炭黑在塑料中的应用

(四)炭黑常用分散剂及其性质

(1)聚合物蜡

聚合物蜡是分子量较低的聚合物，是色母粒加工中使用的最重要的一类分散剂。聚合物蜡包括聚乙烯蜡、豪丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、EVA蜡等，其中聚乙烯蜡最为常用。聚乙烯蜡的分子量一般在100~8000之间，结构与聚乙烯类似，可以分为高密度和低密度两种类型，这主要取决于其分子中支链的数目和长度。由制造方法的不同，聚乙烯蜡可被分为聚合型和裂解型两种，前者是在聚乙烯聚合时控制生成的低分子产物，后者由聚艺烯高温裂化而得。显然，与聚合型相比，裂解型的聚乙烯蜡具有更宽的分子量分布。其他聚合物蜡与之类似，但各有不同的结构和用途。

蜡的选用主要依据色母粒所用载体树脂的种类，其次是依据被着色树脂的种类。蜡与上述两种树脂必须有较好的相容性。相容性与蜡的密度和结晶度、熔体黏度等有关，分子的极性对其有重要影响。非极性的聚乙烯蜡通常用来分散聚乙烯或聚丙烯中的颜料，而极性的氧化聚乙烯蜡更适合于聚苯乙烯、苯乙烯共聚物和聚氯乙烯。聚丙烯蜡显然最适用于聚丙烯载体中

德国BASF公司曾用如下工艺制得蓝色母粒:颜料为酞菁蓝，以聚乙烯作为载体树脂，添加12%的聚乙烯蜡(Luwax AL3)并在Sigma捏合机中混炼15min。母粒中颜料含量分别为25%、30%和40%。而后测定色母粒的着色强度，并以相同工艺制造的无蜡样品作对比，结果可见加入聚乙烯蜡后色母粒的看色力大为提高，特别是对高颜料含量的体系，聚乙烯蜡更显得不可缺少。含42%酞菁蓝的色母粒，加入12%的Luwax AL3,其着色强度提高75%。

(2) 偶联剂

偶联剂是一类具有两性结构的物质，其分子中一部分基团可与固体填料表面通过化学或物理作用结合，面另一部分基团具有亲聚合物的特性。可与高分子链发生化学反应或物理缠绕，从而在界面上搭起“分子桥”，将填料和聚合物结合起来。

目前常用的偶联剂可以分为硅烧、铬化合物、钛酸酯和铝酸脂四大类，其中后两者较适用于颜料-热塑性树脂体系。典型代表为三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)，其偶联机理如下:

色母粒制造时加入偶联剂，可以改善颜料与载体树脂的亲和性，增强润湿与渗透，促进分散。同时还能改善体系的加工性能，降低体系黏度，保证在更高的颜料含量下顺利挤出。

一般偶联剂的添加量以颜料的 0. 3%~3%计，常用0. 5%~1%。

(3)其他分散剂 硬脂酸系列 (硬脂酸镁、硬脂酸锌等)是常用的分散剂。一般ABS色母粒中常用硬脂酸镁，HIPS  中用硬脂酸锌，透明PS中则采用熔点135~ 145C左右的硬脂酸乙二胺[CH₃ (CH₂)₁₆ CONH (CH₂ )₂NHCO(CH_z)₁₆CH₃] 或磷酸三(甲苯)酯。

据日本专利报道，改进的硬脂酸系列分散能力更好。用C₁₈H₃₇OCH₂COON_a分散TiO₂颜料，加人5%就能超过加入20%硬脂酸镁的水平。

超分散剂是近年来新兴的一类用于固体在非水介质中分散的聚合物型分散剂。其分子结构一般含有两功能性部分，锚固基团和溶剂化链。锚固基团可以通过离子对、氢键或范德华力以单点或多点的形式牢固结合在固体颗粒的表面上，具有一定长度的与聚合物介质有良好相容性的溶剂化链伸展到周围介质中，

超分散剂应用于色母粒时，不但可以通过“偶联”作用增强颜料与载体树脂的亲和性，使润湿更易实现，而且还能够在颜料粒子表面形成有效的空间位阻，防止粒子的重新聚集。

应用于炭黑分散体系的超分散剂一般具有多点复合的锚固基团。这种结构通过若干个结合力较弱的基团代替一个强的结合，使超分散剂在炭黑表面牢固吸附。另外，溶剂化链的长度也是影响超分散剂使用效果的重要因素。若溶剂化链过短，则无法在颜料表面形成有效的空间屏障;过长，则可能由于发生相互缠绕而使颜料粒子聚集。适中的长度约含30~40个碳原子。

据报道，美国采用某种结构的超分散剂应用于炭黑含量40%的低密度聚乙烯色母粒的加工，可使色母粒着色力提高20%以上。同时，挤出产量提高60%。