ldpelldpe共混物對(duì)炭黑分散性的影響

ldpelldpe共混物對(duì)炭黑分散性的影響

顏色母粒具有穩(wěn)定的性能和均勻的顏色組合，方便的添加，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，是塑料顏色的主要形式。色母粒。載體樹(shù)脂的選擇將直接關(guān)系到母粒的最終性能,分散劑是否能對(duì)樹(shù)脂起到良好的濕潤(rùn)及顏料能否在樹(shù)脂中得到良好的分散效果,載體樹(shù)脂在其中起到?jīng)Q定的作用。線性低密度聚乙烯(LLDPE)是以新型催化技術(shù)為基礎(chǔ)制得的一類性能優(yōu)異,價(jià)格低廉的聚烯烴塑料。使用LLDPE/LDPE兩種樹(shù)脂的共混體系作為基體樹(shù)脂,兩種樹(shù)脂的粘度不同,LLDPE的加入可以降低體系的粘度,從而增加顏料在樹(shù)脂中的分散性,提高分散效果,以達(dá)到提高色母粒質(zhì)量的目的。同時(shí),LDPE和LLDPE具有相近的分子結(jié)構(gòu),不需要特別的共混工藝,就可以得到分散效果良好的共混物。因此在提高色母粒性能的同時(shí)達(dá)到降低成本的目的,具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。1實(shí)驗(yàn)1.1不同工業(yè)化企業(yè)實(shí)驗(yàn)所用的原料如下。LDPE,1F7B,熔體流動(dòng)速率7.5,燕山石化公司;線性低密度聚乙烯,TJZS-2650F,熔體流動(dòng)速率50,中石化天津石油化工公司;炭黑,JE6500,中橡馬鞍山化學(xué)工業(yè)有限公司;低分子蠟,4型,北京化工大學(xué)精細(xì)化工廠。1.2模具、儀器和儀器雙輥混煉機(jī),SK-160B,上海橡膠機(jī)械廠;小型試驗(yàn)擠出機(jī),SJ-20,哈爾濱塑機(jī)模具廠;光電分光光度計(jì),72型,上海分析儀器廠;轉(zhuǎn)矩流變儀,PLV-151,德國(guó)Brabender;相差顯微鏡,NikonPFX,日本;圖像分析儀,德國(guó)IBAS。1.3工藝1.4分散劑的選用色母粒一般由載體樹(shù)脂、分散劑和顏料組成。本文主要考查L(zhǎng)DPE和LLDPE兩種樹(shù)脂共混對(duì)染料分散性的影響,因此選用不同配比的LDPE和LLDPE作為基體樹(shù)脂。正如我們所了解到的,不同品種的顏料的分散性能不同,炭黑是較難分散的顏料品種之一。如果能使炭黑在樹(shù)脂中得到良好的分散,則其他的顏料都會(huì)分散的很好,因此本實(shí)驗(yàn)選用炭黑作為顏料。分散劑也是母粒生產(chǎn)中不可缺少的成分之一,本實(shí)驗(yàn)選用的分散劑為聚乙烯蠟。本實(shí)驗(yàn)所選用的LLDPE相對(duì)分子質(zhì)量較低,熔體流動(dòng)速率大,因此以LDPE/LLDPE共混體系作為基體時(shí),可以減少分散劑的用量,配方設(shè)計(jì)中考慮了不同分散劑含量對(duì)分散性的影響。具體配方如表1。配方中LDPE與LLDPE的含量分別為1∶2、1∶1和2∶1,兩種樹(shù)脂的含量不同,對(duì)炭黑的分散效果分別有不同的影響。同時(shí)考查了LDPE/LLDPE為1∶1時(shí),分散劑的含量分別為0、5%、10%,分散劑的含量不同,直接影響炭黑的分散效果。