一、高浓度色母粒分散不足出颗粒的核心原因
高浓度色母粒颜料占比高,分散难度远高于普通色母粒,超分散剂选型和配比不当是分散不足的主要诱因,具体可分为三类情况:
(一)超分散剂添加量不足
超分散剂的核心作用是吸附在颜料颗粒表面,通过空间位阻作用解聚颜料团聚体,防止颗粒重新聚集。高浓度色母粒中颜料含量高,总比表面积大,如果超分散剂添加量不足,无法完全覆盖所有颜料颗粒表面,未被覆盖的颗粒会重新团聚形成大颗粒,最终在成品中形成可见的硬质颗粒,即便延长研磨时间也无法解决问题。
(二)超分散剂添加量过量
超分散剂添加量并非越多越好,过量添加会导致多余的超分散剂游离在体系中,破坏体系的相容性,引发颜料颗粒絮凝,反而会形成二次团聚颗粒;同时过量的超分散剂还会降低色母粒的热稳定性,加工过程中容易析出,影响塑料制品的表面性能,反而会增加色点产生的概率。
(三)超分散剂与颜料不匹配
不同类型的颜料极性、比表面积差异较大,对应的超分散剂种类也不同,比如有机颜料极性低,需要匹配锚固基团为亲油性的超分散剂,如果选错了适配无机颜料的极性超分散剂,就会出现吸附力不足,即便添加量符合要求,也无法稳定分散颜料,最终出现分散不足出颗粒的问题。
二、不同类型高浓度颜料的超分散剂配比范围
超分散剂的配比以“颜料质量占比”为计算基准,根据颜料类型、比表面积、颜料浓度调整,不同场景的合理配比范围如下:
(一)无机颜料类高浓度色母粒
无机颜料包括钛白、炭黑(普通炉法炭黑部分归类为无机)、氧化铁、碳酸钙等,比表面积普遍在5-50m²/g之间,极性较强,对应的超分散剂配比范围:
第一,常规浓度(颜料占比20%-30%):超分散剂添加量为颜料质量的3%-5%,钛白等比表面积较小的无机颜料取3%-4%,炭黑等比表面积较大的无机颜料取4%-5%;
第二,高浓度(颜料占比30%-50%):超分散剂添加量为颜料质量的5%-8%,随着颜料浓度提升逐步提高添加量,颜料浓度每提升10%,添加量提升1%-2%;
第三,高色素炭黑类无机颜料:比表面积可达到100m²/g以上,高浓度(40%以上)色母粒中,超分散剂添加量需要提升到颜料质量的10%-15%,才能完全覆盖颗粒表面,避免团聚出颗粒。
(二)有机颜料类高浓度色母粒
有机颜料比表面积普遍比无机颜料大,多数在30-80m²/g之间,极性低,分散难度更大,对应的超分散剂配比范围:
第一,常规浓度(颜料占比20%-30%):超分散剂添加量为颜料质量的5%-8%,偶氮类等易分散有机颜料取5%-6%,酞菁蓝、喹吖啶酮等难分散有机颜料取7%-8%;
第二,高浓度(颜料占比30%-45%):超分散剂添加量为颜料质量的8%-12%,随着颜料浓度提升逐步上调,有机颜料极性低,吸附需要更多超分散剂,因此添加量比同浓度无机颜料高3%-5%;
第三,高透明度有机颜料:这类颜料颗粒更细,比表面积更大,高浓度色母粒中超分散剂添加量需要提升到颜料质量的12%-18%,才能保证充分分散,避免出现颗粒。
(三)特殊颜料类高浓度色母粒
珠光颜料、荧光颜料、金属颜料等特殊颜料,对应配比范围需要调整:珠光颜料片状比表面积大,容易堆叠团聚,超分散剂添加量为颜料质量的2%-4%,添加量过高会破坏珠光光泽,过低会导致团聚;荧光颜料极性特殊,超分散剂添加量为颜料质量的6%-10%,高浓度下提升至10%-12%;铝粉等金属颜料,添加量为颜料质量的1%-3%,过量会导致金属光泽下降。
三、超分散剂配比的调整与验证方法
确定基础配比后,需要通过小试调整确认最优配比,避免出现分散问题:
第一步,做梯度配比测试:以基础配比为中心,设置±2%的梯度,比如基础配比为5%,设置3%、5%、7%三个梯度,按照相同工艺生产色母粒,对比分散效果;
第二步,检测分散效果:采用过滤法检测,将熔融色母粒通过200目滤网过滤,过滤后滤网残留颗粒越少,说明分散效果越好;也可以将色母粒吹成薄膜,观察薄膜中色点数量,色点越少分散越好;
第三步,调整配比:如果低配比还有颗粒,说明添加量不足,逐步提高添加量;如果提高添加量后仍然有颗粒,说明超分散剂类型不匹配,需要更换锚固基团适配的超分散剂;如果出现析出、发粘,说明添加量过量,适当降低添加量即可。
另外,生产工艺也会影响配比,采用连续双螺杆挤出比密炼机生产,剪切更强,分散更好,超分散剂添加量可降低0.5%-1%,不需要额外提高配比。