同盛碳黑企业运营

色母粒用炭黑的使用和生产

2019-03-26 15:12:16

色母粒用炭黑的使用与生产

    1、炭黑的选择。塑料用炭黑在工业上除了具有染色作用外, 还具有提高着色塑料耐候性,导电性及其他性能(1),光会使塑料老化,尤其是阳光中紫外线会加速塑料老化。炭黑是最价廉物美优良的紫外线稳定剂,如选用炭黑粒径十分细小(20nm),炭黑浓度一般规定在2.5%+0.5%,用于HDPE、LLDPE及PVC等管材和电缆护套和10kv电缆架空线上,可达使用寿命50年以上。根据炭黑的制造方法及用途,色素炭黑一般都较好地用于塑料着色,其选择基本上根据制品必须达到的黑度而定。用极细的色素炭黑生产黑度要求高的汽车用ABS高级PVC合成革。而PE垃圾袋、电缆、管材之类产品只需中等水平的黑度,因此可选用比表面较小,结构较高的炭黑品种。炭黑的粒径和结构不同,其分散性也截然不同,炭黑粒径越细,接触点越多,它们之间内聚力越强。由此可见选择分散性好的炭黑原则应是粒径大和高结构。

在使用炭黑配色时还应该注意炭黑色调问题。炭黑粒径小,底色调为棕光;炭黑粒径大,底色调为蓝光。这是因为当粒径减小时,蓝光被优先吸收,为此色调变成棕相,反之则变成蓝光。用钛白粉调灰色时,用粒径小炭黑呈现带黄色调的灰色;采用大粒径的炭黑,则会得到带蓝色调灰色,具体的炭黑粒径大小与炭黑性质之间的关系见表。

 

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    2、聚乙烯粒料与聚乙烯粉料的比例,笔者通过试验及企业工程师的经验,发现当聚乙烯粒料与聚乙烯粉料的比例为2:1时,混合效果最好,如果聚乙烯粒料比例过大,炭黑在体系中混合不均匀,而如果聚乙烯粒料比例过小,过多的粉料在生产下料时容易出现架桥现象。另外在选择聚乙烯基料时,尽可能的选择熔体指数大的,这样在螺杆挤出过程中可减少一定的摩擦,保证产品的性能,以防出现部分基料降解的情况。

3、聚乙烯蜡的选择,在此体系中,聚乙烯蜡作为色母粒分散剂使用,所要求的主要性能包括耐热性、分子量及分子量分布。(1)、耐热性:由于塑料、纤维着色中,使用温度越高,对聚乙烯蜡的热稳定性要求越高;(2)、粘度:色母粒加工过程中粘度大小直接影响体系的剪切力,为此,对颜料颗粒大小有很大影响;(3)、分子量及分子量分布:聚乙烯蜡分子量和分子量分布对色母粒质量有一定的影响,一般裂解法生产的聚乙烯蜡其分子量分布较宽。聚乙烯蜡加入母粒中加强了对炭黑团聚体的润湿和渗透,通过剪切力,降低其粒度,也改善了体系与炭黑的相容性,有利于分散;与其同时降低体系粘度,这样虽能提高产量,但也使传递至炭黑团聚体的剪切力大为下降不利于分散。这两种异向作用的相互竞争导致最佳用量范围的存在。当少量蜡加入体系中,其有利于分散的作用大于阻碍分散的作用,此时表现出较好地分散效果。随着蜡用量的增长,两种作用都在加强,当蜡的浓度超过某一特定值时,其不利于分散的作用占了上风,此时表现为分散效果的下降。继续增加蜡的用量,两种作用相对此消彼长,分散效果出现反复。不同的蜡在不同体系中的最佳用量是不同的,这也和设备、工艺条件相关。因此,母粒生产厂家应根据实际的生产条件通过试验找到最佳用量范围,以求用最低的成本获得最好的分散。聚乙烯蜡在色母粒中的作用包括:(1)、提高分散性和着色强度,因聚乙烯蜡具有适当的分子量而使其粘度在受剪切力时,使颜料得到最佳分散。因此同样颜料含量,含蜡和不含蜡母粒着色强度相差很大。(2)、提高加工性和产量,由于聚乙烯蜡分子量低,粘度远小于载体树脂,由此可显著降低母粒熔体的粘度。由于色母粒中含有大量颜料,因而在其生产中熔体粘度提高而降低产量,添加聚乙烯蜡后,不仅改善分散性,提高着色强度,而且可显著提高色母粒的产量,并且随着蜡含量增加,产量提高。(3)、随着聚乙烯蜡的分子量增加,蜡对炭黑的分散能力逐渐提高。笔者所在企业的配方中,聚乙烯蜡的含量控制在5%-10%(质量分数)之间,在我们生产过程中,如果配方中聚乙烯蜡的含量超过10%,则从设备机头、排气孔处排除大量白烟,严重时可视范围都小于3m,而且粉料被蜡黏住,造成料斗下料不顺畅,分散效果也不理想,而且大大增加了产品成本;若含量低于5%,炭黑在基料中的分散性则得不到保证。

4、其它方面,除了配方涉及原料的选择外,抗氧剂等其它助剂则根据色母粒的用途适当添加,如果是用在PP汽车内饰件改性上的话,色母粒的配方中需要添加一定量的光稳定剂和紫外线吸收剂。当然如果是外卖的话,为了降低成本,还可以添加1-2份纳米碳酸钙!而设备工艺、设备螺杆组合及生产环境等都需要通过放大生产来逐渐摸索,毕竟设备与设备之间还是存在很大差别的,其中螺杆组合上剪切块一定不能过多,只要能保证产品的混合即可,如果剪切块过多,过大的剪切力会产生大量的热而使产品存在自燃的风险。至于环境,混料处以密闭为主,生产处以通风为主,由于炭黑的吸湿性比较严重,烘干设备也是必须的,包装最好是用含有内衬膜的袋子包装以防止产品放置中的后吸潮。