全面解析偶氮、酞菁、DPP等有機(jī)顏料的分類、性能特點及塑料著色應(yīng)用

有機(jī)顏料的制造與分類綜述

在塑料、涂料、油墨及高分子材料著色領(lǐng)域中，有機(jī)顏料憑借其色彩鮮艷、著色力強、相對無毒等優(yōu)勢，成為關(guān)鍵著色材料。絕大多數(shù)有機(jī)顏料源于煤焦油或石油餾分中的芳香烴，這些原料經(jīng)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為多種關(guān)鍵中間體，并進(jìn)一步合成出具有不同結(jié)構(gòu)與性能的有機(jī)顏料。然而，塑料制品在加工過程中需承受高溫、高剪切力，同時對耐候性和耐遷移性提出嚴(yán)格要求，這對有機(jī)顏料的分子結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性形成了特殊挑戰(zhàn)。因此，適用于塑料著色的有機(jī)顏料在化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能上逐漸形成了獨特體系。本文將從制造源頭出發(fā)，系統(tǒng)闡述偶氮、酞菁、DPP 等主要有機(jī)顏料類別的結(jié)構(gòu)特征、性能表現(xiàn)及其在塑料中的選型思路。

一、偶氮顏料（Azo Pigments）

偶氮顏料是最經(jīng)典、應(yīng)用最廣泛的一類有機(jī)顏料，其分子結(jié)構(gòu)中含有一個或兩個偶氮基團(tuán)（-N=N-）作為發(fā)色團(tuán)。其中，直接產(chǎn)生顏色的結(jié)構(gòu)稱為發(fā)色團(tuán)，而對顏色起增強或調(diào)節(jié)作用的結(jié)構(gòu)稱為助色團(tuán)。通過改變分子結(jié)構(gòu)，可以獲得黃色、橙色、紅色、酒紅色、紫色及棕色等多種色相。

根據(jù)結(jié)構(gòu)差異，偶氮顏料可進(jìn)一步分為單偶氮顏料、雙偶氮顏料及雙偶氮縮合顏料。需要注意的是，即使屬于同一類別，不同顏料之間的性能差異仍然可能非常顯著。

二、單偶氮顏料（Monoazo Pigments）

許多結(jié)構(gòu)較簡單的單偶氮顏料在全色狀態(tài)下具有良好的耐光性，但它們往往容易溶解于聚合物熔體、溶劑和增塑劑中，因此在塑料中的耐遷移性和耐熱性較差，限制了其應(yīng)用。

通過增大分子體積或引入極性基團(tuán)，可以降低其化學(xué)溶解性，從而開發(fā)出可用于塑料著色的改性單偶氮顏料。

1. 色淀型單偶氮顏料（Laked Monoazo Pigments / Toners）

這類顏料是含有羧基或磺酸基的單偶氮染料與金屬形成的鹽類。其極性、類鹽結(jié)構(gòu)賦予了較好的顏料特性和耐遷移性，但耐光性和耐候性通常較差，尤其是在淺色配方中。

由于顏色鮮艷、成本低廉，這類顏料廣泛用于PVC、橡膠、苯乙烯類塑料和聚烯烴等對耐久性要求不高、加工溫度較低的應(yīng)用領(lǐng)域。

2. 改進(jìn)型單偶氮顏料（Improved Monoazo Pigments）

通過擴(kuò)大分子結(jié)構(gòu)并引入如酰胺基（CO–NR?）或苯并咪唑酮基（–NH–CO–NH–）等極性基團(tuán)，可顯著提升單偶氮顏料的耐光性、耐熱性和耐遷移性。

這類顏料可耐受260℃甚至更高的加工溫度，因此被廣泛應(yīng)用于工程塑料和高溫加工塑料中，盡管其價格相對較高。

三、雙偶氮顏料（Disazo Pigments）

雙偶氮顏料的分子中含有兩個偶氮基團(tuán)。與單偶氮顏料相比，其著色力更高、耐遷移性更好，但多數(shù)品種的耐光性通常略遜于改進(jìn)型單偶氮或縮合型偶氮顏料。

由于其極高的著色強度和較低的成本，一度被廣泛用于塑料著色。然而，其中較為常見的聯(lián)芳基雙偶氮顏料在加工溫度超過200℃時可能發(fā)生熱分解，生成微量芳香胺，因此不適合高溫加工塑料。它們更適合用于電纜、擠出薄膜等低溫加工應(yīng)用。

