ldpelldpe共混物對炭黑分散性的影響

顏色母粒具有穩定的性能和均勻的顏色組合，方便的添加，不會對環境造成污染，是塑料顏色的主要形式。色母粒。載體樹脂的選擇將直接關系到母粒的最終性能,分散劑是否能對樹脂起到良好的濕潤及顏料能否在樹脂中得到良好的分散效果,載體樹脂在其中起到決定的作用。線性低密度聚乙烯(LLDPE)是以新型催化技術為基礎制得的一類性能優異,價格低廉的聚烯烴塑料。使用LLDPE/LDPE兩種樹脂的共混體系作為基體樹脂,兩種樹脂的粘度不同,LLDPE的加入可以降低體系的粘度,從而增加顏料在樹脂中的分散性,提高分散效果,以達到提高色母粒質量的目的。同時,LDPE和LLDPE具有相近的分子結構,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達到降低成本的目的,具有相當的現實意義。1實驗1.1不同工業化企業實驗所用的原料如下。LDPE,1F7B,熔體流動速率7.5,燕山石化公司;線性低密度聚乙烯,TJZS-2650F,熔體流動速率50,中石化天津石油化工公司;炭黑,JE6500,中橡馬鞍山化學工業有限公司;低分子蠟,4型,北京化工大學精細化工廠。1.2模具、儀器和儀器雙輥混煉機,SK-160B,上海橡膠機械廠;小型試驗擠出機,SJ-20,哈爾濱塑機模具廠;光電分光光度計,72型,上海分析儀器廠;轉矩流變儀,PLV-151,德國Brabender;相差顯微鏡,NikonPFX,日本;圖像分析儀,德國IBAS。1.3工藝1.4分散劑的選用色母粒一般由載體樹脂、分散劑和顏料組成。本文主要考查LDPE和LLDPE兩種樹脂共混對染料分散性的影響,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。如果能使炭黑在樹脂中得到良好的分散,則其他的顏料都會分散的很好,因此本實驗選用炭黑作為顏料。分散劑也是母粒生產中不可缺少的成分之一,本實驗選用的分散劑為聚乙烯蠟。本實驗所選用的LLDPE相對分子質量較低,熔體流動速率大,因此以LDPE/LLDPE共混體系作為基體時,可以減少分散劑的用量,配方設計中考慮了不同分散劑含量對分散性的影響。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∶1,兩種樹脂的含量不同,對炭黑的分散效果分別有不同的影響。同時考查了LDPE/LLDPE為1∶1時,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。把所生產的母粒與LDPE混合后吹膜,其中炭黑在樹脂中的含量為1%,分別對所得的薄膜測黑度,利用相差顯微鏡照像觀察炭黑的分布和測粒度分布。2結果與討論2.1熔體流動性和轉速色母粒中載體樹脂的加工流動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動難易程度的度量,分子鏈越易運動,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,對炭黑-聚合物體系的剪切作用下降,不利于炭黑的細化。因此對于母粒基體體系而言,體系粘度既不能太高,也不能太低。本實驗所選用的LLDPE的熔體流動速率為50,在流變實驗中,轉矩值很小,而LDPE的熔體流動速率為7.5,轉矩值相對較大。不同配比的LDPE/LLDPE體系加入炭黑后,體系粘度也不相同。圖2所示是各體系時間-轉矩曲線。從圖2可以看出,LDPE的最高轉矩值和平衡轉矩值比LLDPE的對應值大得多,隨著LLDPE的加入,體系的粘度降低。也就是說LLDPE的加入,使LDPE的大分子鏈更容易運動,整個體系中,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驗數據中得到證實。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價炭黑色母粒中炭黑分散狀況的指標。當一束強度為I0的光照在黑色薄膜上時,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。設透射光強為I1,定義透射率(T)為:T=I1/I0×100%透射率反映薄膜的透光能力,其導數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,透射光的強度就越小,薄膜的黑度就越高,此時薄膜看上去就越黑。黑度可以用透射光密度計直接測量。薄膜的厚度用螺旋測微器測量,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,基體樹脂中的LDPE/LLDPE為1∶2和2∶1時,黑度都略有增加,而當兩種樹脂的比值為1∶1時的黑度值增加幅度較大,達到48.55%。由此可見,在配比為1∶1時,炭黑在樹脂中的分散較好。這一結果也證明了當載體的熔體流動性適中時,炭黑容易得到最佳的分散效果。2.3分散劑含量對薄膜品質的影響分散性也是影響顏料分散性的重要因素。當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。選前述實驗中得到最佳黑度的載體樹脂體系為基本配方,考察分散劑含量的變化對黑度的影響。當基體樹脂LDPE/LLDPE的配比為1∶1時,分散劑的含量分別為0、5%、10%時,混煉制得黑母粒,吹膜后對所得的薄膜測黑度。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LDPE與LLDPE的共混比為1∶1時,分散劑含量分別為0、5%、10%時,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%。當分散劑含量為5%時,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基體樹脂的潤濕,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,使炭黑在基體樹脂中更易分散,達到更好的分散效果,使得薄膜黑度提高。按常規量加入分散劑使體系粘度降低太大,剪切力太小,對力的傳遞作用減弱,反而使薄膜的黑度值降低。但完全不加分散劑效果也不好,這說明這一牌號的LLDPE作為載體樹脂使用時,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,放大倍數為100倍,觀察顏料的分散狀態。相差顯微鏡在普通光學顯微鏡間插入光柵,物鏡后焦平面處插入相板。光線穿過薄膜,由于粒子和樹脂折射率之差引起了光程差,兩個附件便可將其微小的光程差轉換成明和暗的圖像,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時作為基體的配方,炭黑粒子分散最好,粒徑均勻,且沒有團聚大粒子存在,而在LDPE/LLDPE為1∶2和2∶1時,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,沒有達到完全混合。從相差實驗的結果進一步證明,當LDPE和LLDPE的配比為1∶1時,炭黑在其中的分散性最好。而在單純使用LDPE作為基體時的相差照片中,有團聚的粒子存在,說明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炭黑粒度分布對材料粒徑的影響圖4為LDPE/LLDPE的配比為1∶1時,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的粒徑細小且分布最均勻,沒有拖尾存在,也就是說在薄膜中沒有炭黑團聚粒子存在。而其他三個配方中的粒徑分布較寬,并且都有炭黑團聚粒子存在。3炭黑母粒的表征(1)將LLDPE與LDPE共混作為黑母粒的載體樹脂,可以降低體系粘度,減少體系中分散劑的用量,達到提高炭黑分散性,提高黑母粒品質的目的。(2)LLD