二、炭黑的分散方法 分散炭黑必須先搞清碳黑顏料的分散機理。 *,炭黑是較難分散的顏料之一,因此炭黑比任何其它顏料更需要*分散在載體中。雖然幾乎所有炭黑用戶都或多或少地掌握一些有效分散炭黑的技巧,但對炭黑分散過程和機理的了解就顯得相對薄弱,所以有必要在此對炭黑的分散過程和機理做一簡要描述。 (一)、炭黑顏料的分散過程和機理 炭黑的分散過程是物理過程,在這個總過程中還包括許多獨立的子過程。炭黑在另一種介質中被分散,實際就意味著炭黑粉末中的附聚物被破壞為較小粒子,并同時被介質所潤濕。炭黑的分散過程也伴隨有炭黑粒子的隨機均勻分布過程,如果介質粘度較低,則已分散的炭黑粒子就會由于粒子間的吸引力而容易聚集,即所謂的顏料粒子再附聚作用。這種作用會降低炭黑的著色強度,為防止再附聚作用的發生,必須使炭黑分散狀態穩定化。 炭黑的分散過程可以分為以下四個階段: 1、破碎:由于商品級炭黑顏料的通常細度(45μm)遠遠不符合下游領域的較終要求,所以在使用炭黑時必須對炭黑進行破碎分散操作,也只有將炭黑破碎分散到一定細度范圍時,才能使炭黑的著色性能或其它所需要的性能充分發揮出來。例如,發生在擠出機、捏合機、三輥機、密煉機、高攪機、球磨機、砂磨機等中的操作過程均是顏料的破碎。做為顏料的特性,炭黑的破碎程度同樣與自身粒子的“堅牢度”有關。 2、 潤濕:自由炭黑粒子表面與周圍介質的相互作用是炭黑被潤濕的重要因素。炭黑潤濕的能量關系可用熱力學定律來解釋,其中炭黑表面張力和表面能是潤濕熱的重要輔助參數,也可以從動力學角度描述炭黑粉末和附聚物的潤濕過程。潤濕時間不但與炭黑粉末的孔隙及幾何結構有關,還隨介質粘度提高而增加,并隨潤濕張力增大而減少。在實用條件下,升高溫度可以加速潤濕過程,但溫度升高(粘度降低)又會導致剪切力(破碎作用)降低。潤濕體積可作為炭黑孔體積或填充密度的量度,它與炭黑的相對著色強度密切相關,因此間接與炭黑在較終制品中分散質量有關。所以,在實際操作中為了提高炭黑的分散性,往往在介質中摻入了低分子量的添加劑(如增朔劑或粘度促進劑等)。 3、分布:通過提高加工溫度和降低體系粘度,使體系處于湍流條件下;以及延長炭黑在加工設備內的停留時間;可以使被潤濕的炭黑粒子達到較佳分布。但是,在實際操作中,延長停留時間將受到產量要求的限制。因此,對于塑料行業,通常在注朔機和擠出機中安裝雷頭、多孔板、剪切部件以及加設捏合段和采取其它設計措施,以提高破碎作用和延長停留時間。 4、內聚力:由于炭黑粒子之間存在吸引力(偶極、氫鍵和靜電力),因此必須依靠外界能量來克服吸引力,才能達到分散目的。炭黑的分散性和它的粒度分布有密切關系,粒度小的炭黑具有較大的比表面積,并且存在熱力學上的不穩定性,從而容易產生再附聚作用。在實際操作中,添加分散劑涂覆在炭黑粒子表面,從而降低炭黑粒子之間的內聚力,有助于避免炭黑分散操作困難。 (二)、炭黑分散不良導致的主要后果 分散炭黑的目的是使炭黑在載體中處于一種膠體的分布狀態,這種分布程度會直接影響到制品的色相、黑度和遮蓋力。炭黑的分散主要受制于三個因素:炭黑本身的特性;載體或分散介質的類型;所使用的分散設備類型。在使用炭黑著色時,如果炭黑分散不良會導致以下方面的后果: l 顏色強度不穩定; l 色澤不好; l 出現條紋; l 擠出機的過濾篩網被堵塞; l 在擠出加工吹朔薄膜時,未破碎的炭黑附聚物引起膜泡撕裂; l 引起單絲和扁絲斷裂; l 由于制品表面的不均勻性引起的印刷問題; l 引起制品機械強度降低(缺口效應); l 由于顏色包覆不良而導致耐磨性下降。 由此可見,炭黑的分散在實際應用中至關重要。