液體色母

簡介

液體色母 masterbatch（液體色母），也稱為液體 colour concentrate 或液體 colorant，是一種在液體載體中製備的顏料或染料分散體，通常結合分散劑、穩定劑、加工助劑，以及在需要時加入 functional additives。它在加工過程中直接計量加入熱塑性塑膠、彈性體、塑溶膠或其他聚合物系統中，以產生指定的顏色或光學效果。

與傳統顆粒狀 masterbatch（含有固體聚合物載體中的濃縮 pigments）不同，液體色母 masterbatch 可泵送，且通常可用於極低的添加量。其主要技術優勢包括快速分散、有效的顏色顯色、適用於透明和半透明色調、低熱歷史，以及減少對預著色樹脂庫存的依賴。其主要限制包括載體相容性、顏料沉降、設備和清潔要求、過量添加時可能出現的螺桿潤滑或滑移，以及殘留液體和包裝的管理。

液體色母系統已隨著高速塑膠加工、自動化計量、薄壁包裝、薄膜、纖維和工程聚合物一同發展。它們用於射出成型、擠出、吹塑、薄膜生產、纖維紡絲、熱成型、PVC 加工，以及選定的熱固性和彈性體應用。可持續性考量日益關注載體選擇、回收和生物基聚合物、劑量減少、包裝廢棄物、法規符合性，以及 colourants 對機械回收和分選的影響。未來發展可能聚焦於高濃度、低遷移、低氣味、生物基、可回收和數位控制的配方。

歷史與發展

早期塑膠著色通常依賴乾式 pigments、染料、著色化合物或固體 masterbatch。乾式 pigments 可提供高著色力，但伴隨粉塵、處理損失、團聚、不均勻加料和清潔困難等問題。固體 masterbatch 透過將 pigments 融入聚合物載體改善了處理和分散，但需要額外混煉、多種顏色等級的儲存，以及適當的稀釋比例。

液體 colour concentrates 作為替代方案出現，適用於需要極低添加率、透明色調、快速換色或靈活配方的應用。其發展依賴於以下方面的改進：

• 顏料潤濕與分散技術。
• 聚合物和非聚合物分散劑。
• 高速溶解器、珠磨機 mills 和三輥磨 mills。
• 蠕動泵、齒輪泵、螺桿泵和精密計量泵。
• 容積式和重量式計量控制。
• 旨在減少溢出和污染的容器和軟管系統。

「液體 masterbatch」一詞使用廣泛。有些配方是高濃度顏料分散體，而其他則含有大量載體相，並可能包括 additives，例如紫外線穩定劑、antistatic agents、滑動改質劑、optical brighteners 或加工助劑。

化學結構與技術概覽

基本組成

液體色母 masterbatch 通常包含四種功能性成分：

著色劑可以是無機顏料、有機顏料、染料、效果顏料，或多種 colourants 的組合。Pigments 在聚合物中保持為離散粒子，而染料則分子溶解於適當相中，通常提供透明著色。

典型載體家族包括：

• 礦物油和石蠟油。
• 植物油和改性植物油。
• 脂肪酸酯。
• 聚合物或低聚物液體。
• 聚異丁烯類材料。
• 醇酸或其他樹脂黏結劑。
• 聚醚或酯基載體系統。
• 專為 PET、聚烯烴、PVC、壓克力、聚碳酸酯或 biodegradable polymers 設計的特殊載體流體。

載體必須根據聚合物相容性、加工溫度、黏度、揮發性、遷移阻力、食品接觸要求、氣味以及最終製品的機械和表面特性進行選擇。

Pigments 與染料

液體色母 masterbatch 中使用的 Pigments 可能包括：

• 用於白色不透明度的 Titanium dioxide。
• 用於黑色著色、紫外線屏蔽和特殊等級導電性的 Carbon black。
• 用於黃、紅、棕和黑色色調的氧化鐵。
• 有機 pigments，例如酞菁、喹吖啶酮、azo pigments 和苝類。
• 基於 mica、鋁、青銅或塗層礦物基材的 Effect pigments。
• 用於透明應用的溶劑染料和聚合物-soluble dyes。
• 用於特殊視覺效果的螢光和磷光 colourants。

