИИТЭХИМом