Hạt nhựa màu là một trong những thành phần quan trọng nhất trong ngành sản xuất nhựa. Phẩm màu sử dụng để tạo màu cho hạt nhựa màu nói riêng và các ngành công nghiệp khác như dệt may, in ấn, sơn, phủ, nhuộm và các ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung là vô cùng đa dạng về chủng loại. Cùng tìm hiểu về các loại phẩm màu được sử dụng trong ngành nhựa nhé.
Làm sao để tạo màu trắng cho hạt nhựa màu?
Trên thị trường hiện tại có khá nhiều loại bột màu trắng có thể được sử dụng để tạo màu trắng cho hạt nhựa màu. Chính vì vậy người ta chia tất cả các loại phẩm màu làm trắng cho nhựa ra thành 2 loại chính: hiding và non-hiding. Nhóm bột màu non-hiding được góp mặt bởi những cái tên quen thuộc như calcium carbonate (CaCO3), bột Talc (hydrated magnesium silicate), đất sét và silica. Do bột màu nhóm non-hiding có khả năng khúc xạ thấp, kém trong việc tạo ra tính mờ đục cho vật liệu nên chúng thường sử dụng như chất độn, chất làm đầy cho nhựa.
Hạt nhựa màu có thành phần titan oxide mang những đặc tính nào?
Ngược lại, bột màu hiding có chỉ số khúc xạ cao, có khả năng tạo ra độ mờ đục cho nhựa tốt. Do vậy, đây mới thực sự là loại phẩm màu đem lại màu trắng hoàn hảo cho các hạt nhựa màu. Trong số các loại bột màu hiding thì titan dioxit là sản phẩm quan trọng nhất. Titan dioxit, còn được gọi là titania là một chất tạo trắng quen thuộc được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Ở một số nơi chúng được biết đến với tên gọi là bột titan trắng (titanium white) hoặc phẩm màu trắng số 6 – PW6 (Pigment White 6). Hợp chất này được sử dụng nhiều trong sản xuất bởi chúng có khả năng tạo ra màu trắng đẹp và độ mở đục chuẩn cho sản phẩm (do khả năng phản xạ ánh sáng đạt cực đại, khả năng hấp thụ ánh sáng đạt cực tiểu). Bên cạnh đó, TiO2 có độ hấp thụ bức xạ UV mạnh, góp phần bảo vệ sản phẩm làm từ hạt nhựa màu chứa chúng khỏi các hiện tượng bị lão hóa, hạn chế hiện tượng phân hủy và không độc hại với sức khỏe người tiêu dùng.
Ngoài titan dioxit thì một số loại phẩm màu trắng cũng được sử dụng trong sản xuất nhựa là kẽm oxit, kẽm sulphite, lithopone (hỗn hợp ZnS và BaSO4) và anthony oxit.
Hạt nhựa màu đen với thành phần phẩm màu vô cơ được sản xuất thế nào?
Bên cạnh hạt nhựa màu trắng (white masterbatch) thì hạt nhựa đen (black masterbatch) là loại masterbatch có tầm quan trọng nhất và được sản xuất với số lượng cực kì nhiều. Tương tự white masterbatch, black masterbatch cũng được sản xuất từ nhựa nền được trộn với phẩm màu đen (chiếm số lượng lớn) và các chất độn, chất phụ gia nhựa khác. Carbon black (than đen) gần như là loại phẩm màu độc tôn duy nhất tạo màu đen cho các sản phẩm liên quan đến nhựa và masterbatch.
Vì sao hầu hết hạt nhựa màu đen đều có thành phần black carbon?
Thứ nhất, carbon black là khoáng vật có trữ lượng cực kỳ nhiều trong tự nhiên. Bên cạnh đó việc khai thác chúng cũng rất dễ dàng. Chính vì vậy chi phí để khai thác và nhập khẩu loại nguyên liệu này là không đắt.
Thứ hai, phẩm màu carbon black có độ bền màu cao, vậy nên sử dụng hạt nhựa màu đen có nguồn gốc từ than đen sẽ khiến cho nhựa thành phẩm có thể được sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt như phải tiếp xúc với ánh mặt trời ở cường độ cao, phải thường xuyên ở ngoài trời tiếp xúc với mưa, gió, bụi, vv.
Thứ ba, carbon black có thể kết hợp và hỗ trợ những tính chất có sẵn hoặc được thêm vào nhựa bằng phụ gia. Ví dụ như tính kháng oxy hóa sẽ được đặc biệt phát huy tác dụng khi kết hợp than đen và hạt nhựa LDPE. Ở một trường hợp khác, khi được kết hợp với các loại nhựa nền thích hợp, carbon black có thể cải thiện tính dẫn điện hoặc cách điện của nhựa gốc. Nhờ ứng dụng này mà hạt nhựa màu đen là nguyên liệu chính dùng để sản xuất vỏ bọc dây diện cũng như băng keo PVC cách điện.
