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公司新聞絳縣開發區路銀特種炭黑
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炭黑及其他顏料分散前的形態,通過生產過程得到的原始顏料稱為濕濾餅,還需進一步商品化處理,包括粉碎和干燥等過程。在干燥過程中,較細的顏料顆粒會產生凝聚,使其粒徑較原始顆粒大許多倍,因而不能直接用于著色,必須要進行分散處理。炭黑顏料的質量,除了色光、著色力、遮蓋力、各種耐性等性能要求以外,分散性或易研磨性是一項很重要的指標。顏料的分散性直接關系到所生產的油墨和涂料的色強、細度、光澤度等重要的質量指標,分散效果好的還可以縮短生產涂料時的研磨工時。
(一)炭黑的分散
一般炭黑顆粒是指比團聚體還大的粒子,粒徑在250μm至750μm(相當于通過60至200目篩)。根據德國標準協會(German Standard Organization)命名法,認為顏料顆粒狀態可分為:原生顆粒、凝聚體和團聚體。原生顆粒(German Standard Organization)是單晶、塊狀、球形或微晶組成的大晶體形式存在;凝聚體(Aggregates)是由原生顆粒表面彼此吸附而成;團聚體(Agglomerates)是由原生顆粒或凝聚體疏松的組合,或者是這兩者在邊、角上相互吸附而成的混合物。
作為使用者來講,任何商品形式的顏料都要求容易均勻分散,能制成持久穩定、無凝聚、無沉降的懸浮物料。上世紀七十年代以來,顏料的加工處理技術已有很大發展,包括顏料顆粒的表面處理和顆粒的晶相調整等,但還不能滿足使用者對其的要求。
一般情況下,炭黑的分散過程可以分為三步:潤濕→細化→穩定化混合分散。******步是使用潤濕劑潤濕顏料,使顏料之間的凝聚力減小,便于第二步顏料的粉碎和細化。粉碎細化后的顏料進一步再做包覆處理,由于顏料經分散細分后,粒徑減小,表面積增大,顏料表面自由能也增加,造成細化的顏料不穩定性。所以,當機械研磨能去除以后,顏料粒會再凝集起來。為此,在顏料研磨后形成新的表面時,在其表面應吸附一層包覆層,使顏料的表面能降低。當帶有包覆層顏料的結合體再度碰撞就不會凝聚起來。降低新形成的接口表面能,以便在進一步加工時,不至于使顏料產生再凝聚現象。第三步是將細化后的顏料在熔體中能均勻分散。由于細化了的顏料表面積增加,進而表面能提高,導致顏料的穩定性降低,顏料之間就容易相互凝聚起來,從而使表面能降低至穩定的狀態。由于吸附了一層包覆層,也使能量下降,比之前的狀態要穩定,所以達到了顏料細化的目的。
(二)炭黑及其他顏料分散的辦法
大體上講,顏料的分散方法大致有下列三種:干混合法、融體剪切法和液體研磨法。干混合法是指顏料與樹脂由低到高速強度下混合,顏料分散主要通過沖擊研磨而實現的,其主要設備有高低速混合機;融體剪切法是指在捏合作用下,通過熔化樹脂傳遞大剪切應力;液體研磨法則是指通過液態載體的沖擊式剪切力來分散顏料。
目前,市場上能比較好地解決顏料分散性的產品主要有以下幾種商品形式:預分散顏料色片、漿狀顏料和色母粒等三種。除此之外,還有一些如色餅、色膏等針對性很強的產品。
一是由專業生產廠家將炭黑加工成色片(Pigmented chips,Color chips)。所謂顏料色片,也稱固體色漿、色粒、干片、切片、預分散顏料,指的是顏料和指定載體樹脂的固態均勻混合物,也就是預分散在樹脂中的高濃度顏料。預分散顏料色片中的顏料含量比較高,根據體系的不同,一般可以在50-70%之間,載體樹脂的含量比例在30-50%左右,某些如*********(N/C)體系的顏料色片品種還含有環保的增塑劑。預分散顏料色片,等同于給油墨制造商按比例配制好的顏料和樹脂,它可以被直接裝入油墨配方,也可以先按色漿的要求先分散成半成品——色漿,再以色漿加入調墨油的形式混合制成油墨。由于預分散顏料可以很容易地在高速分散機上進行分散,其分散細度完全可以滿足一般油墨的要求。由此可見,易分散性是它的******優勢。如果對油墨產品的細度要求很高,或者說要求有納米級效果,可以對半成品色漿進行一次快速砂磨處理,得到的色漿性能可以用“極好的******狀態”來形容,不管是色澤、光澤和亮度都是無與倫比的。預分散顏料的市場推廣應用,有一個價格因素在制約。筆者一直希望其能進行大規模的商品化生產,從源頭上降低成本。如能和顏料生產廠家一起研究開發,不僅能從原材料成本上控制,更能從技術、服務上得到長足進展。
