综合信息
炭黑在塑料制品中应用
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的工程塑料都离不开炭黑。炭黑是塑料的着色剂、老化剂和抗静电剂。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。不同用途的塑料制品对炭黑性能有不同的要求。
一、炭黑对塑料性能的影响
炭黑的原生粒径、结构、孔隙率和表面官能团等基本性能，对塑料性能有较大影响，具体如下：
1、炭黑的原生粒径
(1)决定炭黑的黑度，炭黑粒径越小或比表面积越大，黑度越好；
(2)决定炭黑的着色力，炭黑粒径越小或比表面积越大，着色力越强；
(3)决定炭黑的能力，炭黑粒径越小或比表面积越大，的能力越强；
(4)决定炭黑的导电率，炭黑粒径越小或比表面积越大，导电率越高；
(5)决定塑料的粘度，炭黑粒径越小或比表面积越大，粘度越强；
(6)决定炭黑的分散性，炭黑粒径越小或比表面积越大，分散性越低；
(7)决定炭黑和塑料的吸水量，炭黑粒径越小或比表面积越大，吸水量越强；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。
2、炭黑的结构
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。
(1) 炭黑结构越高，越降低炭黑的黑度和着色力；
(2) 炭黑结构越高，越可提高炭黑的分散性和增大塑料的粘度；
(3) 炭黑结构越高，炭黑的导电率越高；在导电炭黑的使用中，可以减少炭黑的使用量。
3、炭黑的孔隙率
炭黑孔隙体积与结构呈正比例关系，结构越高炭黑的孔隙体积越大，所以孔隙体积是炭黑结构的量度。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。
4、炭黑表面官能团
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。炭黑表面官能团越多，挥发物量越高，pH值越低，则炭黑的电导率较低，越可提高炭黑的润湿性和增加炭黑的吸水率。
二、炭黑的分散设备
砂磨机是依靠高速旋转的分散盘作用于分散介质所产生的离心力来提供分散剪切力；而球磨机是依靠重力来提供分散剪切力。砂磨机所用分散介质有钢珠、玻璃珠以及陶瓷珠等。当砂磨机分散时，分散介质趋向于均匀地分布。当减少分散介质在体系中的质量分数时，分散介质之间的距离将会增大，这样就会降低炭黑的分散效率。调整分散介质的数量和粒径，可使炭黑的分散效率达到高。
三辊机的主要作用是依靠压力和剪切力来克服炭黑的内聚力，达到粉碎和分散炭黑的目的。辊筒的温度应严格控制，避免忽高忽低，影响体系的粘度，影响炭黑的分散。为充分发挥炭黑的特性，分散研磨前应将炭黑和树脂混合均匀，用树脂代替炭黑孔隙内的空气和水分，用分散设备提供的剪切力，将炭黑中大的附聚体研磨分散成小的附聚体或聚集体，以使炭黑达到较好的黑度、色相、着色力、光泽、稳定性和流动性。
不是所有的分散设备都需要预先将炭黑和树脂进行预混合。但为了确保塑料在挤出时达到好的效果，必要的预混合还是需要的，以确保树脂熔融时和炭黑充分混合，减少达到分散要求的研磨时间。
三、炭黑的填充量
不同的塑料要求不同的分散水平。为降低塑料的成本，炭黑的用量要求尽可能地高，但研磨设备的性能和类型将对炭黑的分散产生重要的影响。塑料性能的不足基本上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。
四、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。如果炭黑的分散和稳定性不能满足要求，会影响塑料制品的性能。
"絮凝"、"返粗"、"团聚"是颜料浆中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、添加剂的应用和其他技术的运用。颜料浆分散不好，将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、混合条件来解决。
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。
橡胶和塑胶产品是炭黑的主要应用行业。随着塑料工业的发展，塑料对炭黑的要求越来越高。炭黑生产企业应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，使炭黑的质量能更好满足塑料工业的发展需求。
