PET聚酯切片色值测试影响因素的研究

李红华，董子豪，陈锦国，李顶松

(中国石化仪征化纤有限责任公司，江苏仪征 211900)

聚酯PET切片下游用户对产品的色值有较高的关注度，尤其是用于拉膜等产品。因此，色值作为生产过程中控制PET切片品质的重要项目，对于其测试数值的准确度有较高的要求。实验测试中L值、a值、b值是对其色彩模型颜色的量化表达，工业应用非常普遍。L表示产品的明度，0代表黑色，100代表白色；a表示产品的红绿，正值代表红色，负值代表绿色；b代表蓝黄，正值代表黄色，负值代表蓝色。

本文主要通过研究仪器观察孔面积、样品前处理、检测环境等测试方面因素对色值测试的影响，为统一聚酯切片色值测试条件提供建议和支撑，避免因此产生的贸易摩擦。

1 试 验

1.1 样品

半消光、全消光、大有光、瓶级聚酯切片，仪征化纤有限责任公司生产。

1.2 主要仪器设备

色差计，Labscan XE 18500型，Hunterlab公司；电热干燥箱，XTA7000型，重庆银河试验仪器有限公司；卤素水分仪，METTLER TOLEDO HB43型，梅特勒公司。

1.3 试验方法

结合GB/T 14190—2017以及实验室现有条件，本实验采用Labscan XE 18500色差计：D65光源、10°视角、0°照明/45°测量光路几何构造，使用1.750英寸观察孔面。GB/T 14190—2017中色值分析推荐两种使用方法：干燥粉碎法和干燥法。干燥粉碎法规定把试样放入鼓风干燥箱，有光PET切片在(140±5)℃加热60 min；半消光PET和全消光PET切片在(135±5)℃加热30 min(无结晶或结晶速率极慢的切片也可以直接测量)。取出冷却后，粉碎过筛，取350～833 μm的颗粒，在测量杯中放入筛好的颗粒，使试样堆积紧密，置于测量孔上，测定试样的色度，每转动约120°进行测试，共测三点，结果取其平均值。干燥法不需要粉碎过筛，其他同干燥粉碎法一样。本文各方面影响因素测试如无特殊说明，依照国标GB/T 14190—2017方法进行测试[1]。

1.4 测试精密度要求

测试过程中，色值的精密度依照国标GB/T 14190—2017方法规定，L值重复性差值≤2.0，a值重复性差值≤0.4，b值重复性差值≤0.6。

2 结果与讨论

2.1 仪器的影响

2.1.1 光源以及视角影响

CIE标准色度系统的建立，为客观地、定量测量颜色奠定了基础，可以通过对物体光谱特性的测量来确定颜色，使许多行业的颜色检验能用仪器代替人眼。光源对颜色的影响主要是它的光谱功率分布特性，CIE标准照明体D65代表相关色温近似6 500 K重组日光的相对光谱功率分布。照明体C用来代表平均日光，它的色温近似6 800 K，但其不是CIE标准照明体，且D65光源接近日光(5 800 K)。CIE 1931标准色度系统建立后，经过多年实践证明，CIE 1931标准色度观察者的数据代表了人眼2°视场的色觉平均特性。日常观察物体时视野经常超过52°范围，因此，为了适应大视场颜色测量的需要，CIE在1964年建立了视场角度为10°的“CIE 1964标准色度观察者”系统，10°视场角度更接近人眼的观察范围。

本部分分别测试半消光、全消光、大有光、瓶级聚酯切片在不同光源以及相应观察角的色值变化。不同品种聚酯切片对光源的反应为：不透明非金属物体主要产生漫反射光，半透明物体主要产生漫透射光，透明物体主要产生规则透射光[2]。表1为聚酯切片在不同光源及相应观察角度下测试的色值数据，其他测试条件按照GB/T 14190—2017 B方执行。