二是由生產廠直接制成漿狀顏料(色漿,Color paste),由油墨、涂料生產廠在生產時直接加入配方使用,從而可以省卻費時費力的研磨作業工序,得到效果比較滿意的產品。典型意義上的漿狀顏料(色漿)是指顏料生產廠將顏料濕濾餅,采取脫水步驟后,把顏料分散到各種基料中去,制成一種色漿。一般有機顏料比重小,色漿的顏料含量也較低;而無機顏料的比重大,則可達到較高的顏料含量。漿狀顏料可保持顏料沉淀時的顆粒尺寸,特點是細度好、色澤也較鮮明、著色力也較高。
三是色母粒。色母粒(Color Master Batch)是指顏料按20%-80%的比例經研磨或雙螺桿擠出均勻地分散到樹脂中而制得的顏色顆粒,美國稱之為顏料濃縮物(Pigment Concentration)或顏料制備物(Pigment Preparation)。它具有著色效果優越、便于自動計量和運輸、節約能源、無粉塵、無污染等優點,在[wiki]塑料[/wiki]等材料的著色中應用普遍。這其中,載體是色母粒的重要組成部分,其作用是增強顏料與要著色的樹脂之間的親和力和提高著色組分與樹脂的分散與混合。用茂金屬催化法合成的樹脂作載體能大大提高顏料在色母粒中的協同效應和分散性。由于顏料在色母粒中分散性提高,更可獲得一個更均一的相,因此,可以做到顏料用量更少,卻能同時保持高著色質量效果。這是因為茂金屬催化法合成的樹脂與Z-N催化法合成的樹脂不同,茂金屬催化法合成的樹脂作載體能制備高濃度的色粒,顏料含量更可達80%。除此之外,色母粒中用茂金屬催化法合成的樹脂作載體,不僅會使著色容易,還能使色母粒產生美觀感,而且對著色產品的力學性能也有改善,這是因為顏料分散好以后,結晶性可以提高,得到的制品的耐應力、開裂性能相應提高。
(三)炭黑色片的生產與前景
1、生產色片的主要方法
目前主要的通用方法有混煉法和擠水法。前者主要是將顏料和纖維素、增塑劑、穩定劑和樹脂等混合后,在加熱的混煉機上進行熔融混煉,直至均勻,然后拉成片狀,冷卻后,以粉碎機粉碎成預分散顏料色片。擠水法生產,則是通過對顏料濾餅和纖維素、增塑劑、穩定劑及樹脂等混合后擠壓,直至均勻,再將其進行脫水后處理,拉成片狀,粉碎成顏料色片。
2、炭黑色片的生產設備
主要的設備是開放式煉塑機,也稱二輥機。它通過兩個具有一定速度差的轉動輥筒對物料進行混合、塑化。兩輥相向旋轉使物料在輥筒隙間受到強烈的擠壓和剪切,從而達到顏料分散和混合均勻,混煉均勻出片后,冷卻切粒即可。一般影響開煉機塑化質量的因素主要有:輥筒的溫度、輥筒間距、前后輥筒速度、物料堆放量及混煉次數。該設備用于小型生產的較多,也有廠商用于生產色母粒和碳酸鈣填充母粒。
3、色片的發展方向
色片的發展,和高性能的顏料發展一直是同步的。性能的卓越性、應用時的持久性和對供應鏈中所有部分高附加值的經濟性是當今******有機顏料的發展方向。其特點是具有非常高的著色力,無與倫比的鮮亮色澤,以及在幾乎所有塑料中很好的耐光性和耐熱性。 它們具有優異的耐光性和耐候性、高度熱穩定性和令人滿意的抗色移性。它們具有優異的整體耐受性能以及熱穩定性和色遷移穩定性。
在涂料、油墨的生產中,分散是一個復雜且耗費成本的過程。誰都希望在簡化步驟的同時,能得到可重復生產的高色強度和高質量。在使用特種炭黑的領域中,顏料色片很好地解決了性能不穩定、色濃度差、研磨費時等難題。炭黑的易分散化是需求者***希望獲得的特性,如奶粉和速溶咖啡的出現,只要攪拌就會很容易地分散于媒體中的顏料,是使用者***為理想的狀態??梢圆豢鋸埖卣f,由于色片的出現和表面處理的工業化發展,加上新型分散劑的開發和分散機的進步,顏料的分散變得比往年更加地容易了。本身,粉體炭黑飛散所致粉塵污染,從作業環境來看絕不是一件好事,所以,通過炭黑的珠?;㈩w?;?、片狀化及添加飛散防止劑等手段,使得非飛散性且容易計量的炭黑得以普及,這也是色片生存和發展的土壤。
今后隨著使用者需求的多樣化,逐漸需要以多品種、少批量生產來迎合市場。由于多品種、少批量生產一定會提高制品的成本,所以,由特定顏料色片制造商集中生產顏料色片制品,各油墨制造商以自己的品牌和銷售途徑提供給需求者的方法會日趨增加,這是大勢所趨。
隨著顏料色片行業競爭加劇,中國顏料色片工業將被迫進入調整,其必將按照******發展規律運行,一場真正的較量也將會烽煙四起。
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