氧化铁颜料在塑料和塑料制品中的应用

塑料是一种以合成（或天然）的高分子聚合物，相对密度轻通常在1g/cm³左右 仅为氧化铁颜料相对密度的1/4.其抗形变能力却为中等，介于纤维和橡胶之间，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、颜料和填料等添加剂组成。

塑料制品是采用塑料为主要原料加工而成的生活、工业等用品的统称。其加工方式包括以塑料为原料的注塑、吸塑、吹塑、抽丝、挤出、3D打印等所有工艺的制品。

它们具有质轻、耐腐蚀、耐摩擦、力学性能高、电绝缘性好、易于加工、美观等特点，可以用作结构材料、绝缘材料和耐腐蚀材料。它不仅是人们日常生活中的必需品，而且在国民经济各部门、军事工业和尖端科学技术中也广泛应用，可以代替玻璃、陶瓷、 木材、金属和纤维，是飞机、汽车、船舶、电机、机械、化工、建筑和日用品等工业的重要材料。

为了使塑料和塑料制品具有美观的色彩和便于识别，通常用加入一定比例的着色颜料量来实现，其中氧化铁颜料是被选用的着色颜料之一，因此塑料和塑料制品也成为氧化铁颜料六大应用领域之一

5.5.1 2021年中国塑料制品行业运行情况

5.5.1.1、塑料制品产量增长

中国是塑料制品生产大国，近年来，中国塑料制品产量小幅波动。2021年塑料制品产量8004万吨，同比增长5.9%。

数据来源：国家统计局、中商产业研究院整理

5.5.1.2 制品产业集中华东地区

塑料制品产业主要集中在华东地区、华南地区。2021年华东地区塑料制品产量3696.26万吨，产量占比46.2%。华南地区塑料制品产量占比20.4%。华中地区、西南地区塑料制品产量占比超10%，分别为12.6%、10.9%。华北地区、西北地区、东北地区塑料制品产量较小。

数据来源：国家统计局、中商产业研究院整理

5.5.1.3.中国塑料制品出口规模扩大

中国塑料制品出口而言，进口量比较少，进口依赖度较低，出口量保持增长趋势。2021年塑料制品出口金额989.90亿美元，同比增长29.1%。

数据来源：海关总署、中商产业研究院整理

5.5.1.4.塑料制品企业增加

中国塑料制品产量持续增长，相关的企业数量也逐年递增。2016年塑料制品相关企业注册量23.10万家，2019年逼近50万，2021年新增塑料制品相关企业110.75万家。据不完全统计，中国在业/存续塑料制品相关企业注册量435.72万家。

 

 

5.5.2塑料和塑料制品行业特性

塑料和塑料制品的特性是：质轻、化学性稳定、耐冲击性好、具有较好的透明性和耐磨耗性、绝缘性好、导热性低、成型性优良、着色性好，加工成本低；但耐热性差、热膨胀率大、易燃烧、尺寸稳定性差、容易变形；很多塑料耐低温性差，低温下变脆，容易老化。

5.5.2.1塑料和塑料制品的分类和品种

5.5.2.1.1塑料的分类

按受热后的性能表现分

1．热固性塑料

该类塑料的特点是在一定的温度下，经过一定时间的加热或加入固化剂后即固化成型。

固化后的塑料，质地坚硬，而且不溶于任何溶剂，也不能用加热的方法使其再次软化。加热温度过高就会分解。常见的热固性塑料有：胶木、电玉、装饰板、酚醛及不饱和聚酯塑料等。

2．热塑性塑料

该类塑料的特点是受热软化，冷却变硬，加工过程中一般只有物理变化而保持其化学本性。该类塑料的树脂多为加聚而成。常见的热塑性塑料有：硝酸纤维塑料、醋酸纤维塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等。如，我们常见的矿泉水瓶、塑料袋等。

按应用范围分

1．通用塑料

该类塑料主要是指产量大、用途广、价格低的一类塑料。它们占塑料总产量的80%左右。主要品种有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料等。

2．工程塑料

一般是指能在工程技术中作为结构材料的塑料。该类塑料显著的特征是机械强度高，耐化学腐蚀和耐高温性能强，可代替金属或做其它特殊的用途。主要品种有：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、ABS、聚苯醚、氟塑料等。

按可燃程度划分

1．易燃性塑料

该类塑料遇明火后剧烈燃烧，不易熄灭。如硝酸纤维塑料等，这类塑料被列为危险品。

2．可燃性塑料

此类塑料遇明火燃烧，无自熄性，但燃烧速度较快。如聚乙烯、聚丙烯等。

3．难燃性塑料

这类塑料在较强的明火中可燃烧，离火后很快熄灭。如酚醛塑料、醋酸纤维塑料、聚氯乙烯塑料等。

改性塑料

为了改进塑料的性能，通常要在树脂中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、 稳定剂、改性剂、着色剂等，才能制成性能良好的塑料产品。所谓改性塑料就是指通过物理 的、化学的或者物理、化学相结合的方法使塑料材料的性能发生人们预期的变化或者赋予材料新的功能而得到全新的材料。改性过程有的是在塑料聚合时进行，而更多的情况下是在塑料制品加工过程中进行，实现塑料改性的手段有填充、共混和增强等。

5.5.2.1.2塑料的品种

5.5.2.1.2.1热塑性塑料品种

 热塑性塑料中树脂的分子结构一般都是由一种或两种及以上的“基本 单元”按照一定的排列方式，通过化学键重复连接而成，犹如珍珠串链一样，呈线型或支链 型结构，常称为线型聚合物。

热塑性塑料主要品种和性能如下。

1.聚氯乙烯 聚氯乙烯（polyvinyl chloride，简称PVC）, PVC是氯乙烯单体经聚合而成的热塑性树脂，是主要通用塑料品种之一，在世界五大塑料 中的生产能力仅次于聚乙烯，居第二位，约占合成树脂总量的16%。

硬质聚氯乙烯（PVC-P)可制作容器（不耐压）、管材、板材，电线电缆等。加入大量CaCO₃做 成钙塑料，可提高塑料的硬度，替代钢铁或木材制作塑料门窗、地板、天花板和电线套 管等。

软质聚氯乙烯（PVC-U）可制作饮料、药品和化妆品的外包装、薄膜产品，常 用来制造玩具、凉鞋和人造革等。

2.聚烯烃（polyolefin，简称PO）聚烯烃是分子中只含碳、氢元素的聚合物。最常用的是聚乙烯和聚丙烯，是生产量和使用量最大的塑料。

1. 聚乙烯（polyethylene，简称PE） PE是由乙烯的均聚物和乙烯与烯烃的共聚物组成，聚乙烯为无臭、无味和无毒的蜡状结晶型热塑性树脂，具有优良的耐低温性，化学性能稳定，耐大多数酸、碱和盐。在常温下它不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良， 力学性能中等。但是其耐热性、耐老化性和耐环境应力开裂性能较差。聚乙烯占塑料总产量的30%以上，为最大的通用塑料产品之一。

低密度聚乙烯（简称LDPE）是乙烯的均聚物，又因其于高压下聚合，故又称高压聚乙烯。LDPE 除具有一般PE的性能外，其熔点低、热封性优良，并且透明度、柔软性、黏结性和电性能 （高频绝缘性）优于HDPE，尤其是LDPE 的加工性佳，这就是其广为应用和不可替代的原因。但其力学性能、耐热和耐老化性稍差。

LDPE的主要用途如下：因LDPE透明度、光泽度高和柔软而适于要求高的包装膜，如纺织品、服装和食品的包装，也因其透明性优良，用于提高农作物产量的各类农用膜；因 LDPE熔点低，黏结性、热封性和成膜性优良，可作为挤出涂层或复合膜的粘层，大量用于包装领域；因LDPE聚合不含催化剂残存金属组分，绝缘性高，经交联后又耐高温，可作高达340kV的电力电缆绝缘材料；因LDPE流动性佳，可用于注塑形状复杂的各类日用品 （瓶盖子、塑料花、密封容器、厨房用品）、玩具和文具等。

高密度聚乙烯（简称HDPE）是分子量为（4~30）万的乙烯均聚物和乙烯与少量的烯烃的共聚物。因其于常压与低压下聚合，故又称低压聚乙烯。HDPE为无味、 无臭和无毒的白色粉末或乳白色蜡状颗粒。低温不易脆裂并且耐油性、 耐溶剂性、耐水蒸气阻隔性均较理想。但是其透明度、电绝缘性、加工性、热封性及黏结强度不如LDPE。与一般通用塑料相比，韧性、耐低温性和耐老化性优于聚丙烯，加工性和使 用温度较聚氯乙烯佳。

HDPE的主要用途如下：中空吹塑容器，化妆品、油品包装容器；燃气管，压力输水 管，油、矿用液体输送的管材；注塑的周转箱、托盘等；用作防渗、防污染的土工膜。

线型低密度聚乙烯（简称LLDPE）是乙烯与5%〜20% 烯烃的共聚物，人们称其为继LDPE、HDPE的“第三代聚乙烯”。视结构与密度，LLDPE的性能在LDPE和 HDPE之间，但因其分子量分布窄，且中、高分子量比例大，且分子折叠及缠绕程度大， 分子间作用力大，剪切敏感也小，在物理机械性能及加工性能上有其独特之处。因此成 型加工时熔体黏度大（较LDPE高100%〜150%）、挤出功率和能耗大（较LDPE高 20%〜120%）、背压也大，因此产量小。

LLDPE是聚乙烯树脂中发展最为迅速的树脂。其用途主要如下：LLDPE因力学性能优异，故可生产超薄薄膜，主要用于无需透明的薄膜，如冰袋、冷冻食品包装膜和垃圾袋等。

2. 聚丙烯（简称PP）。PP是丙烯单体在一定的温度、压力下的聚合物。密度仅0.9〜0.91g/cm³，是通用塑料中相对密度最小的品种，无毒、无味、耐热性好，能在110℃左右长期使用

PP可以用挤出、注塑和吹塑等加工方法制成薄膜、纤维、中空容器和注塑制品，由于分子链中含叔碳原子，其上的氢易受氧的攻击，为此耐老化性差。

3.苯乙烯系树脂。苯乙烯树脂是由均聚或与其他单体共聚而成的热塑性树脂。苯乙烯产品从高透明SAN产品到高遮盖ABS.目前苯乙烯树脂产量仅次于聚乙烯，聚氯乙烯和聚丙烯，位居第四。

1. 聚苯乙烯（简称PS），PS又称通用型聚苯乙烯（GPPS），相对密度1.04〜1.09，尺寸稳定性优良，收缩率低，吸湿性低，为此在潮湿环境下保持尺寸稳定和强度，不致菌类生长。PS的透明度达 88%〜92%，折射率为1.59〜1.60，热变形温度约为70〜98℃，热导率不随温度而变化， 是良好的冷冻绝缘材料。当高于300℃时PS将分解。PS具有良好的介电性能和绝缘性。

PS被广泛应用于光学工业中，这是因为它有良好的透光性，可制造光学玻璃和光学仪 器，也可制作透明或颜色鲜艳的，诸如灯罩、照明器具等。PS还可制作诸多在高频环境中 工作的电器元件和仪表等。

为了改善PS的脆性，人们把聚苯乙烯接枝于橡胶（顺丁橡胶或丁苯橡胶）上而使它兼 有刚性和韧性，称为高抗冲聚苯乙烯（简写HIPS）。HIPS冲击强度可比ABS高3~4倍。 近年其发展迅速，已占PS产量中的60%，不少国家的HIPS产量已超过PS和ABS。

HIPS很易进行挤出和注塑，也可进行二次加工。HIPS可生产包装容器如薄杯、挤塑 乳品容器等。它也可用作家庭用品，文教用品，家用电器中收音机、电视机等的外壳，洗衣 机部件，冷冻机、冷藏车中的用品。

2. 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（简称ABS） ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体的共聚物，表现出良好的协同性。丙烯腈赋予其耐化学腐蚀性、表面硬度和热稳定性；丁二烯赋予韧性；苯乙烯赋予刚性和可加工性。 由此，不同比例的三种组分可制得性能不同的ABS。

ABS是无定形高分子材料，外观呈浅象牙色，不透明、无毒、无味，相对密度约为 1.05。它具有良好的综合性能，是坚韧、质硬、刚性好的工程塑料。ABS的熔融温度为 217〜237℃，热分解温度大于250℃。而且其冲击强度随温度下降变化很小，可长期于 —40〜100℃下使用。由于其内含有丁二烯的双键，耐候性较差，易老化、变色甚至龟裂， 从而降低其力学性能。

ABS主要用途：家电和汽车工业，如电视机、电话及仪器仪表的外壳，冰箱的内胆； 汽车零部件、泵的叶轮等。ABS经表面金属化处理过以后，可制作金属代用品和装饰 件等。

3. 聚甲基丙烯酸甲酯（简称PMMA），PMMA是无定形塑性材料，俗称亚克力或有机玻璃。PMMA质轻、坚韧而透明，光泽好， 可见光、紫外光的透光率分别高达92%, 75%。而玻璃仅为85%和10%。PMMA具有较 好的介电性能，耐候性优、尺寸稳定性好、化学性能稳定，机械强度为普通硅玻璃的10倍以上。

PMMA主要用途：仪器零件，飞机和汽车的窗玻璃、光学镜片、透明模型、车灯灯罩、 信号灯设备、仪表盘，储血容器，影碟、灯光散射器，饮料杯，文具等。

4.聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛（POM）。这类塑料可以作为结构性材料，也被称为工程塑料。工程塑料是在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能材料。具有良好的力学性能和尺寸稳定性，在高、低温下 仍能保持其优良性能，已成为当今世界塑料工业发展中增长速度最快的材料。

1. 聚酰胺（简称PA，俗称尼龙）。PA是主链上含有重复酰胺基团的聚合物，它是由二元酸和二元胺缩聚或内酰胺分子自聚而得。聚酰胺的品种甚多，主要 有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等，聚合物分子中碳原子越多，就越柔软。尼龙 66丝可做板刷、鞋刷，尼龙1010丝做牙刷。尼龙6和尼龙66因价格、性能和加工性佳而广为使用。

尼龙的主要特性是力学性能优异，易于着色且无毒。尼龙是难燃材料，具有自熄性。由于尼龙的综合性能优良，成为最早的工程塑料，其产量占工程塑料总产量的1/3。

尼龙可用多种方法加工，如注塑、挤出、浇注和旋转成型等。

作为工程塑料，尼龙主要用于制作耐磨和受力的传动部件，已广泛用于机械、交通、仪 器仪表、电气、电子、通信、化工、医疗器械和日用品中。它的具体应用，如齿轮、滑轮、 涡轮、轴承、泵叶轮、风扇叶片、密封圈、贮油容器等。

2. 聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称PET），俗称涤纶。涤纶是合成纤维的一个重要品种，它是以精对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯 （DMT）和乙二醇（EG）为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物—PET, 经纺丝和后处理制成的纤维。涤纶的用途很广，大量用于制造衣着和工业制品。涤纶具有极优良的定型性能，涤纶纱线或织物经过定型后具有平挺、蓬松的形态，在使用中经多次洗涤，仍能经久不变。

PET具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性。另外PET具有优良的耐磨性、尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、 无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等特点，大量用于碳酸饮料瓶和食用油瓶，PET还可用于汽车工业（结构器件如反光镜盒，电气部件如车头灯、反光镜等）、电器元件（发 动机壳体、继电器、开关、微波炉内部器件等）、工业应用（泵壳体、手工器械等）等领域。

3. 聚对苯二甲酸丁二醇酯（简称PBT）  PBT与 PET分子链结构相似，大部分性质也是一样的，只是分子主链由两个亚甲基变成了四个， 所以分子更加柔顺，加工性能更加优良。PBT是最坚韧的工程塑料之一，它是半结晶材料， 有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性。PBT典型应用范围：家用器具（食品加 工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电 机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗 部件等）。
4. 聚碳酸酯（简称PC）PC冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，但自润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其他树脂相容性差。聚碳酸酯为无定形料，热稳定性好，成型温度范 围宽，流动性差、吸湿小，但对水敏感，须经干燥处理。

PC的主要应用：婴儿奶瓶、饮水杯（又称太空杯）和纯净水的水桶，可反复消毒，透光性比PMMA好，还适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件。

5. 聚甲醛（简称POM）聚甲醛综合性能较好，具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，强度、刚度高，吸湿小，但热稳定性差，易燃烧，在大气中暴 晒易老化。适于制作减摩、耐磨、传动零件以及化工仪表零件。由于它还具有耐高温特性， 因此用于管道器件（阀门、泵壳体）。

5.5.2.1.2.2热固性塑料品种 

热固性塑料的耐热性能比热塑性塑料好。常用的酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂等均属于热固性塑料。热固性塑料常用于压缩成型工艺，温度在150〜 190℃也可以采用注射成型工艺。

1.酚醛树脂（简称PF）PF俗称电木粉， 是世界上最早实现工业化的合成塑料。机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘 性能优异，适于制作电器、仪表的绝缘结构件。

2.氨基树脂（简称MF, UF）氨基树脂是指含有氨基或酰氨基的化合物与甲醛反应而生成的热固性树脂。目前，工业上应用较多的氨基树脂有：脲醛树脂（尿素－甲醛树脂）、蜜胺树脂（三聚氤胺－甲醛树脂）。氨基树脂无毒、无臭、坚 硬、耐刮伤、无色、半透明，可制成各种色彩鲜艳的塑料制品，还广泛应用于航空、电器等 领域。

3.聚氨酯（简称PU）聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氢酸酯或多异氢酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成的。聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”。

硬质聚氨酯泡沫主要用于建筑隔热材料、保温材料（管道设施等的保温隔热）、生活用品（床、沙发等的垫材，冰箱、空调等的隔热层和冲浪板等的芯材），以及运输工具（汽车、飞机、铁路车辆的坐垫、顶棚等材料）。

聚氨酯弹性体具有很好的拉伸强度、撕裂强度、耐冲击性、耐磨性、耐候性、耐水解 性、耐油性等。主要用于涂覆材料（如软管、垫圈、轮带、齿轮、管道等的保护）、 绝缘体、鞋底以及实心轮胎等。

5.5.3.塑料和塑料制品的着色加工工艺和要求

塑料着色是个体系，与塑料着色的应用对象、应用配方、应用工艺方法、应用场所对着色颜料所提出的要求有关。因此着色颜料仅仅赋予塑料各种颜色是不够的，还需能满足塑料加工成型处理中各项工艺条件以及在使用条件下有良好的应用性能。塑料着色剂应具有的基本性能应该具备一定的：色彩性能、着色力、遮盖力和分散性；耐热性、耐光性、耐候性、耐迁移性、耐酸、耐碱、耐溶剂性、耐化学药品性；收缩与翘曲的加工性以及安全性。

着色颜料的各项性能除了与其化学结构密切相关外，还与其晶型、粒径大小、 粒子分布有关，也与使用浓度，使用条件有关，着色又和塑料类型及塑料添加剂有关，特别是和塑料制品加工工艺有关。

5.5.3.1塑料和塑料制品着色的加工工艺：

有直接着色法，着色制剂法和全色改性料法三种加工工艺。

1.直接着色法就是将颜料粉体直接加入树脂搅拌混合同步着色成型加工。其优点：工艺简单、成本低、没有相容性问题也不影响制品的物性指标。其缺点：易产生粉尘飞扬，生产设备、场地和环境污染严重造成交叉污染，换色、换品种困难，对颜料分散性要求高。

2.着色剂法就是先制备高颜料含量的色母粒、预分散颜料、色浆、色膏、色砂以及3D打印用丝状塑料增材等制剂。塑料制品厂家只需购买与主体树脂相配的塑料着色剂再对制品着色。其优点：缩短本色塑料的输送周期，存储费用低，用容器或散装形式提供本色塑料的供应和存储，着色制剂的废料量小，配色中具有高度的灵活性，着色制剂的制造者对新型着色制剂的提供和服务更加快捷。缺点：需要附加设备，对操作工的培训更严格，对质量保证的要求更高。

 

3.全色改性料法就是在塑料混合改性工艺步骤中同时加入直接用颜料粉配色的工序使改性着色同步完成。其优点：整体均匀性好，成型过程无需稀释。其缺点：不易换色、换品种，对颜料分散性要求更高。

5.5.3.2塑料制品的生产加工工艺

塑料制品的加工工艺有：压塑（模压成型）、挤塑（挤出成型）、注塑（注射成型）、吹塑（中空成型）、压延和3D打印等工艺。

塑料的组分：合成树脂、填料、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂、抗氧剂、抗静电剂等。

5.5.3.3塑料制品的加工工艺对着色颜料耐热性的要求

塑料着色与涂料、水泥和纸制品其他材料的着色的最大区别在于绝大多数塑料着色成型中都有一个加热的过程，在塑料工业发展的初期，200℃以上的加工温度是罕见的。但现在300℃，甚至更高的加工温度，也是很平常的。各种塑料的加工温度范围互不相同。着色颜料在塑料成型中常常受热发生分解，色泽变化，还会影响它的耐光性和迁移性。因此耐热性在塑料着色上是一个非常重要的指标。所谓的耐热性是指在一定加工温度下和一定时间内，不发生明显的色光、着色力和性能的变化的温度。

掌握塑料制品成型温度，选择合适的着色颜料就显得格外重要。各种塑料的成型加工工艺的成型温度以及对着色颜料的要求见表5-21。

表5-21  各种塑料的成型加工工艺对着色颜料的要求

塑料名称	缩写	成型温度℃	对着色颜料要求
聚氯乙烯	PVC	150〜220	增塑剂引起的迁移性，稳定剂与耐候、耐热性 关系
聚偏二氯乙烯	PVDC	170—180	锌，铁等金属对PVDC的老化的影响
聚乙烯	PE	120〜300	着色剂迁移性，成型收缩，分散性，耐热190〜 300℃
聚丙烯	PP	170〜280	着色剂迁移性，分散性，耐热170-280℃
乙烯－醋酸乙烯共聚物	EVA	160〜200	着色剂迁移性，耐溶剂性，分散性
聚苯乙烯	PS	190 — 260	透明，耐冲击，耐热220〜280℃
丙烯腊－苯乙烯－丁二烯共聚物	ABS	230〜280	耐冲击，耐热250〜300℃
聚酰胺	PA	160〜240	耐热250〜300℃，颜料需耐还原性
聚碳酸酯	PC	350〜400	水分，pH，金属对热老化的影响，耐热250〜 300℃
聚对苯二甲酸乙二醇酯	PET	250〜280	水分，耐热250〜280℃
聚氨酯（发泡）	PU		由pH所引起反应，金属影响反应成分的活性， 水分
氨基树脂	UF	150〜180	耐热150〜180℃
不饱和聚酯	UP	—	催化剂的过氧化物影响，对硬化的影响，过氧化 物对耐候性影响

 

5.5.4.塑料和塑料制品用氧化铁颜料

氧化铁颜料因其遮盖力高，着色力强，色谱广，主色有红、黄、黑三种，复合色有橙和棕，分散性好可以和各种着色剂通过调配产生各种颜色。并具有优异的化学稳定性和物理耐牢度，尤其是耐迁移、耐候性、耐化学腐蚀、耐水、耐油、耐溶剂、耐污浊空气方面被应用于塑料。常规产品有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑、铁棕；耐热产品有锌铁黄（具体见3.9）、锰铁黑（具体见3.8），这些金属混合氧化铁中重要的是铁酸锌；功能产品有透明氧化铁被用来给包装对紫外线敏感食品的塑料薄膜和瓶子着色和包膜氧化铁黄。

特别是其无毒性，大量毒物与毒理学试验没有显示氧化铁颜料对人体组织有危害。用纯净原料生产的氧化铁颜料，可用于食品和医药产品的着色。

一般情况下，氧化铁颜料的加入有利于塑料制品的光稳定性因为它能够产生对光的屏蔽作用。是塑料色彩着色剂中性能价格比最高的之一。

5.5.4.1塑料和塑料制品用氧化铁颜料的质量标准

塑料和塑料制品着色用的氧化铁颜料产品除满足国家GB1863-2006氧化铁颜料产品标准外。还需关注2014年12月1日正式实施的13项塑料用颜料检测标准的影响因素，具体如表5-22所示。

表5-22   塑料和塑料制品用颜料检测标准

标准编号	项目名称
HG/T 4767. 1 -2014	颜料和体质颜料塑料加工过程中颜色热稳定性的 试验第1部分：总则
HG/T 4767.2 -2014	颜料和体质颜料塑料加工过程中颜色热稳定性的
	试验第2部分：注塑成型法
HG/T 4767. 3 -2014	颜料和体质颜料塑料加工过程中颜色热稳定性的
	试验第3部分：烘箱法
HG/T 4767.4 -2014	颜料和体质颜料塑料加工过程中颜色热稳定性的
	试验第4部分：两辊机法
HG/T 4768. 1 -2014	颜料和体质颜料塑料中分散性的评定第1部分：总则
HG/T 4768.2 -2014	颜料和体质颜料塑料中分散性的评定第2部分： 两辊机法测定增塑聚氯乙烯中颜料分散性
HG/T 4768. 3 -2014	颜料和体质颜料塑料中分散性的评定第3部分： 两辊机法测定聚乙烯中着色颜料分散性
HG/T 4768.4-2014	颜料和体质颜料塑料中分散性的评定第4部分： 两辊机法测定聚乙烯中白色颜料分散性
HG/T 4768. 5 -2014	颜料和体质颜料塑料中分散性的评定第5部分： 加热熔融挤出机法测定着色剂分散性
HG/T 4769. 1 -2014	颜料和体质颜料增塑聚氯乙烯中着色剂的试验第1部分：
	基础混合料的组成和制备
HG/T 4769.2 -2014	颜料和体质颜料增塑聚氯乙烯中着色剂的试验第2部分：
	试验样品的制备
HG/T 4769. 3 -2014	颜料和体质颜料增塑聚氯乙烯中着色剂的试验第3部分：
	白色颜料相对消色力的测定
HG/T 4769.4 -2014	颜料和体质颜料增塑聚氯乙烯中着色剂的试验第4部分：
	迁移性的测定

5.5.4.2塑料和塑料制品中常用氧化铁颜料产品的规格及牌号

氧化铁颜料生产企业比较多，几十年企业生产经营根据客户不同需求产生了很多牌号和规格氧化铁颜料，各企业之间的产品其规格和标样也不尽相同。目前塑料和塑料制品行业中使用典型的氧化铁颜料规格和牌号见表5-23。

表5-23     塑料和塑料制品常用氧化铁颜料规格及牌号一览表

品种	牌号	备注
氧化铁红	DF110、DF120、DF130、DF190
氧化铁黄	DF910、DF920、DF930、DF960
氧化铁黑	DF320、DF330、DF353、DF370
氧化铁棕	DF610、DF660、DF686
复合铁酞绿	DF5605
耐热氧化铁	锌铁黄DF30T  锰铁黑DF305T
透明氧化铁

 

5.5.5氧化铁颜料在塑料和塑料制品中应用

5.5.5.1.氧化铁红的应用 

 氧化铁红是氧化铁颜料中最稳定的化合物，颜色因制造的工艺不同、或后加工工艺不同，其粒子大小及形状不同由黄红相到红紫相间变动。具有优异的耐热性，很高的着色力和遮盖力，很好的耐光性、耐候性、耐溶剂性、耐水性和耐酸碱性。其相应塑料制品的应用性能指标见表5-24，应用于塑料品种范围见表5-25。