顏料粒徑、表面處理、晶型、比表面積和團聚狀態強烈影響著色力、霧度、光澤、過濾行為和分散品質。

分散機制

令人滿意的液體色母 masterbatch 需要三個相關步驟：

1. 載體對顏料表面的潤濕。
2. 機械破碎團聚體。
3. 穩定分離的粒子以防止再團聚和沉降。

分散劑可透過極性、離子、氫鍵或立體相互作用吸附於顏料表面。其與載體相容的分子片段則有助於在液相中保持粒子分離。分散不足可能導致顏色變化、斑點、過濾器堵塞、光澤降低和計量不穩定。

典型劑量

液體色母 masterbatch 通常以低於顆粒 masterbatch 的添加率使用。在某些著色和透明應用中，劑量可能約為 0.02–0.5%（質量比），雖然不透明顏色和功能性配方可能需要更多。適當的水平取決於顏料強度、零件厚度、顏色目標、基礎樹脂、載體組成和設備配置。

簡化配方計算為：

成品聚合物中的著色劑劑量 (%) = 液體色母劑量 (%) × 著色劑濃度 (%)

例如，以 0.20% 劑量添加且含有 40% 顏料的液體濃縮物，約貢獻 0.08% 顏料至成品聚合物（未計入加工損失或密度影響）。

重要技術限制

• 顏料沉降 → 密度差異和懸浮穩定性不足 → 使用合適的分散劑、rheology modifiers、控制粒徑分佈，以及在計量前進行攪拌或再循環。
• 載體不相容 → 表面起霜、霧度、氣味、遷移或界面黏附不良 → 選擇與樹脂相容的載體，並透過熱老化、萃取、遷移和機械測試驗證配方。
• 螺桿滑移或過度潤滑 → 過量載體劑量或高潤滑性載體 → 降低稀釋比例、更改載體系統、在更合適的位置注入濃縮物，或使用線上混合安排。
• 顏色變化 → 計量不準確、濃度變化或顏料分離 → 使用重量式計量、維持恆定攪拌、校準泵浦並控制容器更換。
• 高負載能力有限 → 液體體積或載體水平過高 → 使用更濃縮的配方、相容的固體 masterbatch，或預混色母料。
• 表面缺陷或薄膜不穩定 → 載體遷移至表面或降低熔體強度 → 降低劑量、選擇流動性較低的載體，或使用固體濃縮物。
• 熱或化學降解 → 在選定加工條件下染料、顏料或載體不穩定 → 選擇耐熱和耐剪切的 colourants，並進行停留時間測試。

生產製程與原料

原料

主要原料為：

• 合成無機和有機 pigments。
• 溶劑染料或聚合物-soluble dyes。
• 礦物、植物、酯、聚合物或特殊載體液體。
• 分散劑和潤濕劑。
• Antioxidants 和光穩定劑。
• Rheology modifiers 和抗沉降劑。
• 加工 lubricants 或相容性促進劑。
• Functional additives，當產品設計為顏色與添加劑複合濃縮物時。

配方通常圍繞目標聚合物設計。適合聚乙烯的載體可能不適合聚碳酸酯、PET、polystyrene 或醫用級聚合物。

製造階段

#### 配方與預混合

根據配方稱量顏料、載體和分散劑，並在受控條件下混合。預混合促進潤濕並降低乾顏料袋的風險。

#### 分散

使用高速溶解器、珠磨機 mills、轉子-定子 mixers 或輥磨 mills 破碎顏料團聚體。有機 pigments 通常需要強力研磨，因為其高比表面積和晶體結構可能使分散困難。

#### 調整

根據黏度、顏料濃度、顏色強度、密度、流動性和儲存穩定性調整批次。可添加 Rheology modifiers 以減緩沉降，但過度增稠可能損害泵送性和計量準確度。

#### 過濾與品質控制

成品濃縮物可過濾以去除 oversized 粒子或異物。品質測試可包括：

• 與標準的顏色差異。
• 著色強度和底色。
• 粒徑或研磨規測量。
• 黏度和密度。
• 沉降和再分散性。
• 熱穩定性和耐光性。
• 遷移、萃取和氣味。
• 與目標聚合物的相容性。
• 泵送性和計量重複性。