表1 聚酯切片在不同光源及相应观察角度下 测试的色值数据

由表1可知，不同光源以及观察角度的变化会引起a、b值变化(瓶级切片a值极差达1.05，b值极差达0.70)，L值变化不大。相同光源下，10°观察视角的a、b值略高，GB/T 17931—2018对瓶级切片a值无要求，不做进一步探究；大有光切片的色值测试数据对光源观察角的变化不敏感，这是其产品透明的特性，其反射光主要为规则透射光。实验室色差计仪器通常配套多种光源以及观察角，不同的配置适用于不同的产品，通过此部分可以看出不同光源以及观察视角会对色值有所影响。

2.1.2 观察孔面的影响

观察孔面对色度测试结果有直接影响，孔径缩小，入射光的光谱能量相应减少，试样对光的反射减少，进而光接收孔接收到的反射光更少。

目前市面上用于PET色值测试的色差计为进口仪器，仪器自带的观察孔面有1.75、1.00、0.50、0.25英寸四种规格，表2为采用不同观察孔面对不同样品进行测试的结果，其他测试条件按照GB/T 14190—2017 B方执行。

表2 聚酯切片在不同观察孔面尺寸下测试的色值数据

通过表2可以看出，随着观察孔面尺寸的减小，L、a、b值明显降低，这是由于观察孔面的减小导致光源光线的吸收和试样反射光减小。国标中推荐使用45～52 mm观察孔面，为ASTM D-6290推荐的三种观察孔面之一，与1.75英寸的观察孔面接近，因此找不到国标推荐的仪器观察孔面可选择英寸表示的。聚酯产品进出口贸易频繁，建议色差计厂家后续考虑将色差计观察孔面积与国标或ASTM标准保持一致，统一技术标准，与国际接轨。

色差计是为了模拟人眼来测量产品颜色，同一个样品，不同的人观察到的颜色不完全一样；同样的人以不同的角度观察到的颜色也不完全一样。因此，仪器光源、视角、观察孔面不一致的测试结果不具备可比性。

2.2 制样的影响

2.2.1 制样方法的影响

GB/T 14190—2017中色值分析推荐两种使用方法：干燥粉碎法和干燥法。干燥粉碎法要求样品在鼓风干燥箱烘干后，冷却粉碎过筛，取350～833 μm 的颗粒，在测量杯中放入筛好的颗粒，放在测量孔上，在D65光源、10°视角下测定试样的色值[3]，表3为不同产品采用干燥粉碎法和干燥法测试的色值结果。

表3 不同产品在两种制样方法下测试的色值

由表3可见，干燥法和干燥粉碎法的结果相差很大，这主要是由于粉碎与不粉碎颗粒间堆积紧密相差很多，粉碎颗粒排列整齐紧密，对反射光光谱能量有更少的衰减[4]。由于干燥粉碎法产生粉末较多，对现场环境影响较大，且粉碎机增加时间和损耗，目前大多数切片生产单位使用干燥法。

为了进一步研究试样是否粉碎以及颗粒大小对色值的影响，采用半消光产品进行了试验，结果如表4。

表4 不同尺寸的半消光产品测试色值

从表4可以看出，不同颗粒度的切片，相同条件下测试，正常颗粒的切片与体积为1/2的切片，其a、b值有变化，但在误差范围内；但粉末测试L、a、b值均超出允差范围。这也较好地验证了GB/T 14190—2017的标注“只有当材料相同，切片切粒、尺寸和外观基本一致，测试的仪器几何构造和观察孔面接近的情况下，才能进行色值测试的比较。”

2.2.2 含水率的影响

测试色值时，切片表面的水分会吸收入射光导致反射光强度减弱，从而造成较大偏差，为了研究水分对色值测试结果的影响，将同一批次半消光产品置于湿度为75%～85%的环境中使其吸水，放置不同时间后分别测试其水分和色值，结果见表5。

如表5所示，随着含水率的增加，ΔL值均符合国标要求，但Δa值为0.52，Δb值为0.90，已超过国标中的允差，可见切片水分的影响是不能忽略的，为了色值测试的准确性，试样测试前必须进行干燥处理。

