塑料着色剂基本要求和测试方法——耐光性

颜料耐光性的定义是颜料与聚合物体系曝晒于日光中保持其初始色值的能力。

颜料耐候性的定义是颜料与聚合物体系经过阳光照射，在自然界的温度以及雨水、露水的润湿下所产生的颜色变化。

1影响耐光（侯）性指标的因素

颜料耐光（候）性与着色剂化学结构，粒径大小，着色浓度，应用树脂的类型和品级，添加剂（填料、稳定剂、阻燃剂等），辐照强度及持续时间有很大关系，

（1）耐光（侯）性与着色剂化学结构有关

某些塑料制品在光的照射下，颜色会有不同程度的变化，大多数无机颜料的耐光（候）性是非常优异的。仅少数品种受光照射下因其晶型或化学组成发生变化而变暗。

与无机颜料相比，所有的有机着色剂，包括有机颜料和溶剂染料，耐光（候）性都对其化学结构有强烈的依赖性。这是因为根据发色原理，在有机着色剂中呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致，是着色剂分子中的电子发生π-π*和n-π*跃迁吸收可见光的结果.。有机颜料受光照射后，会引起颜料分子构型变化等原因而影响饱和度下降，甚至会褪色变成灰色或白色。颜料在光照之下褪色过程属于气固非均相反应，反应速度主要与化学结构有关。

不同化学结构颜料其耐光牢度的变化如图1所示。在这些标准试验中，用不同的有机颜料以0．05％的纯色调的浓度对PE进行着色

颜料索引号颜料结构颜料索引号颜料结构

颜料蓝15：1酞菁颜料红48：3偶氮色淀（锶盐）

颜料绿7酞菁颜料红179苝系

颜料红53：1偶氮色淀（钙盐）颜料黄138喹酞酮

图1耐光牢度于化学结构关系

（2）耐光（侯）性与着色剂的粒径大小有关

有机颜料在光照下的褪色过程，被认为是受激的氧攻击基态颜料分子，从而发生光氧化——降解的过程。这是一个非均相反应，反应速度与比表面积有关。当颜料与氧接触的面积及受光照的面积增加时，会加快其褪色过程。粒径小的颜料粒子，有较大的比表面积，因此耐光坚牢度就比较差。经光照后粒径较大的颜料其褪色速度与粒子直径平方成反比，而粒径较小时其褪色速度与粒子直径的一次方成反比。如图2不同粒径颜料139黄经曝晒后颜色变化

图2不同粒径颜料139黄经曝晒后颜色变化

（3）耐光（侯）性与着色剂的用量和光照时间有关

耐光（侯）牢度对着色剂浓度的依赖性极为简单。有机颜料应用于塑料着色的耐光（侯）性随着颜料用量增加会有增加，有机颜料体用量积增加会使表面层的颜料数量增加，在受到同样程度光照射下，其耐光性要比浓度小来得好，当然当颜料体积浓度增加达到临界颜料体积浓度，其耐光牢度增加也到了极限。

耐光（侯）牢度对光照时间依赖性极强。时间是一个重要因素：在时间的阴影下，没有永远不变的东西。大多数颜色的衰退是直线的，一经曝晒，就持续不断的改变。图3是颜料红48:2在聚乙烯中（着色浓度为0。05%和0。2%）的不同时间下的耐候性

图3耐侯性与着色剂浓度和光照时间关系

（4）耐光（侯）性与添加剂有关

在塑料配色中常常需要添加各类助剂来提高它的性能，如添加钛白粉来提高产品的遮盖力以达到产品要求。一般而言颜料加了钛白粉后，耐光牢度有不同程度下降，加的越多下降越多。其下降的原因,一方面钛白粉对光的反射作用使颜料的实际光照强度增加,另一方面钛白粉的金属氧化物会加速颜料的光氧化降解过程.如颜料红48：2本色在0。05%-0。2%耐光性变化不大，而加入不同量的钛白粉后耐光牢度之间的差别如图4

图4颜料红48：2耐光性与添加剂鈦白浓度关系

（5）耐光（侯）性与塑料树脂有关

耐光侯牢度除了与着色剂有关外还与着色的聚合物有关，聚合物其单体的化

学性质、聚合方法以及所用的抗氧剂及光稳定剂各不相同，使不同类型和品级的塑料在其在耐光（候）性能上存在着具体的差别。聚合物在光照射下的老化反应和热氧自动氧化反应一样，也伴有聚合物的裂解和交联。致使其力学性能变坏，同时加剧了聚合物的颜色变化。对各种塑料的最有害波长如表1，颜料黄180是一种苯并咪唑酮颜料在不同聚合物中的耐光性见表2