儲存與處理

液體色母 masterbatch 通常應儲存在密封容器中，防止污染、過熱、凍結和長時間暴露於空氣。某些產品需要定期攪拌或溫和再循環。使用前，容器可能需要均質化以恢復均勻的顏料分佈。

專用軟管、泵浦和配件可減少污染和換色時間。溢出控制很重要，因為液體濃縮物比顆粒更容易擴散到地板和設備上。

計量與加工技術

容積式計量

容積式系統按單位時間計量定義的泵浦位移。它們相對簡單且經濟，但需要針對黏度、溫度、泵浦磨損和配方密度進行校準。

重量式計量

重量式系統測量實際輸送質量，能更有效補償流動條件變化。在需要嚴格顏色公差、極低添加率或自動配方控制時優先使用。

泵浦類型

常見設備包括：

• 蠕動泵。
• 齒輪泵。
• 螺桿泵。
• 螺桿或活塞式泵浦。
• 特殊低脈動計量系統。

泵浦必須耐受濃縮物的黏度、顏料負載、磨蝕特性和潛在沉降行為。

添加位置

液體色母可引入：

• 射出成型機的進料喉部。
• 擠出機進料區。
• 透過液體注入端口。
• 含有聚合物顆粒的預混合容器。
• 直接進入纖維紡絲或薄膜擠出製程。
• 透過線上混合器或靜態混合器。

進料喉部添加方便，但若液體體積高可能產生過度潤滑。線上添加可改善混合並減少處理，但需要合適的安裝、校準和清潔程序。

應用與終端市場

包裝

液體色母 masterbatch 廣泛用於：

• 瓶蓋和封口。
• 瓶子和容器。
• 化妝品包裝。
• 藥品和維生素容器。
• 薄壁射出成型包裝。
• PET 預製件和選定的 PET 擠出應用。
• 柔性與半剛性包裝薄膜。

透明或半透明包裝受益於液體色母的低添加率和有效分散。食品接觸應用需要符合規範的 pigments、載體和 additives，以及遷移測試和非預期物質的控制。

射出成型

典型產品包括：

• 家用物品。
• 玩具和消費品。
• 儲存盒和辦公用品。
• 家電零件。
• 化妝品盒。
• 汽車內外飾件。
• 照明元件。
• 瓶蓋、封口和技術模塑件。

當加工商以相對小批量生產多種顏色時，液體濃縮物很有用，因為可以使用相同的天然或未著色樹脂搭配不同的液體配方。極高顏色負載、嚴格精度要求或高要求工程聚合物可能更適合固體 masterbatch 或預著色化合物。

薄膜擠出

液體色母 masterbatch 可用於吹塑薄膜、流延薄膜、農業薄膜、包裝薄膜和選定的層壓結構。它可在低添加率下提供良好的顏色分佈，特別是在著色和半透明薄膜中。

然而，薄膜生產對載體相容性有嚴格要求。不相容或過度潤滑的載體可能降低熔體強度、破壞氣泡穩定性、導致黏連或滑動變化，並損害密封或印刷。

吹塑

應用包括著色瓶子、桶、容器和技術中空製品。液體色母特別適用於需要良好分散和靈活換色的場合，雖然高黏度或高填充系統可能更適合固體 masterbatch。

纖維與不織布

液體色母配方可添加於 PET、polypropylene、polyamide 和其他熱塑性纖維的熔融紡絲過程中。它們用於短纖維、長絲、單絲、紡黏、熔噴及相關產品。

纖維應用要求優異的過濾行為、精確計量、低揮發性、熱穩定性，以及不含可能斷絲或堵塞噴絲頭的粒子。

PVC 與建築產品

液體 colour concentrates 用於選定的 PVC 應用，包括：

• 型材。
• 柔性 PVC 化合物。
• 塑溶膠。
• 地板與 coatings。
• 密封產品。
• 電纜與相關建築材料。

載體不得干擾塑化劑平衡、熔融行為、電氣特性、耐候性或長期遷移性能。

汽車與耐用消費品

聚碳酸酯、acrylic、ABS、polyamide、polypropylene 和其他工程或半工程聚合物，可在配方符合樹脂加工和性能要求時使用液體系統。用途包括裝飾飾件、照明元件、家電零件、外殼和內裝元件。

