Окрашивание полимеров : ошибки окрашивания, пути их устранения

цветовые пятна;

цветовые прожилки;

термическая деструкция полимера и колорантов;

наличие неоднородностей;

влажность полимеров и пигментов.

Цветовые пятна в готовом изделии вызваны неполной дисперсией пигмента, а иногда — неполным растворением красителя в полимере. Источники этих ошибок совершенно понятны, если для окрашивания используется гранулированная маточная смесь или жидкий концентрат, поскольку именно эти два типа концентратов обычно имеют высокое содержание органического, трудно диспергируемого пигмента, например, синего или зеленого фталоцианового пигмента. Особенности структуры этих пигментов требуют больших усилий для разрушения их агломератов в расплаве полимера, так же как и при их размоле при использовании в жидком концентрате. Возможности устранения данной проблемы были описаны в предыдущей главе. Другой причиной появления цветовых пятен в концентрате для окрашивания является высокая влажность, поскольку влажные пигменты очень плохо диспергируются в расплаве полимера; характерным примером таких пигментов являются перламутровые пигменты. В случае жидкого концентрата увеличение влажности в процессе переработки может вызвать частичную флокуляцию (образование хлопьев) предварительно хорошо диспергированного пигмента, в результате чего могут образовываться цветовые пятна.

Детальный анализ ошибок необходим также в случае использования порошкообразного концентрата для окрашивания полимеров. Пигменты в таких концентратах не диспергированы; их полное диспергирование достигается лишь в процессе окрашивания полимера. Причиной цветовых пятен при использовании таких концентратов могут быть недостаточные сдвиговые деформации в одношнековом экструдере, недостаточное взаимодействие компонентов и (или) недостаточное количество диспергирующего агента. Цветовые прожилки в готовом изделии вызваны, главным образом, неполным смешением расплава полимера с расплавом концентрата. Причины их ограниченного смешения многочисленны, например, слишком короткая зона смешения шнека, низкая температура переработки, непродолжительное время переработки, большая разница вязкостей расплавов полимера и концентрата, низкое содержание пигмента в концентрате. Кроме того, цветовые прожилки в аморфных полимерах могут быть вызваны красителем, который не полностью растворим в концентрате. Устранение цветовых прожилок обычно требует тщательного анализа.

Анализ ошибок, как будет видно из последующего примера, не должен исключать причины, которые на первый взгляд кажутся «невозможными». Цветовые прожилки возникли при окрашивании изделия из ПК, полученного методом литья под давлением; при этом никаких явных проблем при получении неокрашенного изделия не возникало. При использовании другого концентрата та же самая проблема вновь возникает. Наконец, причина ошибок была обнаружена: это неисправный нагреватель в средней части цилиндра литьевой машины, вызывающий неполную пластикацию полимера. При переработке неокрашенного полимера неполной пластикации не было заметно, но она стала явной при добавлении пигмента. После замены неисправного нагревателя никаких проблем с окрашиванием не возникало, даже при использовании ранее отбракованного концентрата.

Последствия термической деструкции полимера и (или) колоранта проявляются, главным образом, в виде появления коричневатых прожилок или темных (черных) пятен. Появление коричневатых прожилок является сигналом начала термической деструкции расплавленного полимера. Горечеканальная система и особенности ее конструкции (зоны застоя, слишком малые размеры и т. д.) являются часто встречающимися источниками возникновения таких проблем. Однако термическая деструкция может быть также вызвана неправильно заданными параметрами переработки, например, слишком большим временем пребывания в расплаве, большой скоростью впрыска в форму и (или) неудачным расположением мест впуска.

Если расплав термически деструктированного полимера не заменить в течение короткого времени, появление черных пятен карбонизированного полимера неизбежно. Процесс термической деструкции происходит в течение довольно длительного времени, поэтому появление черных точек после увеличения времени переработки является доказательством термической деструкции. Черные точки, наблюдаемые в начале процесса переработки, могут явиться следствием наличия посторонних инородных включений в полимере или компонентах концентрата. В связи с этим следует также отметить, что в случае появления большого количества черных точек, возможно, происходит смешение черных точек, возникающих при наличии инородных включений, с черными точками, возникающими в результате термодеструкции, и для специалиста по окрашиванию возникает проблема распознавания причин, вызывающих эти проблемы.

К сожалению, слишком большого времени пребывания в перерабатывающих машинах часто не удается избежать. В качестве примера рассмотрим производство полимерных технических изделий малого размера. Конструкция любой перерабатывающей машины требует минимального размера цилиндра и межлопастного объема шнека, но эти размеры могут быть все же слишком большими для производства мелких деталей. Другая причина увеличенного времени пребывания заключается в том, что некоторые полимеры имеют тенденцию к прилипанию к стенкам материального цилиндра машины; этот тонкий слой самопроизвольно не уничтожается. Введение добавок, улучшающих скольжение, или внутренняя облицовка цилиндра могут снизить прилипание расплава к стенкам. Источники инородных включений также многочисленны. Они могут представлять остатки исходных материалов (например, мономеров), которые можно обнаружить достаточно быстро. Гораздо труднее обнаружить неоднородности, вызванные последующим загрязнением в процессе переработки. Часто они вызваны неверными действиями операторов и их недостаточной квалификацией, например, в процессе чистки периферийных устройств перерабатывающей машины при смене цвета. Так, остатки предыдущих цветов могут вызвать появление цветовых прожилок.

Включения могут быть вызваны также абразивным эффектом. Как цилиндр, так и шнек экструдера должны вовремя заменяться во избежание их полного износа. Любой поврежденный цилиндр или шнек может вызвать не только появление инородных включений (например, частиц металла), что проявляется в возникновении серых полос, но также проблемы при переработке, связанные либо с получением концентрата для окрашивания, либо при окрашивании в процессе переработки полимера. Прожилки, вызванные повышенной влажностью исходных материалов, характерны для промышленных марок полимеров, которые должны быть тщательно высушены перед переработкой. Другой причиной появления прожилок является конденсация влаги из воздуха, особенно в зимнее время. Исходные материалы для переработки обычно имеют низкую температуру, в то время как производственные помещения имеют повышенную температуру за счет выделяющегося тепла при работе перерабатывающих машин. Насыщение конденсатом происходит, если холодные исходные компоненты (полимер и концентрат) перерабатываются без предварительной адаптации к температуре производственного помещения. Для предотвращения возникновения этой проблемы рекомендуется выдерживать исходные материалы в течение нескольких часов перед их переработкой при температуре производственного помещения. Другим менее часто встречающимся источником конденсата являются появление влаги на трубах охлаждающих систем или утечка воды из этих систем.

Следует упомянуть еще одна проблему, возникающую при окрашивании полимеров: точность воспроизведения цвета в концентратах различных партий. Эти различия не обязательно являются ошибками технологии. Любой технический продукт меняется по своим характеристикам от одной партии к другой, но обычно эти различия не выходят за определенные пределы. При подборе цвета окрашиваемого изделия отливается опытный (модельный) образец, для чего используются определенные марки полимера и концентрата. Для одобрения качества окрашенного модельного образца заказчиком требуется достаточно продолжительное время (до нескольких месяцев), в течение которого производитель полимерных изделий может иметь уже другую партию концентрата. Поэтому достаточно часто оттенок цвета текущего и модельного образцов слегка отличаются; небольшого отличия в оттенке цвета обычно избежать не удается. По этой причине важно установить с заказчиком определенный предел допускаемой вариации цвета. Если же оттенок цвета концентрата для окрашивания выходит за согласованные пределы, такой концентрат не следует использовать.

«Окрашивание полимерных материалов», издательство Профессия, 2006