Почему дисперсия определяет качество суперконцентрата

Дисперсия — это самый важный параметр качества при производстве суперконцентрата. Она описывает, насколько равномерно частицы пигмента распределены и уменьшены в размере в смоле-носителе. Плохая дисперсия приводит к видимым крапинкам, полосам и цветовым вариациям в готовой пластмассовой детали — даже если используются правильный пигмент и правильная дозировка. С технической точки зрения дисперсия включает два процесса: деагломерацию (разрушение агрегатов и агломератов пигмента) и распределение (равномерное распределение отдельных частиц в расплаве полимера).

Большинство сырьевых пигментов поступает в виде агломератов — скоплений первичных частиц, связанных силами Ван-дер-Ваальса, влагой и статическим зарядом. Первичная частица пигмента может составлять всего 0,05–0,5 мкм, но агломераты могут достигать 20–100 мкм. Эффективная дисперсия должна снова уменьшить эти агломераты почти до размера первичных частиц и удерживать их раздельно, чтобы они не реагломерировались при охлаждении.

Агломераты против агрегатов: что необходимо разрушить

Структура	Определение	Диапазон размеров	Задача дисперсии
Первичная частица	Наименьший отдельный кристалл	0,01–0,5 мкм	Целевой размер для оптимального цвета
Агрегат	Первичные частицы, сплавленные спеканием	0,1–2 мкм	Не может быть разрушен — должен быть смочен и разделён
Агломерат	Агрегаты, удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса	2–100 мкм	Должен быть деагломерирован сдвигом

Технический углерод — классический пример: его первичные частицы составляют 10–50 нм, но печной технический углерод поставляется в виде гранул 0,1–1 мм из плотно сплавленных агрегатов. Диоксид титана поступает в виде первичных частиц 0,2–0,3 мкм, которые легко образуют рыхлые агломераты. Задача экструдера суперконцентрата — смочить эти частицы полимером, а затем приложить сдвиг для разрушения агломератов.

Три механизма дисперсии

1. Смачивание: Диспергатор и расплавленная смола-носитель должны вытеснить воздух и влагу с поверхности пигмента. Смачивание — это лимитирующий первый этап: если пигмент не полностью смочен, никакой сдвиг его не диспергирует.
2. Деагломерация (сдвиг): Механический сдвиг от крутильных блоков двухшнекового экструдера разрушает агломераты. Более высокие скорости сдвига (300–800 об/мин) и более высокая вязкость (более низкая температура расплава) повышают эффективность деагломерации.
3. Стабилизация: Диспергаторы и полимерная матрица должны предотвращать реагломерацию. Стерическая стабилизация (цепи диспергатора, проникающие в полимер) и электростатическое отталкивание удерживают частицы раздельно после снятия сдвига.

Конфигурация шнека для оптимальной дисперсии

Двухшнековые экструдеры используют модульные шнековые элементы, расположенные вдоль цилиндра. Конфигурация с высокой дисперсией для цветного суперконцентрата обычно следует такой последовательности:

• Транспортные элементы: Перемещают материал вперёд и создают давление
• Крутильные блоки (30–45° вперёд): Умеренный сдвиг для смачивания и начальной деагломерации
• Крутильные блоки (90° нейтральные): Максимальный сдвиг для разрушения стойких агломератов
• Крутильные блоки (обратные): Обратное перемешивание для увеличения времени пребывания и распределительного смешивания
• Смешивальные элементы: Равномерно распределяют частицы в расплаве
• Вакуумная дегазация: Удаляет летучие вещества и влагу перед фильерой

Для рецептур с высоким содержанием пигмента (выше 40%) часто добавляется вторая зона кручения после порта подачи в середине цилиндра, либо используется внутренний смеситель Бэнбери для преддиспергирования перед экструдером.

Диспергаторы и технологические добавки

Диспергаторы — это низкомолекулярные добавки, которые покрывают поверхность пигмента и улучшают смачивание. Распространённые типы включают:

Тип диспергатора	Лучше всего для	Типичная дозировка
Воск (PE/PP/амидный)	Технический углерод, TiO2	2–8%
Стеарат (Ca/Zn)	Неорганические пигменты	0,5–2%
Полимерная технологическая добавка (PPA)	Плёнка, применения с высоким сдвигом	0,5–2%
Гипердиспергатор	Органические пигменты, технический углерод	2–10%

Измерение качества дисперсии

• Значение давления фильтра (FPV): Тест с сетчатым фильтром измеряет рост давления от недиспергированных агломератов. Более низкое FPV (ниже 50 бар) указывает на лучшую дисперсию.
• Микроскопический контроль: Тонкоплёночные или микротомные срезы исследуются при 100–400x. Не должно быть видно агломератов выше 10 мкм.
• Тест разбавления (drawdown): Суперконцентрат разбавляется в плёнку, затем визуально проверяется на крапинки и полосы.
• Лазерный дифракционный анализ размера частиц: Количественно определяет распределение размеров частиц после дисперсии.

Заключение

Дисперсия суперконцентрата — это баланс химии смачивания, механического сдвига и дизайна рецептуры. MHK Color сочетает выбор диспергатора, оптимизированные двухшнековые конфигурации и строгое тестирование FPV и микроскопию, чтобы поставлять суперконцентраты с субмикронной дисперсией и без видимых крапинок — даже в требовательных применениях тонких плёнок и волокон. Для рецептур, критичных к дисперсии, свяжитесь с нашей технической командой, указав вашу базовую смолу и требования конечного применения.