四、雙偶氮縮合顏料（Disazo Condensation Pigments）

該類顏料由汽巴-嘉基公司（Ciba-Geigy）于20世紀(jì)50年代初推出，分子量可超過1000，是偶氮顏料體系的重要升級。

盡管成本較高，但其耐熱性顯著提升，部分品種可用于注塑級聚烯烴和苯乙烯類塑料中，在需要“全有機(jī)”配方的場合具有獨特優(yōu)勢。

五、多環(huán)結(jié)構(gòu)顏料（Polycyclic Pigments）

當(dāng)需要進(jìn)一步提升高溫穩(wěn)定性時，多環(huán)結(jié)構(gòu)顏料成為偶氮顏料之外的理想選擇。

1. 酞菁顏料（Phthalocyanine Pigments）

酞菁顏料是塑料中最重要的有機(jī)顏料之一。常見品種包括穩(wěn)定的紅相α型和綠相β型酞菁藍(lán)，以及耐光性和耐熱性更優(yōu)的多氯、多溴酞菁綠。

其特點是著色成本低、顏色鮮艷、耐熱性和耐久性優(yōu)異，因此應(yīng)用極為廣泛。主要缺點是容易在某些樹脂（如HDPE）中引發(fā)結(jié)晶成核。

2. 喹吖啶酮顏料（Quinacridone Pigments）

喹吖啶酮顏料色相從暗金黃色到鮮艷的藍(lán)相紅色和紫色不等。在PVC和聚烯烴中的性能可與酞菁顏料媲美，但在ABS、亞克力等極性塑料中可能部分溶解并發(fā)生反應(yīng)。

盡管價格較高，但其紅色和紫色品種常被用作高性能著色或調(diào)色顏料。

3. 二噁嗪紫（Dioxazine Violet）

二噁嗪紫顏料具有極佳的耐光性、極高的著色力，但耐熱性和耐遷移性處于中等水平。其在塑料熔體中易部分溶解，冷卻后以單分子形式重新結(jié)晶，導(dǎo)致顏色發(fā)生變化（如呈現(xiàn)熒光粉紅色），因此不適合在低添加量下作為純正紫色顏料使用。

4. 異吲哚啉酮顏料（Isoindolinone Pigments）

異吲哚啉酮顏料的色相從綠相黃到橙色，具有優(yōu)良的綜合牢度性能，其耐熱性和成本與雙偶氮縮合顏料相近。

5. 苝系與苝酮顏料（Perylene & Perinone Pigments）

苝系顏料呈鮮紅至酒紅色，苝酮則可提供亮橙色和暗紅色。這類顏料具有極佳的綜合性能，但價格昂貴。苝酮橙同樣存在低濃度下發(fā)生熒光變色的問題。

6. 硫靛紫（Thioindigo Violet）

有時作為喹吖啶酮紫的低成本替代品，但其耐熱性僅約260℃，限制了在注塑領(lǐng)域的應(yīng)用。

7. 蒽醌顏料（Anthraquinone Pigments）

源自還原染料體系，以羰基為發(fā)色團(tuán)，具有極佳的耐久性，但由于成本高昂，在塑料著色中的應(yīng)用較少。代表品種包括黃蒽酮和靛蒽酮藍(lán)。

六、二酮吡咯并吡咯（DPP）顏料

DPP顏料是過去50年里商業(yè)化最成功、最具代表性的新型有機(jī)顏料核心化學(xué)結(jié)構(gòu)體系之一。該化合物于1974年由美國密歇根州立大學(xué)的一位化學(xué)教授在一次失敗實驗中偶然合成，隨后被汽巴-嘉基公司發(fā)現(xiàn)并成功商業(yè)化。

DPP顏料具有接近鎘紅的鮮艷度，耐熱性和綜合牢度性能可與酞菁和喹吖啶酮顏料媲美，成為高性能紅色顏料的重要替代方案。隨著專利到期，中國產(chǎn)品進(jìn)入市場，其價格大幅降低，競爭力顯著提升。

七、可溶性染料與熒光顏料體系

可溶性染料完全屬于有機(jī)化合物，包括油溶性偶氮染料、多環(huán)染料及金屬絡(luò)合染料，涵蓋全色譜范圍。熒光染料和光學(xué)增白劑也屬于這一類別。

工業(yè)上使用的熒光顏料，則通常通過將熒光染料溶解于合適的樹脂載體中，再經(jīng)加工研磨成不溶性顏料顆粒而制得。由于其核心著色物質(zhì)（染料）的可溶性特征，這類材料在含有無定形區(qū)的塑料中極易遷移，因此僅適用于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高的塑料，如聚苯乙烯、亞克力和聚碳酸酯。

總結(jié)

有機(jī)顏料種類繁多，不同結(jié)構(gòu)體系在色相、耐熱性、耐遷移性、耐光性及成本方面各具優(yōu)勢。隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)和高性能塑料的發(fā)展，高耐久、無重金屬、可替代傳統(tǒng)無機(jī)顏料的有機(jī)顏料體系，正成為行業(yè)持續(xù)關(guān)注和研發(fā)的重點方向。