兒童環保顏料聚乳酸纖維原液著色綜合性能研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.035

摘 要：為開發更為環保的兒童專用顏料，嘗試以聚乳酸纖維為基礎制備一種兒童專用的環保顏料，聚乳酸纖維具有較強的生態環保性，將其應用于兒童顏料中可以有效降低顏料本身給兒童帶來的健康威脅。對兒童環保顏料聚乳酸纖維原液的制備思路進行分析，以實驗方式對這種原液的著色綜合性能進行研究。結果表明，該原液母粒著色性能、著色效果、著色穩定性等均較為理想，與一般市售顏料原液相比可以提供更好的綜合著色性能。

關鍵詞：兒童環保顏料；聚乳酸纖維；顏料原液；著色效果

中圖分類號：TQ620.1" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0131-04

Study on comprehensive coloring properties of children’s environmental protection pigment polylactic acid fiber stock solution

MEN Jie

（ShaanxiXueqian Normal University，Xi’an 710100，China）

Abstract：In order to develop more environmentally friendly special pigments for children，a special environmental pigment for children based on polylactic acid fiber was trying to be prepared.Polylactic acid fiber has strong ecological and environmental protection properties，and its application in children’s pigments can effectively reduce the health threat brought by the pigment itself to children.The preparation idea of children’s environmental protection pigment polylactic acid fiber was analyzed，and the comprehensive coloring performance of the solution was studied experimentally.The results showed that the coloring performance，coloring effect and coloring stability of the masterbatch were good，and it could provide better comprehensive coloring performance than the general commercially available pigment stock solution.

Key words：children’s environmental protection pigment;polylactic acid fiber;pigment stock solution;coloring effect

隨著現代社會的不斷發展及群眾環保意識、健康意識的增強，紡織、繪畫等領域對所應用顏料的環保性、健康性要求越來越高。在幼兒群體中，這種要求則更高。目前，一般繪畫所使用的顏料大多為丙烯顏料，包含丙烯酸乳膠、丙烯樹脂等成分^[1-3]。對于一般成年人而言，丙烯顏料等目前常見的繪畫顏料并沒有過大的毒性傷害，但對于兒童而言仍存在一定的健康威脅。因此，目前越來越多的顏料生產廠家開始嘗試開發更為環保的兒童專用顏料等。聚乳酸纖維是一種提取自自然植物中的可降解型纖維，具有極強的環保性。研究嘗試以聚乳酸纖維為基礎制備一種兒童專用的環保顏料，并對該顏料的原液著色綜合性能進行實驗分析，旨在為兒童用環保性顏料的開發提供借鑒。

1"實驗材料與方法

1.1"實驗材料與設備

1.1.1"實驗材料

研究制備的聚乳酸纖維顏料首先以色母粒的形式存在，然后再將其制備呈原液狀態。在準備實驗材料時主要考慮直接制備聚乳酸纖維顏料色母粒^[4-6]。制備聚乳酸纖維顏料色母粒所需材料基本信息。

主要實驗材料：聚乳酸纖維，廣州為華生物科技有限公司;DL-丙交酯，武漢歐科新材料科技有限公司;可食用色素，天津合成染料研究所有限公司;聚乙烯醇縮丁醛，上海鼓臣生物技術有限公司;聚丙烯，武漢歐科新材料科技有限公司;多官能團的醇類或胺類化合物，上海凱茵化工有限公司；聚乙烯醇，武漢歐科新材料科技有限公司。

實驗還需用到的原料包括各色納米顏料等，由上海精顏化工有限公司提供。

1.1.2"實驗設備

實驗主要分為聚乳酸纖維色母粒制備及其原液性能分析2部分。其中制備聚乳酸纖維色母粒主要需要使用真空泵、高速混合機、雙螺桿擠出機等；原液性能分析主要需使用反應釜等。

主要實驗設備：2BV5真空泵，淄博納西姆泵業有限公司;SHR-5L高速混合機，蘇州銘潤達科技有限公司;TE-20雙螺桿擠出機，常州德邦干燥工程有限公司;平蓋催化加氫釜反應釜，上海霍桐實驗儀器有限公司;DS-1050顏色檢測儀，彩譜科技（浙江）有限公司;FZG-10真空干燥箱，南京華莎干燥設備有限公司;WKT-V2熔體流動速率儀，泰州市科拓儀器設備有限公司;TS8560，分光色差儀，深圳市天友利標準光源有限公司;DRS-D耐熱度測量儀，上海埃提森儀器科技有限公司。