Các loại hạt nhựa màu khác cũng được tạo thành từ phẩm màu vô cơ
Ngoài titan oxide và carbon black thì oxit sắt cũng là một trong những hợp chất vô cơ quan trọng nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp nhựa với mục đích tạo màu cho hạt nhựa. Loại phẩm màu này có sẵn trong tự nhiên dưới dạng các loại quặng, mỏ khoáng chất. Bên cạnh đó con người cũng có thể tổng hợp oxide sắt để tăng độ tinh khiết của sản phẩm.
Oxit sắt – phẩm màu vô cơ dành cho hạt nhựa màu
Mỗi loại oxide sắt sẽ mang lại một màu sắc riêng biệt cho hạt nhựa màu nhưng nhìn chung hầu hết màu sắc sẽ có tính “đất” trong đó, ví dụ như các màu vàng, cam, đỏ, nâu và đen. Tùy vào trạng thái và mức độ oxy hóa của sắt mà màu sắc của phẩm màu sắt oxit sẽ được quyết định. Khi nguyên tố sắt trong hợp chất ở trạng thái oxy hóa +3 (Fe2O3) thì hợp chất sẽ có màu nâu hoặc nâu đỏ. Khi nguyên tố sắt trong hợp chất ở trạng thái oxy hóa +2 (FeO) thì hợp chất sẽ có màu đen. Trong công nghiệp sắt (III) oxit được dùng dưới các tên như Pigment Brown 6, Pigment Brown 7 và Pigment Red 101. Phẩm màu nâu dùng để tạo màu cho hạt nhựa màu cũng có thể đến từ hỗn hợp chứa đồng thời cả sắt (II) và sắt (III) oxit trong khi phẩm màu vàng sẽ đến từ oxide hydroxide.
Bản chất của các oxit sắt là chúng có đồ bền màu, kháng lão hóa, kháng UV tốt, độc tính thấp. Đặc biệt chúng có giá thành thấp (do có sẵn trong tự nhiên với trữ lượng lớn). Tuy nhiên đặc trưng của chúng là độ đục, cường độ lên màu và độ tươi của màu sắt đều kém dẫn đến việc sử dụng bị giới hạn.
>>Xem thêm: Hạt nhựa màu, bột màu, màu dạng sệt: phép tính nào cho sản xuất nhựa?
Ngoài sắt oxit, phẩm màu vô cơ liệu có thể được dùng để tạo sao sản phẩm hạt nhựa màu nào?
Crôm oxit (Cr2O3) cũng là một hợp chất vô cơ được sử dụng tương đối nhiều trong các nhà máy sản xuất nhựa với thành phẩm là hạt nhựa màu xanh lá đậm. Tuy nhiên khả năng nhuộm màu của Cr2O3 tương đối yếu, độ ổn định nhiệt lại không tốt mặc dù chúng tươi đối bền trước những tác động làm lão hóa nhựa. Ngoài crôm oxit thì một hợp chất khác chứa Crôm là bộ màu chì cromate cũng được dùng để tạo màu cho nhựa với những khoảng màu trải từ xanh lá – vàng cho đến vàng – đỏ.
Nếu không sử dụng sắt oxit, khoảng màu từ vàng – đỏ đến nâu sẫm còn có thể đến từ phẩm màu cadmium sulphide và sulphoselenide. Bản thân cadmium sulphide màu vàng, tuy nhiên sắc độ của chúng sẽ thay đổi khi chúng ta thay thế một phần nguyên tố Cadmiun bằng một nguyên tố khác. Ví dụ khi thay thế một phần ion Cd2+ bằng Zn2+ dạng lattice thì hạt nhựa màu sẽ có màu vàng mạnh. Còn nếu thay sulfur (lưu huỳnh) bằng selenium thì sẽ tăng màu cam, đỏ và nâu sẫm của sản phẩm. Khuyết điểm lớn nhất của bột màu cadmium sulphide là ở độc tính của nó và việc nó không tương hợp với bất cứ màu hữu cơ nào khác. Tuy nhiên phẩm mày này có thể ổn định của mức nhiệt lên đến 6000oC, nên đây vẫn là sự lựa chọn của nhựa kỹ thuật gia công ở nhiệt độ cao như PA, POM, PTFE.
Để tạo màu xanh lam cho nhựa thì các nhà sản xuất có một vài sự lựa chọn như dùng cobalt aluminate hoặc hợp chất zeolytic sodium aluminosilicate (tạo ra màu xanh ultramarine). Đây là những loại màu tuy kháng axit không tốt nhưng bền trước các tác động của ánh sáng và nhiệt, do vậy chúng được dùng rộng rãi để tạo màu xanh ánh đỏ rất tươi cho các hạt nhựa màu.