炭黑在塑料中的应用

(六)炭黑分散状况的表征与评价

在研究炭黑色母粒用分散剂之前，必须确定表征与评价色母粒中炭黑分散状况的方法，这是对比、评价不同分散剂分散能力的出发点。这种方法必须是准确的，否则无法正确反映分散剂的作用;同时还应该是简单的，否则就会增加实验难度和消耗。

定性的方法一般是将色母粒在载玻片上热压成片或用母粒着色吹塑薄膜，然后用显微镜观察、拍照，再根据视野或照片中炭黑大粒子的数目判断其分散的好坏。显然，这种方法并不准确，只能大致地在不同样品之间进行对比。传统的定量分析方法是所谓“压力升”法，即在挤出机机头后方设置一定数量和目数的滤网，在色母粒体系挤出时用压力传感器监测滤网处的压力变化(DF值)，以此作为评价炭黑粒度的指标。这种方法虽然能够同时反映出母粒体系加工性能的好坏，但过于复杂，而且原料与能量消耗较大。较为直接和准确的方法是用图像分析仪测定着色薄膜中炭黑的粒度分布，但也存在设备要求高，测试费用昂贵的问题。

鉴于此，作者用着色薄膜的“黑度”作为表征与评价炭黑色母粒中炭黑分散状况的指标。由于常规的加工设备(挤出吹膜机组)不能对炭黑的分散起有效作用，所以着色薄膜中发黑的粒度基本上就是色母粒中的粒度。

当一束强度为I₀的光照在黑色薄膜上时，除反射外，部分光线被其中的炭黑粒子阻挡和吸收，剩余部分透射。

设透射光强为I₁，定义透射率(T)为:

透射率反映薄膜的透光能力，其倒数则代表了薄膜限挡光线的能力称为阻光奉(O):

薄膜的黑度(D)定义如下:

根据以上定义可以看出，薄膜中炭黑粒子阻挡和吸收光线的能力越强，透射光强就越小，薄膜的黑度就越高，此时薄膜看上去就越黑，黑度可以用透射光密度计直接测量。

薄膜黑度与其其中炭黑粒子的分散状况密切相关。相同浓度时，发黑的分散越好，薄膜黑度就越高。原因在于分散良好的炭黑粒径较小，具有较大的比表面积，阻挡和吸收光线的能力更强，使透射光强更小。因此，可以用薄膜的黑度来反映发黑的分散状况。相同着色浓度下，薄膜黑度越高，表明色母粒中炭黑的分散越好，

用挤出吹塑法得到的薄膜，不但不同样品的厚度不可能相同，同一样品不同部位的厚度也无法保持一致。由于黑度与厚度相关，所以在统计一个样品和比较不同样品的黑度时，必须消除膜厚因素的影响。由于黑度随膜厚增加表现出近似线性的变化，故可以用求取线性平均的方法来处理数据。因为实验中制备的薄膜厚度一般在0. 02mm左右，所以黑度的统计平均值最后都换算成膜厚0.02mm的对应值，使不同样品之间具有可比性。