1.2"實驗方法

1.2.1"聚乳酸纖維顏料色母粒制備

以聚乳酸原料為基準，按照質量比20%DL-丙交酯、0.5%潤滑分散劑、0.5%復配成核劑、0.5%擴鏈劑、0.5%納米顏料、8%聚乙烯醇、15%增強填料的配比方式制備聚乳酸纖維顏料色母粒。聚乳酸顏料色母粒的主要制備流程如圖1所示。

經過圖1所示流程得到色母粒后，可以根據后續具體需求進行不同顏色顏料原液的制備。例如，需要黃色顏料則可以用黃色母粒與顏料顆粒進行混合即可^[7-11]。在后續的分析中所使用的不同顏色原液均由對應色母粒與相同顏料顆粒混合所得。

1.2.2"聚乳酸纖維顏料原液著色液配制

以3種傳統品牌顏料色母粒為對比組，以制備的色母粒為實驗組，按照表1所示的著色液配制方法配制對比實驗所需的著色液。

由表1可知，在制備的幾種顏料原液中，除顏料原液使用的色母粒本身存在差異外，其余主要成分及用量均完全相同。

1.2.3"聚乳酸纖維顏料原液著色性能分析

經過圖1流程制備的色母粒均為單色母粒。在一般繪畫過程中往往都需要進行多種顏色的混合以獲得更為豐富的色彩。此時所使用的色母粒為多色母粒。根據三原色理論，一般繪畫創作中所使用的色彩都可以通過紅、綠、藍3種原色進行混合后獲取。但是，在實際的顏料調配過程中，這種簡單的機械混合方式往往對顏料本身的原液著色性能具有很高的要求，通常原液著色性能越強則表示該顏料的可塑性、準確性等越好^[12-15]。

聚乳酸纖維原液著色綜合性能分析主要包括著色性能、著色效果、著色穩定性等。其中，著色性能指標通過熔體流動速率儀考察4種不同原液的熔體流動速率實現，熔體流動速率越高則通常表示該顏料原液的流動性越強，顏料在描繪于紙張上以后的分散程度和均勻性往往越好；著色效果指標通過分光色差儀考察4種不同原液的染色深度實現，一般染色深度值越高則表示該原液的著色效果越好^[16]；著色穩定性指標通過耐熱度測量儀考核4種原液的耐熱遷移等級實現，一般評級處于2～3級即可，級別越高則表示顏料的耐熱能力越強，藝術創作作品在嚴苛環境下的耐久性越強。

2"結果與分析

2.1"著色性能分析

在室溫環境下使用不同的原液在相同的宣紙（半熟宣）上進行描繪，借助熔體流動速率儀得到4種原液的著色性能對比情況，如表2所示。

（1）從4種顏料三原色與混合色色母粒熔體流動速率對比情況來看，混合色色母粒的熔體流動速率整體均低于三原色色母粒，這與顏料領域色母粒熔體流動速率的一般規律相符，即通常色母粒在混合以后的著色性能都會呈現一定的下降^[17-20];

（2）從4種不同顏料著色液三原色的熔體流通速率對比來看，對比組1三原色色母粒中熔體流動速率為31.3 g/（10 min），對比組2為31.6 g/（10 min），對比組3位31.0 g/（10 min），三者之間的差異較不明顯，而實驗組最高熔體流動速率為33.4 g/（10 min），遠高于另外3組顏料色母粒原液，表明從三原色色母粒角度來看制備的聚乳酸纖維原液著色性能優于另外3組顏料;

（3）從4種不同顏料著色液混合色的熔體流通速率對比來看，對比組1、2、3的熔體流動速率最高值分別為26.8、27.3和、26.7 g/（10 min），差異同樣并不明顯，而實驗組顏料著色液熔體流動速率最高值為32.0 g/（10 min），該值遠高于另外3組。可見，從混合色色母粒角度來看，制備的顏料色母粒著色效果同樣好于另外3組;