把所生產(chǎn)的母粒與LDPE混合后吹膜,其中炭黑在樹(shù)脂中的含量為1%,分別對(duì)所得的薄膜測(cè)黑度,利用相差顯微鏡照像觀察炭黑的分布和測(cè)粒度分布。2結(jié)果與討論2.1熔體流動(dòng)性和轉(zhuǎn)速色母粒中載體樹(shù)脂的加工流動(dòng)性是影響顏料分散的主要因素。眾所周知,聚合物的粘度是體系中聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)難易程度的度量,分子鏈越易運(yùn)動(dòng),則粘度越小,炭黑在體系中將越容易分散,另一方面,體系粘度降低,對(duì)炭黑-聚合物體系的剪切作用下降,不利于炭黑的細(xì)化。因此對(duì)于母粒基體體系而言,體系粘度既不能太高,也不能太低。本實(shí)驗(yàn)所選用的LLDPE的熔體流動(dòng)速率為50,在流變實(shí)驗(yàn)中,轉(zhuǎn)矩值很小,而LDPE的熔體流動(dòng)速率為7.5,轉(zhuǎn)矩值相對(duì)較大。不同配比的LDPE/LLDPE體系加入炭黑后,體系粘度也不相同。圖2所示是各體系時(shí)間-轉(zhuǎn)矩曲線。從圖2可以看出,LDPE的最高轉(zhuǎn)矩值和平衡轉(zhuǎn)矩值比LLDPE的對(duì)應(yīng)值大得多,隨著LLDPE的加入,體系的粘度降低。也就是說(shuō)LLDPE的加入,使LDPE的大分子鏈更容易運(yùn)動(dòng),整個(gè)體系中,炭黑更容易分散,但是粘度降低也使炭黑和聚合物體系之間的剪切作用下降,因此分散度反而下降,這可以從以下的黑度和分散性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到證實(shí)。2.2薄膜黑度與炭黑比例本論文中用著色薄膜的黑度作為表征與評(píng)價(jià)炭黑色母粒中炭黑分散狀況的指標(biāo)。當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的光照在黑色薄膜上時(shí),除反射外,部分光線被其中的炭黑粒子阻擋和吸收,剩余部分透射。設(shè)透射光強(qiáng)為I1,定義透射率(T)為:T=I1/I0×100%透射率反映薄膜的透光能力,其導(dǎo)數(shù)則代表了薄膜阻擋光線的能力,稱為阻光率(O):O=1/T=I0/I1薄膜的黑度(D)定義如下:D=lgO=lgI0/I1根據(jù)以上定義可以看出,薄膜中炭黑粒子阻擋和吸收光線的能力越強(qiáng),透射光的強(qiáng)度就越小,薄膜的黑度就越高,此時(shí)薄膜看上去就越黑。黑度可以用透射光密度計(jì)直接測(cè)量。薄膜的厚度用螺旋測(cè)微器測(cè)量,再將黑度換算成0.02mm厚度薄膜的黑度,作為薄膜黑度的表征。幾種配方所吹薄膜的黑度值列于表2。從表2可以看出,基體樹(shù)脂中的LDPE/LLDPE為1∶2和2∶1時(shí),黑度都略有增加,而當(dāng)兩種樹(shù)脂的比值為1∶1時(shí)的黑度值增加幅度較大,達(dá)到48.55%。由此可見(jiàn),在配比為1∶1時(shí),炭黑在樹(shù)脂中的分散較好。這一結(jié)果也證明了當(dāng)載體的熔體流動(dòng)性適中時(shí),炭黑容易得到最佳的分散效果。2.3分散劑含量對(duì)薄膜品質(zhì)的影響分散性也是影響顏料分散性的重要因素。當(dāng)分散劑的類型選定后,分散劑的含量是控制顏料分散性的重要指標(biāo)。