选择合适的导电炭黑类型
不同类型的导电炭黑在结构、粒径和表面性质等方面存在差异。例如,高结构导电炭黑具有较多的分支和链状结构,在 PP 中更容易形成导电通路,同时其复杂的结构也有助于分散。一些经过特殊表面处理的导电炭黑,如表面带有官能团的炭黑,能更好地与 PP 分子链相互作用,从而提高在 PP 中的分散性。
粒径较小的导电炭黑比表面积大,相互之间容易团聚,但如果粒径适中,如纳米级别的导电炭黑,在经过适当的分散处理后,可以均匀地分布在 PP 中。比如,粒径在 20 - 50nm 的导电炭黑,在与 PP 混合时,通过合适的工艺可以达到较好的分散效果。
使用分散剂
小分子分散剂:脂肪酸类分散剂是常用的选择。例如硬脂酸,它可以吸附在导电炭黑的表面,降低炭黑颗粒之间的相互吸引力。在 PP 加工过程中,硬脂酸的存在使炭黑颗粒更容易彼此分离,进而均匀地分散在 PP 基体中。
高分子分散剂:具有锚固基团和溶剂化链段的高分子分散剂效果显著。锚固基团能够牢固地吸附在导电炭黑的表面,溶剂化链段则与 PP 基体相容。比如,一些含有马来酸酐基团的高分子分散剂,马来酸酐基团可以与炭黑表面的活性位点结合,而分子的其余部分则伸展在 PP 中,像 “桥梁” 一样将炭黑分散开来。
优化加工工艺
混炼方式和参数调整:采用双螺杆挤出机进行混炼通常比单螺杆挤出机更有利于导电炭黑的分散。在混炼过程中,适当提高混炼温度和延长混炼时间有助于改善分散性,但要避免 PP 过度降解。例如,对于 PP 和导电炭黑的混炼,温度可控制在 180 - 220℃,混炼时间根据螺杆转速和填充量等因素,可设置在 5 - 10 分钟左右。
剪切强度控制:通过调整加工设备的剪切强度来打散炭黑团聚体。在双螺杆挤出机中,可以通过改变螺杆的结构参数(如螺距、螺纹深度等)来控制剪切强度。较高的剪切强度能够使导电炭黑颗粒受到更大的外力作用而分散开,但是剪切强度过高可能会破坏炭黑的结构或导致 PP 性能下降,所以需要找到合适的平衡点。
对导电炭黑进行预处理
机械研磨或气流粉碎:在添加到 PP 之前,通过机械研磨或气流粉碎将导电炭黑颗粒进一步细化。较小的粒径可以降低炭黑颗粒之间的团聚倾向,使它们在 PP 中更容易分散。例如,采用气流粉碎技术可以将炭黑颗粒的粒径减小到更合适的范围,并且使颗粒的粒度分布更窄,有利于均匀分散。
表面改性:通过化学方法在导电炭黑表面引入官能团,如羟基、羧基等,来改善其与 PP 基体之间的相容性。例如,使用硅烷偶联剂对炭黑进行表面处理,偶联剂的一端与炭黑表面的官能团反应,另一端则可以与 PP 中的官能团或化学键结合,从而提高导电炭黑在 PP 中的分散性。