表5-24    氧化铁红相应塑料应用性能指标

铁红 牌号	平均 粒径 ㎛	色相	着色力	吸油量 （g/100g）	耐光性	耐热性 ℃	耐候性	密度/ （g/cm3）
DF110	0.09	黄红相 红蓝相 红蓝相 红紫相	大   小	大   小	8级	1200	5级	5.26
DF120	0.12				8级	1200	5级	5.26
DF130	0.22				8级	1200	5级	5.26
DF190	0.44				8级	1200	5级	5.26

   

表5-25   氧化铁红应用于塑料品种范围表

低密度聚乙烯LL/LDPE	●	聚苯乙烯PS	●	橡胶	●
高密度聚乙烯HDPE	●	高抗冲聚苯乙烯PS-HI	●	聚酰胺PA	●
聚丙烯PP	●	丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物ABS	●	聚碳酸酯PC	●
增硬聚氯乙烯PVC-P	●	聚甲基丙烯酸甲酯PMMA	●	不饱和聚酯UP	●
增塑聚氯乙烯PVC-U	〇	聚对苯二甲酸乙二醇酯PET	●

注：●表示推荐使用  〇表示有条件地使用  

5.5.5.2氧化铁黄的应用  

氧化铁黄化学分子式为Fe₂O₃・H₂O，由于有结晶水的缘故其耐热温度为：低于140/℃不变色，270-300/℃脱水变红，颜色逐渐发红最终变成铁红，影响其在塑料和塑料制品的广泛应用。通过对铁黄表面进行包覆处理可使铁黄颜料适合一定高温场合应用。锌铁黄（C.I.颜料 黄119）化学成份是铁酸锌，色相呈棕黄色，是用煅烧法生产出来的，耐热可达300℃以上。

氧化铁黄颜料主要性能：是鲜明黄色，几乎可以和铬黄相等，遮盖力也强，对光的作用很稳定，耐光性可达8级。有良好的耐候性。氧化铁黄由于耐热性较差，仅适用于橡胶，EVA等着色。价格较为低廉且无毒多应用于浅色及调色。与酞菁蓝，酞菁绿拼色生产复合铁酞绿用于制作人造草坪等类似产品。常规氧化铁黄性能见表5-26。

表5-26    氧化铁黄相应塑料应用性能指标

铁黄 牌号	平均 粒径㎛	色相	着色力	吸油量 （g/100g）	耐光性	耐热性 ℃	耐候性	密度/ （g/cm3）
DF910	0.20	浅黄相 黄绿相 黄红相 橙相	大   小	大   小	8级	140℃变色270-300℃脱水变铁红	5级	4.26
DF920	0.30				8级		5级	4.26
DF930	0.40				8级		5级	4.26
DF960	0.60				8级		5级	4.26

 

为了改善其耐热性，将氧化铁黄用氧化硅、氧化铝混合剂进行包覆，将充分分散的铁黄悬浮液中加入硅酸钠溶液，然后用酸调节pH值至中性，硅酸钠形成硅酸并水解成二氧化硅沉淀在铁黄粒子表面。包膜氧化铁黄颜料耐热性可达260℃，并具有良好的耐光性，耐候性。

德国一家公司的包覆铁黄10、 20性能见表5-27，应用范围见表5-28。

表  5-27    包覆铁黄10、20性能

型号	颜料 索引号	Fe2O3 含量/%	耐热性℃	吸油量/（g/100g）	密度/ （g/cm3）	粒子大小 μm	粒子 形状
黄10	P.Y.42	69-71	260	65	3.8	0.1×0.7	针状
黄20	P.Y.42	69-71	260	45	3.8	0.1×0.7	针状

   

表5-28  包覆铁黄10、20应用范围

低密度聚乙烯LL/LDPE	●	聚苯乙烯PS	〇	橡胶	●
高密度聚乙烯HDPE	〇	高抗冲聚苯乙烯PS-HI	〇	聚酰胺PA	〇
聚丙烯PP	〇	丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物ABS	〇	聚碳酸酯PC	〇
增硬聚氯乙烯PVC-P	●	聚甲基丙烯酸甲酯PMMA	〇	不饱和聚酯UP	●
增塑聚氯乙烯PVC-U	〇	聚对苯二甲酸乙二醇酯PET	〇

注：●表示推荐使用  〇表示有条件地使用  

锌铁黄；化学组成：[ ZnFe₂O₄]，是一类混合金属氧化铁黄颜料，晶型为尖晶石，化学性质稳定，遮盖力好而且具有极佳的耐热性可达300℃以上，可用于工程塑料着色，可用在不能使用铅，镉颜料塑料加工配方中和食品接触的塑料。锌铁黄可以和铁红混合使用，得到橙色或浅棕色色谱。用在HDPE中不会引起型变。德国一家公司锌铁黄性能见表5-29，应用范围见表5-30。

