塑料中炭黑分散性的測試評價方法

2023-06-04 01:13:56 1

專利名稱：：塑料中炭黑分散性的測試評價方法
技術領域：
：本發明是一種塑料中炭黑分散性的測試評價方法，用於塑料加工應用行業。炭黑，在塑料中是一種非常有效的光屏蔽劑和耐熱性抗氧劑，集耐光、耐熱、染色於一體，越來越多地用於塑料製品中。炭黑在塑料中的分散性直接影響塑料製品的性能和使用壽命。因此檢測炭黑在塑料中的分散性至關重要。在此所說的分散性包括兩個方面，一是指炭黑附聚體(炭黑顆粒)在塑料中細化分離的程度，定義為分散度;其次是指炭黑在塑料中分布的均勻程度，定義為混均度。現有技術中炭黑分散性的測試方法主要有分光光度法、顯微鏡法、擠出屏網法及壓力降法等。其中方便宜用的是顯微鏡法，如美國的ASTMD3015和英國的BS3412。其中BS3412方法是按規定製取試片，然後在顯微鏡下觀察並與7種標準圖片對比來評定分散度等級，再將炭黑在塑料中混合分布的圖案與另一個標準圖片對比來評定混均度。ASTMD3015法在評定分散度方面與BS3412法基本相同，只是增加了用柵格式標尺測出炭黑最大顆粒直徑。上述方法存在如下缺陷1.這種用顯微鏡下的圖象與標準圖樣對比來評定分散度的方法，其偏差較大而且往往因人而異，所以其準確性比較差。2.在評定混均度時BS3412法只是與一張標準圖案來對比，而實際上由於炭黑種類混煉設備和混煉條件的不同，所可能產生的圖案遠遠不止一兩種，而該方法只有一個圖案顯然不能適應多種情況比較的需要。本發明的目的是提供一種簡便可行的能夠確切地評價塑料中炭黑分散性的科學方法。上述目的是通過如下方案來實現的首先按照與現有技術相同的方法製備試片6個，將試片分別置於100倍光學顯微鏡下觀測，在規定的顯微視場內將炭黑顆粒按尺寸大小分級並規定相應的計權係數，然後將各級炭黑顆粒的數目乘以相應的計權係數求得總和Q，將Q值代入一個公式中，使得數符合人們評分的習慣，另外採用與多種典型標準圖樣相對比並輔以將圖象分級計數的辦法來評定混均度。最終，以分散度和混均度來綜合評價樣品的分散性。2.不同尺寸的炭黑顆粒對塑料性能的影響是不同的，按照其影響作用的大小給予各等級炭黑顆粒以相應的計權係數。3.將各級炭黑顆粒數N1-N2……Ni分別乘以其相應的計權係數C1，C2……Ci，求其總和Q，則Q＝C1N1+C2N2+……CiNi;4.在大量試驗和剖析國內外樣品的基礎上分析綜合得出一個經驗公式，將所得Q值代入公式即得出分散度評價值D，即D＝100-Q/M式中M＝25-50b.根據D值的大小對所測的樣品作出評價。二.混均度評定1.在大量分析研究國內外各種樣品和充分試驗的基礎上歸納出多種典型的供對比用的標準圖樣，這些標準圖樣基本上代表了目前世界上常見的炭黑在塑料中混合分布的狀況。2.在已有經驗和大量試驗的基礎上指定某幾種圖樣是不合格的混合狀態，另外某幾種是優等的混合狀態，另外又有些圖樣採取分級計數處理，按此計數評定其混均度。本方法不僅適用於測定炭黑在塑料中的分散性，而且也適用於各種深色顏料或某些添加劑在塑料中分散性的測試和評價。上述顆粒等級劃分和相應計權係數的確定是科學的和切合實際的，我們選定了在100倍顯微鏡下可分辨的最小顆粒定為一級，該尺寸為3-8μm，二級之持各級之差和間隔為6～12μm，則一級為3～8μm，二級為8-14μm，三級為14-20μm，……。這裡所列尺寸均計其當量直徑。各級的計權係數是根據它們的面積和危害程度而定，其中面積的計權就按其顆粒的面積之比而計，其危害程度的計權則從第三級開始按自然數的平方依次增加，如三級為1，四級為4，五級為9，六級為16……。取面積計權與危害程度計權之和為各級相應的計權係數。現將分級與計權係數歸納如表1。本發明與現有技術相比具有明顯的優點並且在實用中取得非常積極的效果。本發明採取觀測顆粒尺寸和數目的方式來評價分散度，這比用圖樣對比顯然確切得多，便於定量評價。在評定混均度時，本發明使用了多種(比如6種)不同混合狀況的標準圖樣，基本包括目前國內外常見的塑料混煉設備加工製備的專用料和製品所出現的各種情況，從而克服了前面所述已有技術存在的缺陷。從而可以方便準確地測得試樣的分散性的兩個重要指標-分散度和混均度。在國家「七五」攻關項目「HDPE燃氣管道專用料研製」過程上，開始我們曾試圖用美國ASTMD3015和英國BS3412法來判定炭黑在樹脂中的分散性，但因標準照片均為複印件畫面顆粒已模糊不清，且整個圖面比較因人而異偏差大，評價結果與實際情況相差甚遠。因此，我們不得不探求建立新的更科學的方法，經過大量試驗和研究，最終確立了本發明所公開的這種方法，並首先在國家科委「七五」攻關項目燃氣管專用料的研製過程中採用，對準確地選擇炭黑混煉設備和混煉條件提供了可靠的評價手段。解決了科研中一大難題，取得了令人滿意的效果。