炭黑在塑料中的应用

炭黑是塑料的着色剂、防紫外线老化剂和抗静电剂。随着塑料行业的发展，炭黑在塑料行业的用量也越来越大，从普通的日用塑料到高档的工程塑料都离不开炭黑。和橡胶行业用炭黑相比，塑料的炭黑用量虽然不多，但它对塑料性能的影响很大，因此，对塑料用炭黑的性能要求更加严格，不同用途的塑料制品对炭黑性能有不同的要求，现对炭黑在塑料中应用作一介绍。 
1炭黑基本性能炭黑基本性能，原生粒径、结构、孔隙率和表面官能团，对塑料性能的影响如下：
1．1炭黑原生粒径小(比表面积大)(1)可以提高炭黑的黑度；(2)可以提高炭黑的着色力；(3)可以增强炭黑抗紫外线的能力；(4)可以提高炭黑的电导率；(5)能增大塑料的粘度；(6)降低炭黑的分散性；(7)增加炭黑和塑料的吸水量。炭黑的吸水量与炭黑的氮吸附比表面积有很大的关系。当与树脂混合制成塑料时，炭黑的原生粒径将是影响塑料吸水量的主要因素。 
    1．2炭黑结构高(1)会降低炭黑的黑度和着色力；(2)可以提高炭黑的分散性；(3)可以增大塑料的粘度；(4)提高炭黑的电导率；(5)在导电炭黑的使用中，可以减少炭黑的使用量。炭黑结构是炭黑链枝程度或炭黑聚集体大小的表示法。炭黑结构分为一次结构，或称原生结构和二次结构。一次结构是指原生聚集体形成的结构，原生结构比较牢固，不易破坏，所以一次结构是在塑料体系中实际存在的结构。二次结构是炭黑聚集体靠范德华力凝聚形成的附聚体，二次结构不牢固，易在塑料加工过程中受到破坏。炭黑孔隙体积与结构有直接关系，结构高的炭黑存在着较大的孔隙体积；结构低的炭黑则孔隙体积较小，所以孔隙体积是炭黑结构的量度。一般炭黑孔隙体积通过吸液法和压缩比容法测定。炭黑孔隙体积在一定程度上影响一定粒径的炭黑的“重量”，因此，加入相同重量、但孔隙体积较大的炭黑，能增加炭黑粒子在塑料中体积数量，同时也提高了塑料制品的电导性。 
    1．3炭黑表面官能团多(挥发物量高，pH值低)(1)降低炭黑的电导率；(2)提高炭黑的润湿性；(3)增加炭黑的吸水率。炭黑表面官能团是在炭黑离子表面生成的含氧基团，它影响着炭黑许多理化性能。炭黑的表面官能团主要是一些酸性的表面基团，主要包括羧基、酚羟基、醌基和内酯基等。炭黑表面官能团的多少是由一定温度和环境条件下，反应一定时间后，通过测量炭黑的减量来表示的。另外，影响塑料性能的其他因素还有炭黑中硫分、灰分、杂质等，还有炭黑的物理形态，如粉状或粒状。 
   
  2炭黑的填充量
为降低塑料的成本，炭黑的用量要求尽可能地高，但是，研磨设备的性能和类型将对炭黑的分散产生重要的影响。不同的塑料要求不同的分散水平。在许多情况下，塑料性能的不足可以直接归因于炭黑分散的不足，如电缆外壳和光纤等塑料产品，要求炭黑的分散水平能达到更高层次。对于性能要求很高的塑料，炭黑的充分分散是非常重要的。如果能最大限度地提高炭黑的分散水平，可以使塑料的颜色、色相、粘度、光泽、稳定性以及挤出特性等达到更好的要求。 
 

3炭黑的分散稳定性
炭黑分散的目的是为了满足客户对塑料制品性能的要求；然而，由于炭黑的分散和稳定性有时不能满足要求，会影响塑料制品的性能。下面我们对一些常见的问题进行分析。(1)“絮凝”、“返粗”、“团聚”是颜料浆中最常见的一些分散问题。它们是因为炭黑粒子之间的布朗运动产生的。要达到理想的分散，有赖于分散设备的提高、添加剂的应用和另外一些技术的运用。(2)颜料浆分散不好，导致塑料制品的黑度下降，偏棕色，光泽差。这些问题可以通过加大分散力度解决；也可以通过调整炭黑的填充量来完成；也可以通过增加混合的时间、改善混合条件来解决。(3)塑料粘度高与炭黑添加量过多有关，而且添加量大，可能会导致塑料过热。温度过高会对热敏性聚合物产生不良反应，造成体系过热，引起凝胶的产生；还会降低炭黑的分散质量和体系的稳定性。因此，减少炭黑的添加量或控制好适当的温度有助于减轻问题的产生。随着塑料工业的发展，塑料对炭黑的要求越来越高。作为炭黑生产企业，必须紧跟塑料工业发展的步伐，在炭黑的质量、产品性能和应用性能上下功夫，不断创新，使炭黑的质量能更好满足塑料工业的发展需求。