高溫工程聚合物需要具有足夠熱穩定性和低揮發性的 colourants 和載體。對於高要求應用，固體 masterbatch 或預著色化合物可能仍較佳。

熱成型與片材

液體色母可在片材擠出過程中或在熱成型前加入預混合聚合物流。主要要求是均勻片材顏色、無凝膠或斑點、穩定流變性，以及與後續加熱的相容性。

塑溶膠、coatings 與 elastomers

某些液體色母系統專為塑溶膠、polyurethane、矽膠、橡膠、密封劑或塗料應用配製。這些產品與熱塑性液體 masterbatch 不同，因為載體必須與液體配方及固化或熔融機制相容。

不適合的應用

液體色母 masterbatch 通常不適合以下情況：

• 配方需要極高顏料負載。
• 載體會顯著改變熔體流變性或表面特性。
• 聚合物對污染或遷移極為敏感。
• 無法避免長時間儲存而不攪拌。
• 製程無法容納精確液體計量。
• 產品要求在多廠區和機器間達到最高顏色一致性，而無設備標準化。

環境與可持續性方面

材料效率

低添加率可減少引入產品的著色劑和載體總量。精確計量也可減少不合格零件、開機廢料和換色廢棄物。這些效益取決於正確校準和穩定的配方品質。

液體濃縮物也可減少製造和儲存多種預著色聚合物等級的需求。加工商可維持較小的天然樹脂庫存，並在使用點選擇顏色。

載體相關影響

環境概況強烈取決於載體：

• 礦物油載體源自化石燃料，可能導致溫室氣體排放以及可萃取物或遷移的疑慮。
• 植物油載體可含有可再生碳，但其農業影響取決於土地使用、栽培、加工和供應鏈實務。
• 合成聚合物載體可能提供優異相容性和較低遷移，但可能增加材料複雜度。
• 生物基原料若其生產涉及高土地、能源或化學投入，並不自動提供較低的整體影響。

全面評估應考量原料來源、配方製造、運輸、劑量損失、產品壽命、回收和生命終止處理。

可回收性

顏色本身不一定妨礙機械回收，但可能影響回收聚合物的價值和分選行為。深色或高顏料含量產品可能難以被近紅外分選系統識別。某些碳黑配方對傳統光學分選尤其具有挑戰性，除非使用可檢測的替代品。

當以下情況時，液體色母 masterbatch 可支持回收：

• 載體與基礎聚合物相容。
• 劑量低到不損害性能。
• 配方不引入受限物質。
• 著色劑不干擾識別或再加工。
• 生產廢料以受控方式收集並再引入。

對於閉環回收，顏色累積是重大問題。重複混合不同顏色的廢料可能產生深色、變異材料，市場價值有限。設計淺色、可分選顏色並使用可檢測 pigments 可改善循環性。

化學回收與生物降解性

在化學回收中，pigments、載體和 additives 可能根據技術分配至殘渣、油、氣體或炭中。其行為必須評估而非假設為可忽略。

對於可堆肥或 biodegradable polymers，色母 masterbatch 必須作為完整配方評估。可生物降解基礎樹脂並不使傳統礦物油載體或不符合規範的顏料變為可堆肥。載體、分散劑、顏料和添加劑包必須符合相關可堆肥性或生物降解要求。

生物基替代品

生物基液體色母系統可能使用：

• 植物油。
• 改性脂肪酸酯。
• 生物基多元醇。
• 生物質衍生聚醚或酯中間體。
• 生物基環氧乙烷衍生載體成分。

這些替代品可減少化石原料使用，在某些情況下降低產品碳足跡。然而，其性能仍需驗證氣味、氧化穩定性、遷移、相容性、儲存壽命和加工行為。

殘留產品與包裝

液體濃縮物可能在桶、軟管、泵浦和容器中產生殘留物。若剩餘產品歸類為有害或含有受管制物質，處置可能比空塑膠袋更具挑戰性。可回用容器、可折疊中型散裝容器、閉環泵送和低殘留包裝可減少廢棄物。