表2

光对塑料的最有害波长表3

颜料黄180在不同聚合物耐光性*本色颜料黄1800.1%冲淡：颜料黄1800.1%钛白粉1%

2耐光性的指标测试方法

（1）耐光性测定方法----氙灯法

将制备好的样板和日晒牢度兰色标准样卡用黑厚卡纸内衬书写纸遮一半，放入氙灯牢度机内(功率6500W,黑板温度50°C ),当晒至《日晒牢度兰色标准》塑料名称

最有害波长／nm 塑料名称最有害波长／nm 聚乙烯

聚丙烯

聚苯乙烯

聚氯乙烯

聚甲基丙烯酸甲酯254375254245254聚酰胺聚碳酸酯聚酯乙酸纤维素254254280～360254聚合物类型

耐光牢度(本色／冲淡色)*聚合物类型耐光牢度(本色／冲淡色)PA6

PC

PET

PMMA 7～8／65～6／5～66～7／7～85～6／3～4PO PS/ABS PVC 6～7／6～76～7／6～76～7／6～7

评级方法：在散射光线下观察试样变色程度，与兰色标准样卡的变色程度比较，耐光性的评级以8级最优，1级最差。

（2）耐光性测定方法----天然日光晒法

按（1）法规定将样板和日晒牢度兰色标准样卡同时置于天然日光日晒玻璃框中，晒架与水平面呈当地地理纬度角朝南曝晒，经常擦除玻璃上灰尘，日晒终点同（1）法耐光性的评级以8级最优，1级最差

（3）耐侯性测试

颜料耐光侯性测定法与颜料耐光性测定法一样，先将颜料试样按配方制成色板，放于大气老化箱内试验，其定期进行光照和喷洒水并按下列条件进行：

天然大气曝晒法根据规定在世界上同一纬度等幅度照，如美国佛如里达洲和亚里桑那州及中国广东天河爆晒场均符合条件。颜料耐侯性测定的评级按灰色卡评定，5级制，5级最好，1级最差。

3耐光（侯）性指标在塑料着色上应用

（１）颜料的耐候性包含耐光性。但是耐光性能并不涵盖耐候性。有些有机颜料品种显示了很好的耐光牢度，但耐候性却不够好，这是因为影响颜料耐候性的气候因素除了阳光外还有湿度，大气成分和时间，因为湿度通常是最重要的大气参数。

影响塑料着色颜料耐候性的气候因素

●阳光：广义的说法是整个太阳所释放的电磁波光谱，在地球上，太阳光是经过大气层的过滤，它含有不同波长的光线并能辐射热量，但是对颜料造成最大损害的是紫外光与可见光。

●湿度：太高的湿度容易引起产品物理性的质变，快速变化的湿度与冷热不同的温度，更能加速颜料产品的变化与破坏。通常稳定的湿度与温度可以减缓破坏的速度。

●大气成分：有些大气中的气体会与光一起促使颜料的改变，譬如氧与臭氧。氧气是造成产品氧化的根源。臭氧的产生有多种方式，譬如从冰箱中的马达产生，或是由荧光灯的变压设备等都能产生臭氧，臭氧破坏颜料的化学结构，造成颜料的褪色。汽车的排气物以及工厂的废气，常常含有水溶性的酸化合物，这些酸类也能对颜色造成严重的侵蚀。

（２）颜料在不同牌号树脂中耐光性差异

对同种工业级聚合物进行分析，证明光诱导降解是是由双键或聚合链的断裂等缺陷引起的，这些缺陷会吸收能量引起光诱导破坏的真正原因。尽管聚合物生产商做了大量的努力，但在工业级聚合物中某些缺陷仍是不可避免的。各个制造商间，合成方法差别很大。这正是由不同生产商提供的同类聚合物各个牌号间颜料耐光性会有差别。

（３）耐光（侯）性技术指标和实际使用效果

世界上著名的全天候试验场有美国的佛罗里达州、亚里桑那州和法国南部的邦多尔。每个试验场所提供的系列试验结果并没有严格的可比性，这是因为每个试验场气候条件的差别，如佛罗里达州既潮湿又炎热，亚里桑那州则是既干燥又炎热，而在邦多尔，湿度和温度都比较温和，只是附近大气组分中的工业废气起着主要的影响作用。但是各地牢度的变化趋势基本相同。而且每年气候都会发生相当大的变化，在阳光非常强烈的炎热夏季，塑料制品要承受的曝晒一定要高于多云和多雨的夏季。

全天候耐光（侯）试验需要很长的周期。然而客户不愿意等待这么长的时间。因此开发了在人工和加速条件下实验室中测定耐光（侯）牢度的方法。任何加速试验的基础都是要用实验装置充分模拟不同的气候条件，并且还要考虑到两个试验原理之间的相关性。

塑料耐光（侯）性技术指标会在供应商和客户之间对实验结果的解释问题进行繁多的讨论。一方面是由于客户的需求不是总能够得到完全满足；另一方面耐光（侯）性技术指标在理论与实际之间会存在大的偏差。然而颜色的改变与暴晒的时间并非都是直线关系：有时候颜色的改变只是在暴晒开始的时候，经过一段时候以后颜色的改变就停止了。有的时候却恰恰相反，一开始暴晒不见任何的改变，但是经过一些时日颜色的改变才开始。所以颜料供应商提供着色剂耐光牢度／耐候性方面的详细信息。对于塑料配色者来说，将着色剂制造商提供的数据与客户提供样品要求进行比较时，并确定使用哪种光稳定剂，用量多少，才能改进耐光牢度使之达到客户要求的水平?并将试验条件与试验体系相结合，其最终耐光牢度数据才是有效的。这恰好涉及了着色剂制造商提供数据的真实性，因为这些数据对配色者来说是非常重要的配色依据。