圖1是條紋類標準圖樣，圖2是花巖類的標準圖樣，圖3是鳳尾類標準圖樣，圖4是花斑類標準圖樣，圖5是宿墨類標準圖樣，圖6是均勻類的標準圖樣。下面舉出一個典型的實施例1.制樣取六料HDPE黑色專用粒料，每粒切出一個重約0.2mg的小粒，將其緊夾在兩載玻片之間，放入烘箱在170～210℃之下加熱3～5分鐘，得到厚0.03mm左右的試片。2.測定分散度(1)將載有樣品的載玻片分別置於100倍光學顯微鏡下，選擇最差視場。(2)確定炭黑顆粒尺寸等級和相應計權係數如表2。表2中的顆粒直徑尺寸是指當量直徑。(3)在視場(AH-2型顯微鏡是在視場中的四直角框)中分別讀出每片的各等級的炭黑顆粒數目並將6個試片各級炭黑顆粒的數目分別相加求得其各等級炭黑數目之和為N1，N2……N7。(4)將各等級數目之和分別乘以其相應的計權係數，再相加求得總和Q。則Q＝1N1+4N2+10N3+23N4+45N5+80N6+225N7(5)按公式(A)算出分散度D。D＝100-Q/37.5……(A)(6)按表3規定評定分散度優劣。表3分散度D與分散性評價3.評定混均度(1)將試片分別置於100倍顯鏡下觀察。(2)確定6種標準圖樣為對比圖案(見附圖)如圖1為條紋類，圖2為花巖類。圖3為鳳尾類，圖4為花斑類，圖5為宿黑類，圖6為均勻類。(3)將顯微鏡下觀察到的圖案與6個標準圖樣對比，若六個試片中有一個或一個以上與圖4或圖5相同或相似，則判定為混均度不合格。(4)若六個試片均與圖6相同或相近似，則判定混均度為優等。(5)若出現上述以外的情況則按如下分級計數規則判定優劣(a)每片取最壞視場，確定其混合種類，用字母表示。(b)每片視場中顏色深淺差別較小者為一級，計數1，例如T1;深淺差別較大，但深色部分仍能看清炭黑顆粒的為二級，計數2;深淺差別很大，深色部分無法看清炭黑顆粒，而淺色部分很淡，這為三級，計數為3。以此評出每片的混合種類和等級。(c)將每片的等級計數相加並除以6，即得該樣品的混均度。最終以分散度和混均度來評價樣品中炭黑的分散及分布情況，即綜合表徵了炭黑的分散性。權利要求1.一種塑料加工應用過程中評價炭黑在塑料中分散性的方法，採用光學顯微鏡檢測，本發明的特徵在於(1)在規定的顯微鏡視場內，將炭黑顆粒按尺寸大小分級並規定相應的計權係數，然後將各級炭黑顆粒的數目乘以相應的計權係數，求得總和Q，直接或間接(將Q值進行數據處理)按Q值的大小評定炭黑的分散度(分散性)。(2)採取與多種典型標準圖案相對比算輔以圖案分級計數法來評定混均度(混合均勻性)。2.如權利要求1所述之評價方法，其特徵在於所說的「顆粒尺寸大小分級和相應的計權係數」即顆粒當量直徑分別為≥3～8，≥8～14，≥14～20，≥20～28，≥28～38，≥38～50，＞50(um)。對應的顆粒等級分別為1、2、3、4、5、6、7級。對應計權係數分別為1、4、10、23、45、80、225。3.如權利要求1所述之評價方法，其特徵在於所說的「多種典型標準圖案」為六種混合類型的圖案a.條紋T;b.花巖H;c.鳳尾F;d.花斑B;e.宿墨S;f.均勻J。4.如權利要求1所述之評價方法，其特徵在於所說的「圖案分級計數法」的具體內容是(1)每片取最壞視場，確定其混合種類，用字母表示。(2)每片視場中顏色深淺差別較小者為一級，計數1，例如T1;深淺差別較大，但深色部分仍能看清炭黑顆粒的為二級，計數2;深淺差別很大，深色部分無法看清炭黑顆粒，而淺色部分很淡，這為三級，計數為3。以此評出每片的混合種類和等級。(3)將每片的等級計數相加並除6，即得該樣品的混均度。(4)出現上述第四種花斑，通常是樣品中含水、氣或未溶助劑，雜質等原因所至，屬不合格樣品。(5)出現第五種宿墨類，屬不合格樣品。(6)如整個視場深淺、均勻，則為第六類J，相當於前三種的零級，計數為0。表示混合均勻性很好。(7)混合均勻性的等級劃分及評價。當試片情況不屬於(4)、(5)或(6)，即試片圖案為條紋(T)、花巖(H)或鳳尾(F)型時，則按(3)中所述之計數相加後除6所得之混合均度來評價;當混均度小於0.4則為優，等於0.4～1.4則為良、等於1.9～2.4則為合格、大於2.4則為不合格。全文摘要本說明書介紹了一種塑料中炭黑分散性的評價方法，應用於塑料工業。本方法簡便可行，比已有的評價方法準確方便，主要內容是在顯微鏡下規定的視場內將炭黑顆粒按尺寸大小分級並規定相應的計權係數，然後根據顆粒數目與計權係數乘積的總和來評定炭黑的分散性。另外與多種標準圖案對比並輔以分級計數法來評價炭黑混合均勻性。文檔編號G01N21/00GK1063939SQ91106338公開日1992年8月26日申請日期1991年2月6日優先權日1991年2月6日發明者譚洪生,王建民,沈琳申請人:齊魯石油化工公司研究院