（4）通過對比實驗組三原色與混合色色母粒熔體流動速率可知，制備的顏料色母粒在形成混合色后雖然熔體流動速率整體同樣存在下滑，但下滑的幅度較3組對比組而言更小。表明制備的顏料色母粒在生成混合色的過程中并沒有犧牲太多的顏料原液著色性能。

2.2"著色效果分析

室溫環境使用不同原液，在相同的宣紙（半熟宣）上進行描繪并靜置24 h。靜置完成后借助分光色差儀對顏料原液的染色深度進行測量，得到4種不同顏料色母粒原液染色深度對比情況，如表3所示。

（1）從4組顏料三原色和混合色染色深度對比情況來看，4組顏料原液三原色的染色深度評級均高于混合色，顯然這與通常情況下顏料混合色后的染色深度下降的這一規律相符;

（2）3組對比組原液在三原色方面的染色深度值表現完全一致。這是因為這些顏料在出廠時具有明確的產品質量標準，其三原色染色深度表現完全一致屬于正常情況。而實驗組三原色染色深度評級均為16，一方面表明實驗組顏料原液在三原色時的染色深度優于另外3組顏料。另一方面表明制備的顏料在三原色染色深度方面具有較好的一致性;

（3）在制備呈混合色以后對比組3組顏料原液的染色深度評級下滑極為明顯，尤其3組顏料在制備為紫色后染色深度均下降為11。而制備的實驗組顏料在混合色染色深度方面的表現顯然更好。顯然，制備的顏料在染色深度的標線較另外3組對比組顏料更為優秀。

2.3"著色穩定性

4種不同顏料的耐熱遷移等級對比情況如表4所示。

由表4可知，首先，在以高溫蒸汽為介質考核不同顏料的耐熱遷移能力時，4種色母粒原液的耐熱遷移等級均為5級，著色牢固度均較為理想，表明在這種環境下4種不同顏料的著色牢固度基本一致，實驗組并沒有明顯優勢，這與當前顏料行業對顏料自身的耐熱遷移定性要求有關，而制備的顏料色母粒顯然可以達到行業相關標準；其次，在以表面活性劑（羊油）為介質考核時，3組對比組顏料色母粒原液的耐熱遷移等級均為4，雖然仍能夠滿足一般繪畫創作需求，但較以高溫蒸汽為介質時出現下滑，而實驗組顏料色母粒原液耐熱遷移等級仍為5級沒有出現變化，表明在嚴苛的環境下實驗組顏料色母粒原液著色牢固度仍然較為理想；最后，以水溶劑為介質進行考核時，4種顏料色母粒原液的耐熱遷移等級均為5，不存在顯著差別，表明4種顏料在水溶劑介質下均能保證較好的著色牢固度。

3"結語

（1）與對比組相比，實驗組三原色色母粒和混合色色母粒形成的原液熔體流動速率均存在一定優勢，且這種優勢在混合色色母粒原液對比中更為突出；

（2）與對比組相比，實驗組三原色色母粒和混合色色母粒形成的原液常溫下的染色深度評級更高，且同樣在混合色色母粒原液對比表現出了更為明顯的優勢；

（3）在以表面活性劑為介質開展的耐熱遷移等級評價中，實驗組制備的聚乳酸纖維顏料色母粒原液耐熱遷移等級評價較對比組存在一定優勢，但在以高溫蒸汽和水溶劑為介質開展測試時，4組顏料的表現完全一致，研究制備的顏料不存在顯著優勢。整體而言，研究制備的兒童環保顏料聚乳酸纖維顏料色母粒原液的著色綜合表現更為優異。

【參考文獻】

[1]柏小劍，夏惠英，王睿，等.太原市凈因寺彩繪泥塑文物顏料的科學分析[J].石窟與土遺址保護研究，2022，1（3）：40-51.

[2]劉一葉，王懿.藝術環保墻涂層復合顏料制備及疏水性能研究[J].粘接， 2023，50（5）：82-86.

