炭黑在塑料中的应用

(五)填料对炭黑分散的影响

粉末状固体填料在塑料加工工业中有着广泛的应用。用填料来填充塑料制品，通常是为了提高制品的强度与刚度，改善某些应用性能或赋之以特殊性质。当然， 降低制品的生产成本也是填料使用的主要目的。

目前，根据不同的要求，常用于塑料中的粉末固体填料有滑石粉、高岭土、木粉、煤粉等，但最为常用和通用的是碳酸钙(C_aCO₃)。作为填料使用的碳酸钙，要求具有一定的细度。另外，为了增加碳酸钙与被填充树脂的相容性，常用有机酸、偶联剂等对其进行表面处理。

1.碳酸钙对色母粒中炭黑的助分散作用

炭黑色母粒是否也能用碳酸钙来填充呢?填充了C_aCO₃的炭黑色母粒，除了生产成本的降低以外，其关键性能，如炭黑的分散及者色力，会受到何种影响?为了解答这个疑问，选用不同细度的C_aCO₃分别填充提黑色母粒，面后进行薄膜黑度实验。炭黑色母粒中以聚乙婚蜡作为分散剂，用量固定为15%，C_aCO₃经过偶联剂表面处理，填充依度均为20%。

实验结果表明，炭黑色母粒中混入C_aCO₃后，着色力有所提升，炭黑的分散有一定改善。C_aCO₃的目数越高(粒度细)，作用就越明显。在本实验条件下，1000目的C_aCO₃(平均粒径5~15μm)能使着色薄膜的黑度提高21.9%。

显然，填充于炭黑色母粒中的C_aCO₃对炭黑的分散有促进作用。从这个意义上讲，可以把C_aCO₃作为一种助分散剂来看待。粒度越小，C_aCO₃的助分散的能力就越高。

出现这种现象的原因，作者认为应在于以下三个方面。

首先，C_aCO₃的填充明显增加了母粒体系的黏度，增大了传递到炭黑团聚体的剪切力。由于C_aCO₃的存在并不会降低树脂介质对炭黑的亲和性和润湿性，所以炭黑的分散因团聚体破碎效率的提高而改善。C_aCO₃增黏作用的大小与其粒度有关—粒度越细，增黏作用就越明显。这是因为对处于黏流态的树脂熔体来说，固体填料粒子起到所谓“物理交联点”的作用，由于每一C_aCO₃粒子表面都结合有一定数量的聚合物分子链段，致使树脂熔体的黏性流动受到阻碍。C_aCO₃的粒度越细，单位质量中的表面积就越大，所结合的聚合物分子就越多，体系自然会表现出更多的黏度上升。

其次，与炭黑团聚体相比，C_aCO₃粒子较硬。当填充了C_aCO₃的炭黑色母粒体系受到混炼时，硬质的C_aCO₃粒子对炭黑团聚体起到研磨与冲击的作用，促使其破碎细化。从这个意义上讲，C_aCO₃,粒子对炭黑团聚体起到的是一种类似于“砂磨”的作用。C_aCO₃的粒度越细，这种“砂磨”作用就越有效。

最后，对于破碎细化后的炭黑粒子而言，母粒体系中的C_aCO₃粒子起到一种阻挡与隔绝作用，能有效地防止上它们重新聚集。显然，C_aCO₃的粒度越细，单位质量中粒子的数目就越多，表面积也越大，这种对炭黑粒子的阻隔作用就越显著。

2.碳酸钙的用量对炭黑分散的影响

用C_aCO₃填充炭黑色母粒，不但可以降低生产成本，还能够在一定程度上改善炭黑的分散，提高母粒的着色力。C_aCO₃的填充量如何确定?如果单从降低成本的角度考虑，当然越多越好;如果仅从体系加工性能的角度考虑，应该越少越好，否则会增加挤出的难度和设备的磨损。如果从助分散的角度来考察，又应该是怎样的种规律?将C_aCO₃以不同浓度填充于炭黑色母粒，而后进行薄膜黑度实验。母粒中以聚乙烯蜡作为分散剂，用量10%; C_aCO₃的目数1000,经过表面处理。

实验数据表明，C_aCO₃作为助分散剂使用时，存在最佳用量范围。在该实验条件下，这个最佳用量区域在10%左右，此时色母粒中炭黑的分散达到最佳状态。母粒中过多地使用C_aCO₃，不但起不到助分散作用，反而会使炭黑的分散变差。由曲线走势判断，C_aCO₃的这一极限用量大致在30%以后。