在之前的两篇系列博客"挖掘炭黑价值,满足高黑度需求"中,我们讨论了高色素炭黑的基本性能、影响颜色性能的关键因素、混炼设备和工艺,以及博拉炭黑的产品组合和一些建议。本文中,我们将重点关注新一代钢琴黑:Raven 5100 Ultra。
炭黑作为一种经济高效的添加剂,在塑料中提供UV耐候性的特点受到广泛认可。新一代Raven 5100 Ultra钢琴黑可以提供更高的黑度和更佳的UV性能。这意味着,跟使用有机染料相比,Raven 5100 Ultra钢琴黑可以消除对额外UV防护包的需求。与传统有机染料解决方案相比,这可以降低配方成本15%,甚至更多。得益于其优异的黑度性能,Raven 5100 Ultra钢琴黑可以帮助混炼企业在这些新兴应用中成为领先者,凭借优质母粒产品占据独特地位,例如与顶级高色黑解决方案相比,其溢价可高达25%。
对于成型加工企业而言,新一代钢琴黑解决方案能够适配模内注塑成型工艺,最终省略涂层工序,这将显著节约成本。此外,树脂本体着色工艺与涂层工艺相比,可大幅降低碳足迹和VOC排放量。
美学外观对于高附加价值塑料应用至关重要。例如,对于汽车内外饰件、消费电子产品和家用电器来说,具有高光泽度、深黑度和蓝调的表面处理通常更具吸引力。目前,汽车行业正逐渐兴起一种趋势,即用模内注塑成型工艺替代高端涂层工艺,因为模内注塑成型工艺效率更高且成本更低。博拉炭黑的高色素炭黑产品在多种高附加值应用中展现了优越的黑度性能,而新一代钢琴黑炭黑则为这些应用提供了超高黑度。
Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑经过精心设计,形态独特,比表面积和结构平衡,清洁度高。其平均粒径约为7纳米,是业内非常细的粒径之一。图1展示了其透射电镜照片,显示多个原生粒子具有类晶态形态,融合成一个团聚体。表1总结了Raven 5100 Ultra钢琴黑的典型特性,其比表面积远高于其他两种高色素炭黑产品。
图1 Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑的透射电镜片
表1 Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑与其他高色素炭黑产品的典型特性
特性 | 单位 | Raven 5100 Ultra | 高色素炭黑1 | 高色素炭黑 2 |
STSA, 外比表面积 | m2/g | 370 | 180 | 202 |
OAN, 吸油值 | cm3/100g | 75 | 60 | 65 |
着色性能始于混炼过程,该过程通过解聚炭黑并将炭黑团聚体均匀分布,从而形成一个均匀的复合体系。这通常是通过提供高剪切力和拉伸应力场的工艺来实现,例如双螺杆挤出、法瑞尔连续混炼或其他方式。
即使具有很高的比表面积(这通常会由于炭黑团聚体之间范德华力的增加而导致分散困难),Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑仍然在多种工程树脂(包括聚酰胺、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))中,通过常规混炼工艺(如图2所示)仍表现出良好的分散性,如图2所示。需要强调的是,炭黑的高分散性对于实现最佳着色性能至关重要。
图2:高色素炭黑1(左)和Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑(右)的透射电镜片(TEM),显示在聚碳酸酯树脂中具有良好的分散性(炭黑含量为1%)。
由于具有较高的比表面积和良好的分散性,Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑在聚碳酸酯和聚丙烯树脂体系中展现比其他高色素炭黑产品约15%-20%更高的黑度,同时保持相同水平的蓝调,如图3所示。值得一提的是,Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑还具有高光泽度的表面处理效果,这使其成为汽车内饰或功能部件的理想选择,因为这些应用对深邃的黑度和光泽的表面处理效果要求极高。
图3:Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑与其他高色素炭黑在(1)聚碳酸酯和(2)聚丙烯树脂体系中的颜色性能对比(炭黑含量为1%)
新一代Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑的粒径是炭黑行业中最小的粒径之一,能够实现极致的颜色性能。它可以通过常规混炼工艺在多种树脂中充分分散,包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯等,并展现出无与伦比的黑度、引人注目的蓝调和表面处理效果。因此,新一代Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑解决方案有望凭借其可持续性和整体成本节约效能,取代汽车应用中的高端涂层和喷漆表面。
我们期待与您合作,探索Raven 5100 Ultra钢琴黑炭黑在您的独特应用中的解决方案。
本文基于在SPE TPO 2024汽车会议上的演讲。博拉炭黑研发部首席科学家胡兆康博士为本次演讲做出了贡献。
博拉炭黑(Birla Carbon)是全球优质的炭黑解决方案供应商。作为印度跨国企业巨头阿迪亚博拉集团(Aditya Birla Group)的旗舰企业,博拉炭黑提供创新的、可持续的炭黑解决方案,以提升油漆涂料、油墨墨粉、塑料、胶黏剂、密封胶、纺织纤维、机械橡胶制品、轮胎、能源系统、碳纳米管和可持续碳材料的性能。公司足迹遍布13个国家,拥有17家生产基地以及位于美国马里埃塔和印度塔罗杰的3个先进技术中心,展示了行业前沿的创新能力。博拉炭黑共享未来的可持续发展战略报告着重于员工安全、环境保护、碳源的高效利用,以及以社会和伦理责任为导向的经营方式。