表5 不同含水率的半消光产品色值测试数据

2.2.3 结晶时间的影响

切片结晶效果与其本身的结晶速率有关，比如大有光切片的结晶速率要比瓶级基础切片的结晶速率快，但比半消光、全消光慢。由于结晶速率不一样，因此要确保结晶效果，结晶速率低的样品需要较长的结晶时间，而结晶速率快的样品需要较短的结晶时间。GB/T 17931—2018规定瓶级切片(135±5)℃下加热30 min，瓶级切片生产上由基础切片固相增黏而来，切片已处于结晶状态，因切片含水会影响实际色值测试结果，因此对其加热处理更主要的是为了去除水分而非结晶，瓶片经结晶处理后L值变化小于1，b值变化小于0.5[4]，均符合GB/T 14190—2017精密度要求，故而研究瓶级切片结晶时间对色值的影响意义不大。

为了探究不同结晶时间对试样色值的影响，将不同的样品放入鼓风干燥箱中，在140 ℃下分别加热10、30、45、60、90 min，测定色值。由表6可以看出，三种切片随着结晶时间增加，色值基本呈增加趋势，但测试的结果均在误差范围内，这主要是由于在加热中切片由无定型转变为部分结晶，结晶度随着结晶时间增大，实验中观察到样品外貌由原来的透明转变为不透明，对光源发出的光反射增加，不再以规则透射光为主，因此色值会有明显提高。

表6 不同结晶时间的聚酯产品色值

2.2.4 结晶温度的影响

由于色值测试时仪器检测的是样品反射光，因此样品表面对光的反射效果对结果有很大影响，实际上切片(尤其是基础切片)结晶效果对色值测试结果影响很大。切片结晶的效果除了与时间有关，还与结晶温度有关，结晶温度高则结晶速率更快，结晶效果好，反之亦然。因此要确保样品结晶的温度在规定范围内，条件许可应单独用一个烘箱进行色值测试，防止共用烘箱频繁开关门造成温度不恒定而导致结晶效果不佳。本部分以结晶温度为单一变量，分别测试在110～160 ℃加热60 min后的色值，具体数据见表7。

表7 聚酯产品不同结晶温度测得的色值

实际测试中可以明显看到110、120 ℃加热处理后切片为半透明的状态，与其他温度处理后的相比，在此温度下切片状态是刚开始结晶，达到测试条件需要更长时间；两种切片L值测试结果从140 ℃开始趋于稳定，b值差异符合国标允差要求。

综合色值测试含水率、结晶温度、结晶时间的影响以及测试效率，下次修订国标时，可以考虑将切片色值测试条件统一为140 ℃下加热30～45 min，既保证了切片充分结晶，又在合理时间内完成分析测试任务。

GB/T 14190—2017色值测试备注有：无结晶、结晶速率极慢的切片也可以直接测量。随着聚酯切片的发展，无结晶、结晶速率极慢及低熔点的切片种类逐渐增加，这类切片如果按照传统的色值测试方法在140 ℃左右的温度下结晶处理，切片会黏连在一起，导致测试无法进行。因此在依照标准测试的同时，又要灵活运用标准以服务好生产。

2.3 环境的影响

为了保持色差计在适宜的条件下工作，避免因温湿度波动造成电子器件和软件出现故障，影响正常分析，建议色差计工作环境为温度(25±5)℃，相对湿度20%～80%。

经试验，环境温湿度对PET切片色值测试结果的差异在允差范围内[5]。表8为三种聚酯切片在不同环境光源的条件下进行的测试，无光源即用色差计的黑色保护罩盖住，可以看出不同条件下测试误差在精密度要求范围内。可见，在正常的实验室环境下，环境对聚酯PET色值测试无显著影响。

表8 不同产品在不同环境光源下的色值变化

3 结 论

本文以GB/T 14190—2017色值测试方法为基础，研究了仪器参数、样品前处理、测试环境等因素对几种常见PET聚酯切片色值的影响。切片测试时仪器状态要确保符合标准，选择正确的光源、视角以及观察孔面；切片需在合适的温度并经充分结晶后，在干燥的条件下进行测试，以确保检测结果的一致性、可靠性。为了减小贸易摩擦，聚酯PET切片色值测试是否需要粉碎，应根据实际贸易需求由供需双方商定。