經濟與全球市場影響

液體色母 masterbatch 與多種替代品競爭：

• 乾顏料。
• 顆粒 masterbatch。
• 預著色化合物。
• 染料溶液。
• 線上顏料分散。
• 表面印刷或塗層。

其經濟價值不僅取決於濃縮物每公斤價格，還取決於：

• 稀釋比例。
• 著色力。
• 樹脂庫存減少。
• 設備成本。
• 清潔與換色時間。
• 廢料率。
• 容器與廢棄物管理。
• 配色效率。
• 生產規模。

液體色母特別適合短程生產、頻繁換色、透明色調，以及顆粒 masterbatch 需要相對高添加率的應用。反之，對於長程、高產量生產且使用標準化配方和現有固體加料設備時，顆粒 masterbatch 可能更經濟。

主要供應地區包括東亞、歐洲和北美，需求與包裝、消費品、建築、汽車、纖維和回收聚合物加工相關。市場分析通常將低添加率、自動化計量、減少換色廢棄物和改善分散視為主要成長因素，而專用設備、載體相容性、法規要求和殘留產品處置仍是限制因素。

法規與安全考量

法規要求因國家、聚合物和最終用途而異。重要領域包括：

• 食品接觸符合性。
• 玩具和兒童照護產品限制。
• 醫療和藥品應用。
• 重金屬限值。
• 多環芳香烴限制。
• 高度關注物質要求。
• 殺生物和抗菌聲明。
• 回收含量法規。
• 廢棄物分類與運輸。
• 工作者暴露於 pigments、溶劑和氣溶膠。

安全資料應涵蓋乾原料的顏料粉塵、液體飛濺、滑倒危險、泵浦壓力、通風、防火特性和清潔化學品。即使最終 colour concentrate 未歸類為有害，其個別成分仍可能需要受控處理。

當前挑戰與創新

改善懸浮穩定性

研究人員和製造商正在開發提供更強立體或靜電穩定性的分散劑系統，而不產生過高黏度。目標是在保持精確泵送性的同時防止沉降。

高濃度配方

更高的顏料負載可減少載體使用，並可能降低運輸和包裝影響。挑戰在於維持低黏度、有效分散、儲存穩定性和與目標樹脂的相容性。

數位顏色控制

現代計量系統可整合：

• 配方管理。
• 自動泵浦校準。
• 重量式回饋。
• 線上顏色測量。
• 統計製程控制。
• 遠端設備監控。
• 顏色漂移自動校正。

這些系統減少操作員依賴，並可改善機器和生產現場間的一致性。

低遷移與低氣味系統

包裝、醫療、汽車和消費應用日益要求低揮發性有機化合物、最小氣味、低可萃取物和表面遷移阻力。聚合物結合分散劑和高分子量載體可幫助滿足這些要求。

可持續載體設計

創新聚焦於生物基、回收碳、低揮發性和低影響載體系統。主要技術挑戰是在不犧牲著色力、儲存穩定性、加工性能或法規符合性的情況下實現真正的環境改善。

與回收聚合物的相容性

回收聚合物通常具有變異的熔體流動性、污染、先前熱歷史和殘留 additives。液體色母系統可提供靈活顏色調整，但配方設計必須考量變化的表面化學和流變性。隨著回收原料變異性增加，適應性計量和線上顏色測量正變得更有價值。

可檢測與可回收 pigments

新顏料系統的設計旨在維持吸引人的顏色，同時仍可被分選技術檢測。近紅外可檢測深色和減少碳黑替代品對包裝回收特別相關。

未來展望

液體色母 masterbatch 的未來發展將由顏色科學、自動化、聚合物回收和法規設計的交互作用塑造。

可能優先事項包括：

• 更高的顏料濃度與更低的載體需求。
• 更精確的重量式和閉環計量。
• 生物基和回收碳載體系統。
• 改善與消費後和工業後回收聚合物的相容性。
• 支持自動分選的可檢測顏色。
• 食品、醫療和藥品包裝的低遷移配方。
• 低殘留容器和可重複使用輸送系統。
• 針對生物降解和可堆肥聚合物量身打造的顏色系統。
• 在薄膜、纖維、PET 包裝和先進射出成型的擴展應用。
• 數位顏色庫和自動配方調整。

