塑料配色和颜料分散是色母粒行业两大技术核心,这决定了色母粒生产绝非简单的颜料与树脂造粒工序。色母粒行业立足的根本是做好颜料分散和精确配色,而其中分散技术更是基础中的关键。
熔体剪切法
颜料在塑料中的分散方法主要是熔体剪切法,这是塑料工业中最常用的一种颜料分散方法。
熔体剪切法就是颜料被树脂熔融体包裹润湿并通过熔融体运动时传递的剪切应力所分散,是由机械运动带动流体(熔融体)运动,并由流体运动速度差与流体黏度共同作用而产生,所以色母粒配方设计首先从熔体剪切力这一着眼点考虑出发。
本篇文章将带领大家一起探讨在不同加工剪切力时,熔体配方设计的考量。
熔体加工剪切力足够大时
配方设计的考量
如果色母粒加工设备的剪切力足够大,当树脂熔融后能通过树脂的黏度把颜料分散,当剪切力达到一定程度时,颜料相发生断裂而被撕碎,颗粒尺寸变小,树脂熔体迅速对颜料润湿,黏度逐渐降低至黏流态时,较小颗粒渗入到聚合物内,在流场剪切应力的作用下,进一步减小粒径,直到颜料颗粒的团聚体被破碎并接近至初级粒子的状态得以均匀分散在聚合物中。最终颜料微细颗粒在流场的持续作用下被高度均匀地混合分布,见图1-25。
需要说明的是,具有这么强的剪切力的色母粒制造机械是密炼机、连续密炼机(FCM)或双转子连续密炼机(LCM)。
密炼机或连续密炼机是制造色母粒最好的设备,但其剪切力大、设备大、投资大,换品种工序多,清洗设备困难,只适合黑、白色母粒两大品种,对于彩色多品种、小批量的色母粒,因换色清洗等原因就不太合适了。
对于一些特殊品种(如PE压力管),选用连续密炼机(FCM),配方中绝对不宜加入低分子物,否则会影响材料的性能。但如果产品性能没有特殊要求,在配方中选择加入少量低分子物(如聚乙烯蜡),可大大改善色母粒加工性能。
熔体加工剪切力不够大时
配方设计的考量
如果色母粒加工设备的剪切力不够大,不足以将颜料分散至满意的结果,那就需要先对颜料进行润湿。这是因为润湿剂在颜料粒子聚集体中的微小间隙作毛细管渗透,由于毛细管渗透,颜料粒子间凝聚力降低了,在机械力的作用下,就很容易被粉碎。因此颜料的润湿速率对于分散总速率和质量,是一个决定性的因素。
综上,色母粒配方设计需以熔体剪切力为核心:剪切力充足时,平衡颜料、载体等配比;不足时,借助润湿剂体系优化。实际生产中,设备选型与配方设计需协同,将剪切力与配方结合,才能兼顾产品性能与生产经济性。
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