[3]洪浩棟.敦煌壁畫鉛丹顏料變色原因及其在混合顏料中的穩定性研究[J].上海染料，2023，51（3）：22-26.

[4]王鎮，郭曄，羅蛟.幾種藍色無機顏料對涂層隔熱性能的影響[J].上海涂料，2022，60（5）：26-30.

[5]張濤，范曄，胡愛瓊，等.環境友好型防銹顏料對水性環氧涂料耐鹽霧性能的影響[J].中國涂料，2022，37（9）：48-52.

[6]楊林燕，張舜.有機修飾二氧化硅包覆型鋁顏料的制備[J].涂料工業，2023，53（7）：48-51.

[7]周春隆.有機顏料新發色團的結構類型與進展（2）[J].染料與染色，2023，60（2）：1-13.

[8]張偉，沈倩，沈永嘉.C.I.顏料紅179的化學法顏料化[J].染料與染色，2023，60（2）：51-55.

[9]溫亞兵，修慧娟，王志雄，等.納米纖維素對紙紗原紙有機顏料的留著和固定化研究[J].中國造紙，2023，42（4）：64-71.

[10]田肖雄，楊家喻，杜長森，等.研磨工藝對顏料分散液性能的影響研究[J].安徽化工，2022，48（5）：48-51.

[11]章文杰，黃鈺，劉珈如，等.山東聊城山陜會館彩畫紅色顏料分析[J].光譜學與光譜分析，2023，43（4）：1134-1139.

[12]徐曈曈，董前年，朱雷明，等.不同表面處理的鋁顏料在聚丙烯中的應用研究[J].安徽化工，2023，49（2）：73-75.

[13]馮向偉，楊雋永.江蘇泰州南山寺大雄寶殿彩畫顏料分析[J].文物保護與考古科學，2022，34（5）：97-102.

[14]劉金庫，陳義香，盧怡，等.碳點修飾硅酸鋅金屬防腐蝕顏料的制備及性能研究教學實踐[J].實驗室研究與探索，2022，41（10）：159-166.

[15]吳娜，李鄭，王克青.青綠山水畫繪畫顏料及調色方法的光譜法分析——以《雷璘絹本設色山水人物軸》為例[J].光散射學報，2023，35（1）：46-54.

[16]趙安然，劉振，樊碩，等.基于Kubelka-Munk理論的礦物顏料顆粒光散射特性及顏色研究[J].光散射學報，2023，35（1）：55-63.

[17]王璐，孫鳳，王若蘇，等.邛崍石窟摩崖造像的彩繪顏料分析與研究[J].光譜學與光譜分析，2022，42（10）：3198-3202.

[18]杜敏.一種新型環保水彩顏料的制備優化及性能影響分析[J].粘接，2023，50（9）：106-110.

[19]尹康，喻寧亞.鈣離子交換防銹顏料的研究進展[J].廣東化工，2022，49（20）：95-97.

[20]程民生.土石丹青：宋代的礦物顏料[J].中原文化研究，2023，11（1）：104-110.

[21]"宋佳麗，李運景，郝龍云.有機顏料水性分散體系的制備及其對棉織物的染色性能[J].現代紡織技術，2023，31（3）：188-193.

收稿日期：2023-09-05；修回日期：2023-12-06

作者簡介：門"捷（1986-），男，碩士，講師，主要從事美術設計與美術教育研究；E-mail：396273633@qq.com。

基金項目：陜西省教育科學\"十三五\"規劃2020年度課題項目（項目編號：SGH20Q242）；陜西省2021年度哲學社會科學重大理論與現實問題研究項目（項目編號：2021ND0075）；陜西學前師范學院2020年度科研基金項目（項目編號：2020YBRS08）；陜西學前師范學院2018年度科研基金項目（項目編號：2018YBRS42）；陜西學前師范學院2015年度學前教育發展中心科研項目（項目編號：JD2015S28）；陜西學前師范學院2015年度科研基金項目（項目編號：2015YBKJ004）。

引文格式：門"捷.兒童環保顏料聚乳酸纖維原液著色綜合性能研究[J].粘接，2024，51（2）：131-134.