該技術不會在所有應用中取代顆粒 masterbatch。當需要極高顏色負載、長期儲存簡易性、最小液體處理或高度標準化的大規模生產時，固體濃縮物仍具優勢。液體色母 masterbatch 在分散效率、低劑量、快速換色和靈活機上配方提供可衡量價值時最具競爭力。

摘要

液體色母 masterbatch 是一種在相容液體載體中的可泵送顏料或染料濃縮物，用於在加工過程中為聚合物著色。其顯著優勢包括低添加率、快速分散、良好的顏色顯色、適用於透明色調、低熱歷史，以及與自動化計量的靈活整合。

其性能取決於顏料品質、分散劑化學、載體相容性、懸浮穩定性、計量準確性和加工方法。主要應用包括包裝、射出成型、薄膜、吹塑、纖維、PVC 產品、汽車零件、家電、熱成型片材、塑溶膠和選定的彈性體系統。

主要技術風險包括沉降、載體遷移、螺桿滑移、薄膜不穩定、高負載能力有限、污染和清潔相關廢棄物。可持續性改善取決於低損失計量、可回收或生物基載體、相容配方設計、可檢測 pigments、減少包裝廢棄物，以及經驗證的回收聚合物性能。隨著塑膠製造商追求更高的製程靈活性和循環性，液體色母 masterbatch 很可能繼續成為顏色濃縮物和聚合物-additives 產業中重要的專用技術。

參考文獻

• •

  IndustryARC. (n.d.). Color concentrates market size report, 2020-2025. https://www.industryarc.com/Research/Color-Concentrates-Market-Research-500075Link

• •

  Croda Industrial Specialties. (n.d.). Liquid colour concentrates. https://www.crodaindustrialspecialties.com/en-gb/applications/liquid-colour-concentratesLink

• •

  Canadian Plastics. (2012, October 1). Taking a fresh look at liquid colorants. https://www.canplastics.com/features/taking-a-fresh-look-at-liquid-colorants/Link

• •

  Red Arrow Industries. (n.d.). Gravimetric dosing and feeding machines. https://redarrowind.com/gravimetric-dosing-all-1Link

• •

  Liquid color masterbatch composition and its preparation method and application. (2019, March 1). https://patents.google.com/patent/CN110003573A/enLink

• •

  Liquid color masterbatch composition, preparation method and application thereof. (2011, October 12). https://patents.google.com/patent/CN102504599A/enLink

• •

  KUint. (2015). Liquid masterbatch systems. https://res.cloudinary.com/sternwald-systems/raw/upload/v1/hugoprd/ARTIKEL_ATTACH/002422DF_E43A32F30317/badb9d5aafba4a2a616873d879fa41f1abf8c7c8/KUint_2015_06-07_Liquid-Masterbatch-Systems.pdfLink

• •

  Chroma Color Corporation. (2025, February 17). https://chromacolors.com/2025/02/17/Link

• •

  Dataintelo. (2019, October 16). Color concentration market research report 2034. https://dataintelo.com/report/color-concentration-marketLink

• •

  Dataintelo. (2025, January 7). Plastic color concentrate market report: Global forecast from 2025 to 2033. https://dataintelo.com/report/global-plastic-color-concentrate-marketLink

• •

  Thomasnet. (n.d.). Plastic colorant options 101: Liquid vs pellet. https://cdn.thomasnet.com/ccp/00684065/295193.pdfLink

• •

  Technical Polymers. (2017, March 16). Products. http://technicalpolymers.in/products.htmlLink

• •

  Plastics Technology. (2026, February 20). Liquid color solutions. https://www.ptonline.com/kc/blending-feeding/liquid-color-solutionsLink

• •

  Accio. (2026, September 7). Volumetric doser dvs50: High precision dosing solution. https://www.accio.com/plp/volumetric-doser-dvs50Link

• •

  Wikipedia. (2011, November 7). Liquid color. https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_colorLink