Väriaineiden vaikutus homopolypropeenin ominaisuuksiin

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan väriaineiden vaikutuksia homopolypropeenin ominaisuuksiin. Tutkimuksissa verrataan värillisien ja värjäämättömien yleis-koekappaleiden ominaisuuksien eroavaisuuksia mekaanisilla testausmenetelmillä sekä reologisin keinoin. Opinnäytetyön teoriaosuudessa käsitellään polypropeenin ominaisuuksia ja käyttöä yleisesti, muovikappaleiden ulkonäköön vaikuttavia tekijöitä, värien havainnointia ja muodostusta, erilaisia värijärjestelmiä, muovien värjäysmenetelmiä, eri väriaineita ja pigmenttejä sekä mahdollisia ongelmia aihe-uttavia tekijöitä. Lisäksi selvitetään tutkimuksen testausmenetelmien periaatteet.; Tutkimusosio suoritettiin Lahden ammattikorkeakoulun Tekniikan laitoksen muo-vilaboratoriossa. Esivalmisteluissa ruiskuvalumenetelmällä valmistettiin yleis-koekappaleita, joita värjättiin viidellä eri värillä. Jokaisesta väristä valmistettiin lisäksi vielä kolmea eri väriainepitoisuutta antamaan väriaineen vaikutuksen suu-ruudesta suuntaa. Värjäysaineena käytettiin väritiivistepellettejä eli masterbatseja. Väriainetutkimusmenetelmiksi valittiin kutistumamittaus koekappaleiden valmis-tuksen yhteydessä, murtolujuuden määritys vetokokeella, iskulujuuden määritys, värimuutosmittaukset värimittarilla, kiteisyyden määritys DSC-laitteistolla sekä viskositeetinmittaus kapillaarireometrillä. Näillä tutkimuksilla saadaan selvitettyä kattavasti masterbatsivärjäyksen mahdolliset ominaisuuksien muutokset homopo-lypropeenille.; Tutkimustuloksissa saatiin viitteitä lievästä kiteisyyden kasvusta kaikilla väriai-neilla. Punainen sai lisäksi vertailuarvoista poikkeavia, hieman kasvaneita tuloksia ainakin iskulujuuden mittauksissa, murtolujuuden mittauksissa ja kutistuman mit-tauksissa. Punainen väriaine oli tutkituista väriaineista reaktiivisin, vihreällä, mus-talla ja sinisellä muutokset olivat vähäisempiä ja valkoinen oli tutkimuksessa sta-biilein. Reologisiin ominaisuuksiin tutkimuksien väriainepitoisuudet eivät vaikut-taneet ja mekaanisiinkin ominaisuuksiin muutosvaikutukset olivat vain suhteelli-sen pieniä. Tutkimukseen valitut väriainepitoisuudet eivät ilmeisesti poikenneet valmistajien suositusarvoista riittävästi aiheuttaakseen radikaaleja merkitsevyyk-siä homopolypropeenin ominaisuuksien muuttumiselle. Tutkimuksesta selvisi, että onnistuneen värjäyksen perusedellytys on varmistaa pigmenttipartikkelien tasai-nen leviäminen kappaleeseen ja noudattaa valmistajien suositusväriainepitoisuuk-sia.

The purpose of this study was to examine the effects of colorants on the properties of homopolypropylene. The methods used in the study are rheology and mechanical measurements. The aim was to compare the differences between the properties of coloured and uncoloured multipurpose test specimens. The literature review includes information on the properties and use of polypropylene in general. Factors that affect the visual appearance of products are presented. Fundamentals of colours, colour measuring, methods of colouring plastics, different pigments and possible problematic factors are also discussed in the review section. In addition, the principles of research methods are introduced.; Practical study was carried out in the laboratory of plastics at Lahti University of Applied Sciences, Faculty of Technology. In the pre-preparation phase the specimens were made by using injection moulding. The specimens were coloured with five different colorants. Each colour was represented with three different densities, which were applied to give general guidelines of the magnitude of effects on the properties of homopolypropylene. The colorants used in this study were masterbatch pellets. Masterbatch has a high additive (color pigment) concentration.The research methods included shrinkage measurements, tensile strength testing, spectrocolorimetry, crystallization measurements with Differential Scanning Calorimetry (DSC) and the measurements of viscosity with capillary rheometry. These test were conducted in order to give extensive information on the possible changes of the properties of homopolypropylene with masterbatch colouring. The results indicate a slight increase of crystallization in every colorant. The colour red gave a deviating result by increasing shrinkage and both impact and tensile strength when compared to reference figures. The red colour was the most reactive of the colorants. Green, black and blue had only minor changes and white was the most stabile. The densities used in this study had no effects on the rheological properties of the specimens. The effects on the mechanical properties were relatively minor. The results imply that the colorant densities in this study did not differ enough from the recommended densities of the manufacturer to produce significant changes in the properties of homopolypropylene. As a conclusion one might say that it is important to observe the recommendations of colour manufacturers and to make sure the colour dispersion is homogeneous.