表5-29    德国一家公司的锌铁黄牌号和性能

型号	颜料索 引号	Fe2O3 含量 /%	耐热 性/℃	吸油量 （g/100g）	密度 （g/cm3）	粒子大小 （最大）/mm	粒子形状
黄3950	P.Y.119	65～67	240	16	5.2	0.15×0.5	细长状
黄30	P.Y.119	65～67	300	14	5.2	0.15×0.5	细长状

   

表5-30   德国一家公司锌铁黄应用范围

低密度聚乙烯LL/LDPE	●	聚苯乙烯PS	●	橡胶	●
高密度聚乙烯HDPE	●	高抗冲聚苯乙烯PS-HI	●	聚酰胺PA	〇
聚丙烯PP	〇	丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物ABS	●	聚碳酸酯PC	●
增硬聚氯乙烯PVC-P	〇	聚甲基丙烯酸甲酯PMMA	●	不饱和聚酯UP	●
增塑聚氯乙烯PVC-U	〇	聚对苯二甲酸乙二醇酯PET	〇

注：●表示推荐使用  〇表示有条件地使用  

5.5.5.3氧化铁黑颜料的应用                  

氧化铁黑四氧化三铁，分了式Fe₃O₄或Fe₂O₃•FeO。独特的分子结构的使其耐热性较差，80℃颜色就会发生变化，200℃焙烧就可转变为γ-Fe₂O₃ 铁红，300℃以上则转变为α-Fe₂O₃ 铁红。由于炭黑颜料普遍使用，除非利用其变色效果普通氧化铁黑在塑料着色应用不大，也有人通过使用耐高温的锰铁黑扩大其应用范围。氧化铁黑相应塑料应用性能指标见表5-31。

表5-31    氧化铁黑相应塑料应用性能指标

铁黑 牌号	平均 粒径/㎛	色相	着色力	吸油量 （g/100g）	耐 光性	耐热性 ℃	耐 候性	密度/ （g/cm3）
DF320	1.04	浅红黄相到深蓝绿相间变动。	小   大	小   大	8级	80/℃ 变色 200-300℃ 煅烧变铁红	5级	4.18
DF330	0.60				8级		5级	4.18
DF353	0.08				8级		5级	4.18
DF370	0.02				8级		5级	4.18

 

5.5.5.4.氧化铁棕颜料的应用  

常用的氧化铁棕是用氧化铁黑、氧化铁黄和氧化铁红复合而成，铁黄和铁黑的存在其耐热性差，在塑料和塑料制品的应用受到影响，可以通过使用锰铁棕满足塑料制品的需要。（详细见3.8）。

锰铁棕颜料可看作在氧化铁红的变体之一。氧化铁红中铁被锰部分取代，颜色由棕红色转为棕色。

主要性能：锰铁棕颜料是惰性的， 着色力高，遮盖力强。具有优良的耐热性，可达300℃，耐光性，耐候性很好。德国一家公司锰铁棕43性能见表5-32，应用范围见表5-33。

表5-32   德国一家公司锰铁棕43性能

型号	Fe2O3 含量/%	耐热性 /℃	吸油量 （g/100g）	密度/ （g/cm3）	粒子大小 （最大）/mm	粒子 形状
棕645 T	80-88	＞300	28	4.7	0.3	球状

 

表5-33    德国**公司COLORTHERM^®锰铁棕43性能应用范围

低密度聚乙烯LL/LDPE	●	聚苯乙烯PS	●	橡胶	●
高密度聚乙烯HDPE	●	高抗冲聚苯乙烯PS-HI	●	聚酰胺PA	●
聚丙烯PP	●	丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物ABS	〇	聚碳酸酯PC	●
增硬聚氯乙烯PVC-P	●	聚甲基丙烯酸甲酯PMMA	●	不饱和聚酯UP	●
增塑聚氯乙烯PVC-U	〇	聚对苯二甲酸乙二醇酯PET	●

注：●表示推荐使用  〇表示有条件地使用

 

5.5.5.5氧化铁颜料在塑料着色应用中的注意事项

1.氧化铁黑含有二价的铁，可被氧化，该过程是放热的。因此黑色和棕色颜料的储存温度不宜高于80℃。

2.氧化铁黄在聚氯乙烯PVC中不能与铅盐并用，氧化铁红在聚氯乙烯PVC中能与氯化氢反应，产生的化合物是一种使聚氯乙烯降解的催化剂。

3.对聚乙烯PE的紫外光老化氧化铁红有促进作用

4.聚丙烯PP中氧化铁红虽可抑制光老化，却又有可能使聚丙烯中苯并三唑、二苯酮、有机镍盐光稳定剂的效能下降20%以上。