選前述實(shí)驗(yàn)中得到最佳黑度的載體樹(shù)脂體系為基本配方,考察分散劑含量的變化對(duì)黑度的影響。當(dāng)基體樹(shù)脂LDPE/LLDPE的配比為1∶1時(shí),分散劑的含量分別為0、5%、10%時(shí),混煉制得黑母粒,吹膜后對(duì)所得的薄膜測(cè)黑度。表3列出了分散劑不同含量色母粒的黑度值。從表4可以看出,當(dāng)LDPE與LLDPE的共混比為1∶1時(shí),分散劑含量分別為0、5%、10%時(shí),所得薄膜的黑度值與LDPE體系相比均有所增加,增加的值分別為35.17%、68.60%和48.55%。當(dāng)分散劑含量為5%時(shí),薄膜的黑度值最大,炭黑的分散性最好。低分子蠟的加入是為了增加對(duì)基體樹(shù)脂的潤(rùn)濕,增加炭黑的分散性,而LLDPE的加入起到了降低體系粘度的作用,使炭黑在基體樹(shù)脂中更易分散,達(dá)到更好的分散效果,使得薄膜黑度提高。按常規(guī)量加入分散劑使體系粘度降低太大,剪切力太小,對(duì)力的傳遞作用減弱,反而使薄膜的黑度值降低。但完全不加分散劑效果也不好,這說(shuō)明這一牌號(hào)的LLDPE作為載體樹(shù)脂使用時(shí),只能代替一部分分散劑使用,不能代替全部分散劑。2.4炭黑的分散性采用日本NikonPFX型相差顯微鏡,放大倍數(shù)為100倍,觀察顏料的分散狀態(tài)。相差顯微鏡在普通光學(xué)顯微鏡間插入光柵,物鏡后焦平面處插入相板。光線穿過(guò)薄膜,由于粒子和樹(shù)脂折射率之差引起了光程差,兩個(gè)附件便可將其微小的光程差轉(zhuǎn)換成明和暗的圖像,從而觀察到薄膜中炭黑粒子的分布情況。圖3是各配方的相差顯微鏡照片。從圖3可以看到,LDPE/LLDPE為1∶1時(shí)作為基體的配方,炭黑粒子分散最好,粒徑均勻,且沒(méi)有團(tuán)聚大粒子存在,而在LDPE/LLDPE為1∶2和2∶1時(shí),炭黑的粒子也分散得比較均勻,但是在兩張相差照片中都存在有白色顆粒,可能是兩組分在混合時(shí),沒(méi)有達(dá)到完全混合。從相差實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步證明,當(dāng)LDPE和LLDPE的配比為1∶1時(shí),炭黑在其中的分散性最好。而在單純使用LDPE作為基體時(shí)的相差照片中,有團(tuán)聚的粒子存在,說(shuō)明LLDPE的加入起到了改善炭黑分散性的作用。分散劑含量不同,炭黑的分散性也不同,在圖3中可以看出,配方Ⅶ為分散劑含量為5%,LDPE/LLDPE為1∶1,炭黑粒度分散均勻,無(wú)大粒子存在。而配方Ⅵ為不含分散劑的配方,從圖3中也可以看出,炭黑的分布不如配方Ⅶ好。2.5炭黑粒度分布對(duì)材料粒徑的影響圖4為L(zhǎng)DPE/LLDPE的配比為1∶1時(shí),分散劑含量分別為0、5%、和10%的炭黑粒度分布情況。從圖中可以看出,與其他配方相比,配方Ⅶ的粒徑細(xì)小且分布最均勻,沒(méi)有拖尾存在,也就是說(shuō)在薄膜中沒(méi)有炭黑團(tuán)聚粒子存在。而其他三個(gè)配方中的粒徑分布較寬,并且都有炭黑團(tuán)聚粒子存在。3炭黑母粒的表征(1)將LLDPE與LDPE共混作為黑母粒的載體樹(shù)脂,可以降低體系粘度,減少體系中分散劑的用量,達(dá)到提高炭黑分散性,提高黑母粒品質(zhì)的目的。(2)LLD