(五)填料對炭黑分散的影響
粉末狀固體填料在塑料加工工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。用填料來填充塑料制品，通常是為了提高制品的強(qiáng)度與剛度，改善某些應(yīng)用性能或賦之以特殊性質(zhì)。當(dāng)然， 降低制品的生產(chǎn)成本也是填料使用的主要目的。
目前，根據(jù)不同的要求，常用于塑料中的粉末固體填料有滑石粉、高嶺土、木粉、煤粉等，但最為常用和通用的是碳酸鈣(CaCO3)。作為填料使用的碳酸鈣，要求具有一定的細(xì)度。另外，為了增加碳酸鈣與被填充樹脂的相容性，常用有機(jī)酸、偶聯(lián)劑等對其進(jìn)行表面處理。
1.碳酸鈣對色母粒中炭黑的助分散作用
炭黑色母粒是否也能用碳酸鈣來填充呢?填充了CaCO3的炭黑色母粒，除了生產(chǎn)成本的降低以外，其關(guān)鍵性能，如炭黑的分散及者色力，會受到何種影響?為了解答這個疑問，選用不同細(xì)度的CaCO3分別填充提黑色母粒，面后進(jìn)行薄膜黑度實驗。炭黑色母粒中以聚乙婚蠟作為分散劑，用量固定為15%，CaCO3經(jīng)過偶聯(lián)劑表面處理，填充依度均為20%。
實驗結(jié)果表明，炭黑色母粒中混入CaCO3后，著色力有所提升，炭黑的分散有一定改善。CaCO3的目數(shù)越高(粒度細(xì))，作用就越明顯。在本實驗條件下，1000目的CaCO3(平均粒徑5~15μm)能使著色薄膜的黑度提高21.9%。
顯然，填充于炭黑色母粒中的CaCO3對炭黑的分散有促進(jìn)作用。從這個意義上講，可以把CaCO3作為一種助分散劑來看待。粒度越小，CaCO3的助分散的能力就越高。
出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，作者認(rèn)為應(yīng)在于以下三個方面。
首先，CaCO3的填充明顯增加了母粒體系的黏度，增大了傳遞到炭黑團(tuán)聚體的剪切力。由于CaCO3的存在并不會降低樹脂介質(zhì)對炭黑的親和性和潤濕性，所以炭黑的分散因團(tuán)聚體破碎效率的提高而改善。CaCO3增黏作用的大小與其粒度有關(guān)—粒度越細(xì)，增黏作用就越明顯。這是因為對處于黏流態(tài)的樹脂熔體來說，固體填料粒子起到所謂“物理交聯(lián)點(diǎn)”的作用，由于每一CaCO3粒子表面都結(jié)合有一定數(shù)量的聚合物分子鏈段，致使樹脂熔體的黏性流動受到阻礙。CaCO3的粒度越細(xì)，單位質(zhì)量中的表面積就越大，所結(jié)合的聚合物分子就越多，體系自然會表現(xiàn)出更多的黏度上升。
其次，與炭黑團(tuán)聚體相比，CaCO3粒子較硬。當(dāng)填充了CaCO3的炭黑色母粒體系受到混煉時，硬質(zhì)的CaCO3粒子對炭黑團(tuán)聚體起到研磨與沖擊的作用，促使其破碎細(xì)化。從這個意義上講，CaCO3,粒子對炭黑團(tuán)聚體起到的是一種類似于“砂磨”的作用。CaCO3的粒度越細(xì)，這種“砂磨”作用就越有效。
最后，對于破碎細(xì)化后的炭黑粒子而言，母粒體系中的CaCO3粒子起到一種阻擋與隔絕作用，能有效地防止上它們重新聚集。顯然，CaCO3的粒度越細(xì)，單位質(zhì)量中粒子的數(shù)目就越多，表面積也越大，這種對炭黑粒子的阻隔作用就越顯著。
2.碳酸鈣的用量對炭黑分散的影響
用CaCO3填充炭黑色母粒，不但可以降低生產(chǎn)成本，還能夠在一定程度上改善炭黑的分散，提高母粒的著色力。CaCO3的填充量如何確定?如果單從降低成本的角度考慮，當(dāng)然越多越好;如果僅從體系加工性能的角度考慮，應(yīng)該越少越好，否則會增加擠出的難度和設(shè)備的磨損。如果從助分散的角度來考察，又應(yīng)該是怎樣的種規(guī)律?將CaCO3以不同濃度填充于炭黑色母粒，而后進(jìn)行薄膜黑度實驗。母粒中以聚乙烯蠟作為分散劑，用量10%; CaCO3的目數(shù)1000,經(jīng)過表面處理。
實驗數(shù)據(jù)表明，CaCO3作為助分散劑使用時，存在最佳用量范圍。在該實驗條件下，這個最佳用量區(qū)域在10%左右，此時色母粒中炭黑的分散達(dá)到最佳狀態(tài)。母粒中過多地使用CaCO3，不但起不到助分散作用，反而會使炭黑的分散變差。由曲線走勢判斷，CaCO3的這一極限用量大致在30%以后。
