以下是一些提高高导电炭黑在塑料中分散性的方法:
一、炭黑表面改性
化学改性
可以通过化学方法在炭黑表面引入特定的官能团,如羧基、羟基、氨基等。这些官能团能够增强炭黑与塑料之间的亲和力。例如,用氧化剂处理炭黑,使其表面产生更多的含氧官能团。在与含有极性基团的塑料(如聚酰胺)混合时,这些官能团能够通过氢键或化学键与塑料相互作用,从而提高炭黑的分散性。
也可以采用偶联剂对炭黑进行表面改性。偶联剂分子一端能够与炭黑表面结合,另一端能与塑料分子链相互作用。例如,硅烷偶联剂常用于炭黑表面改性,它可以在炭黑和塑料之间形成化学桥键,改善炭黑在塑料中的分散状态。
物理改性
利用物理吸附的方式在炭黑表面包覆一层物质,来改善其与塑料的相容性。例如,用一些表面活性剂对炭黑进行包覆处理。表面活性剂的亲油基团可以与炭黑表面相互作用,而亲水基团则可以与塑料中的某些成分相互吸引,从而促进炭黑在塑料中的分散。
二、优化混合工艺
高速混合
在塑料加工的初期,可以使用高速混合机将炭黑和塑料原料进行预混合。高速混合机的搅拌桨高速旋转,能够产生强大的剪切力,使炭黑颗粒在塑料原料中迅速分散。例如,将转速设置在 1000 - 3000rpm 左右,混合时间根据原料量和机器性能而定,一般为 5 - 15 分钟,可以有效打破炭黑团聚体,使其均匀分布在塑料原料中。
双螺杆挤出
双螺杆挤出机是塑料加工中常用的设备,它有两根螺杆同时旋转,能够提供良好的混合和剪切效果。在挤出过程中,炭黑和塑料在螺杆的推动下向前运动,同时受到螺杆元件的剪切、挤压和揉搓作用。通过合理设计螺杆的结构和工艺参数,如螺杆的长径比、螺距、温度等,可以进一步提高炭黑在塑料中的分散性。例如,适当增加螺杆的长径比,延长物料在挤出机中的停留时间,有利于炭黑的充分分散。
超声波辅助分散
超声波在液体介质中传播时会产生高频振动和空化效应。在炭黑和塑料的混合体系中利用超声波辅助分散,可以使炭黑团聚体在超声波的作用下破碎。将含有炭黑和塑料的混合溶液置于超声波发生器的作用范围内,设置合适的超声频率(一般为 20 - 50kHz)和功率(根据溶液体积和炭黑含量而定),可以有效地改善炭黑在塑料中的分散情况。
三、添加分散剂
聚合物型分散剂
这类分散剂是高分子聚合物,它们的分子链上含有与炭黑和塑料相互作用的官能团。例如,一些含有长链烷基和极性基团的聚合物分散剂,长链烷基可以与炭黑表面相互作用,而极性基团可以与塑料分子链相互吸引。在塑料加工过程中,添加适量的聚合物型分散剂(一般为炭黑质量的 1% - 10%),可以显著提高炭黑在塑料中的分散性。
低分子型分散剂
如脂肪酸及其盐类等低分子化合物也可以作为炭黑的分散剂。它们可以吸附在炭黑表面,降低炭黑颗粒之间的吸引力,从而防止炭黑团聚。在实际应用中,将低分子型分散剂与炭黑预先混合,然后再与塑料混合,可以取得较好的分散效果。不过,添加量需要控制好,一般不超过炭黑质量的 5%,以免影响塑料的其他性能。