Masterbatch Carbon Black: Hướng dẫn sử dụng, phân loại và liều lượng

Masterbatch cacbon đen là hỗn hợp đậm đặc của sắc tố cacbon đen được phân tán trong nhựa mang, được thiết kế để tạo màu và bảo vệ các sản phẩm nhựa ở quy mô lớn. Được sử dụng trong các ngành công nghiệp đóng gói, ô tô, nông nghiệp, dây và cáp, đây là cách hiệu quả và sạch nhất để đưa muội than vào bất kỳ quy trình nhựa nhiệt dẻo nào.

20–40% Tải lượng cacbon đen điển hình trong masterbatch

2–5% Tỷ lệ giảm tiêu chuẩn trong hợp chất cuối cùng

50 năm Tuổi thọ sử dụng được bảo vệ khỏi tia cực tím trong các ứng dụng đường ống

N220–N990 Phạm vi cấp độ ASTM được sử dụng trong masterbatch

Masterbatch cacbon đen là gì?

Masterbatch cacbon đen là chất cô đặc màu rắn, dạng viên được sản xuất bằng cách trộn nóng chảy bột than đen thô với chất mang nhựa nhiệt dẻo - điển hình là polyetylen (PE), polypropylen (PP) hoặc chất mang phổ quát. Hàm lượng muội than trong viên masterbatch thành phẩm thường nằm trong khoảng từ 20% đến 50% trọng lượng, tùy thuộc vào ứng dụng và tỷ lệ thất thoát cần thiết.

Định nghĩa kỹ thuật

Masterbatch là chất phụ gia rắn hoặc lỏng cho nhựa. Masterbatch cacbon đen đặc biệt đóng gói cacbon đen ở nồng độ cao vào nhựa mang, cho phép bổ sung định lượng chính xác, an toàn, không bụi vào polyme nền trong quá trình ép đùn hoặc ép phun.

Bởi vì than đen thô là một loại bột bụi mịn, khó xử lý và phân tán đồng đều nên định dạng masterbatch giải quyết đồng thời ba vấn đề: loại bỏ sự tiếp xúc với bụi trong nhà máy, đảm bảo phân tán sắc tố nhất quán và cho phép định lượng đơn giản thông qua các máy cấp liệu theo trọng lượng hoặc thể tích tiêu chuẩn.

Tại sao thêm cacbon đen vào nhựa?

Muội than phục vụ bốn chức năng kỹ thuật riêng biệt trong các hệ thống polyme và masterbatch cacbon đen cung cấp cả bốn mà không bị gián đoạn quá trình.

Ổn định tia cực tím

Than đen hấp thụ bức xạ tia cực tím trên toàn bộ quang phổ mặt trời và chuyển nó thành nhiệt, ngăn ngừa sự phân cắt chuỗi oxy hóa quang. Chỉ cần 2–2,5% cacbon đen trong ống HDPE hoặc màng địa kỹ thuật mang lại tuổi thọ sử dụng ngoài trời hàng chục năm — không cần gói chất ổn định tia cực tím riêng biệt ở mức tải đó.

Màu đen tuyền

Than đen cung cấp màu đen sâu nhất, trung tính nhất có thể đạt được trong nhựa. Giá trị độ phản lực (My) trên 250 là giá trị điển hình cho màu đen lò có cấu trúc cao, tạo ra hiệu ứng quang học xanh đen được yêu cầu trong trang trí ô tô, đồ điện tử tiêu dùng và bao bì cao cấp.

Độ dẫn điện

Than đen cấp độ dẫn điện (ví dụ: Ketjenblack hoặc N472) tạo thành mạng dẫn điện liên tục bên trong ma trận polymer ở mức tải thấp tới 5–10%. Điều này rất cần thiết cho màng chống tĩnh điện, tấm chắn cáp bán dẫn và khay đóng gói an toàn ESD.

Gia cố cơ khí

Trong cao su và một số chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo, các hạt cacbon đen liên kết cộng hóa trị với chuỗi polyme trong quá trình trộn, làm tăng độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và độ bền xé - cùng một nguyên tắc mang lại độ bền cho thành lốp.

Bạn nên sử dụng bao nhiêu Masterbatch đen cacbon?

Liều lượng chính xác của masterbatch cacbon đen phụ thuộc vào nồng độ masterbatch, mức độ muội than mục tiêu trong phần cuối cùng và nhựa nền. Việc tính toán rất đơn giản:

Masterbatch % = (CB% mục tiêu trong phần cuối cùng) / (CB% trong masterbatch) x 100

Ví dụ: nếu masterbatch của bạn chứa 40% carbon đen và thông số kỹ thuật cho đường ống của bạn yêu cầu 2,5% carbon black trong hợp chất cuối cùng, bạn thêm 6,25% masterbatch theo trọng lượng. Bảng dưới đây cho thấy phạm vi liều lượng tiêu chuẩn cho các ứng dụng phổ biến:

ứng dụng	CB mục tiêu ở phần cuối cùng	Liều lượng Masterbatch điển hình (40% MB)
Ống áp lực HDPE (UV)	2,0 – 2,5%	5 – 6,25%
Phim nông nghiệp	2,0 – 3,0%	5 – 7,5%
Lớp lót màng địa kỹ thuật	2,0 – 2,5%	5 – 6,25%
Các bộ phận đúc phun (màu)	1,0 – 2,0%	2,5 – 5%
Phim/tấm dẫn điện	5 – 15%	12,5 – 37,5%
Cách điện/vỏ cáp	2,0 – 3,0%	5 – 7,5%

Dùng quá liều sẽ gây lãng phí vật liệu và có thể làm giảm độ giãn dài, độ bền va đập hoặc độ hoàn thiện bề mặt. Dùng dưới liều lượng trong các ứng dụng chống tia cực tím sẽ dẫn đến hiện tượng giòn sớm. Luôn xác minh hàm lượng cacbon đen cuối cùng bằng tiêu chuẩn ASTM D1603 (kiểm tra tro bằng phương pháp đo nhiệt trọng lượng) trước khi bắt đầu sản xuất toàn bộ.

Lớp Carbon Black nào hoạt động tốt nhất?

Không phải tất cả than đen đều thực hiện chức năng giống nhau. Hệ thống cấp độ ASTM N-series phân loại màu đen lò theo kích thước và cấu trúc hạt, đồng thời mỗi cấp độ được tối ưu hóa cho mục đích sử dụng cụ thể. Việc chọn đúng cấp độ là rất quan trọng đối với hiệu suất của bạn masterbatch cacbon đen .

Để bảo vệ tia cực tím

N330, N550, N660 — kích thước hạt trung bình (20–65 nm), hiệu quả hấp thụ tia cực tím tuyệt vời, dễ phân tán trong polyolefin
Đề xuất cho: ống, màng, màng địa kỹ thuật, vỏ cáp
Kích thước hạt: 26–65 nm
Diện tích bề mặt: 25–80 m2/g

Đối với màu đen tuyền

N110, N220 — hạt mịn, diện tích bề mặt cao, mang lại độ bóng vượt trội và tông màu xanh lam
Đề xuất cho: trang trí ô tô, vỏ thiết bị điện tử, bao bì cao cấp
Kích thước hạt: 11–22 nm
Diện tích bề mặt: 100–140 m2/g

Đối với độ dẫn điện

N472, Ketjenblack EC-300J/600JD - cấu trúc rất cao, hình thành mạng dẫn điện ở mức tải thấp
Đề xuất cho: Bao bì ESD, cáp bán dẫn, màng chống tĩnh điện
Cấu trúc (DBP): 180–480 mL/100g
Ngưỡng thấm: 5–12%

Khi có vấn đề về khả năng tương thích, hãy luôn xác nhận rằng nhựa mang masterbatch phù hợp hoặc tương thích với polyme cơ bản của bạn. Chất mang PE hoạt động trơn tru trong các ứng dụng HDPE và LLDPE; đối với PP, hãy yêu cầu masterbatch mang PP để tránh bị tách lớp hoặc tạo vệt.

Câu hỏi thường gặp

Masterbatch cacbon đen có thể được sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm không?

Một số hạng của masterbatch cacbon đen được xây dựng để tuân thủ các quy định về tiếp xúc với thực phẩm bao gồm EU 10/2011 và FDA 21 CFR. Bản thân muội than phải đáp ứng các thông số về độ tinh khiết (hàm lượng hydrocarbon thơm đa vòng dưới giới hạn xác định). Luôn yêu cầu nhà cung cấp masterbatch của bạn cung cấp tuyên bố tuân thủ và dữ liệu thử nghiệm di chuyển trước khi sử dụng trong bao bì thực phẩm.

Thời hạn sử dụng của masterbatch cacbon đen là bao lâu?

Bảo quản đúng cách — trong túi kín, chống ẩm, tránh ánh nắng trực tiếp và nhiệt độ khắc nghiệt — masterbatch cacbon đen viên có thời hạn sử dụng từ 2 đến 3 năm mà không bị suy giảm hiệu suất. Sự hấp thụ độ ẩm có thể gây ra các vấn đề về quá trình oxy hóa và xử lý bề mặt, vì vậy hãy đậy kín các túi đã mở ngay lập tức.

Liệu lượng cacbon đen cao hơn có nghĩa là khả năng chống tia cực tím tốt hơn không?

Không. Khả năng chống tia cực tím ở cao nguyên polyolefin ở mức khoảng 2,5% muội than ở phần cuối cùng. Tải trên mức này không cải thiện đáng kể khả năng chống tia cực tím và sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất cơ học và hoạt động xử lý. Các yếu tố chính là chất lượng phân bố và phân tán kích thước hạt chứ không phải mức tải thô.

Làm cách nào để xác minh chất lượng phân tán muội than?

Phương pháp tiêu chuẩn là ASTM D5596 hoặc ISO 18553 - các phần mỏng của bộ phận hoàn thiện được kiểm tra dưới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại 100 lần và được đánh giá theo thang điểm từ 1 đến 5, trong đó xếp hạng 1 và 2 biểu thị độ phân tán chấp nhận được. Được sản xuất tốt masterbatch cacbon đen phải đạt được xếp hạng nhất quán từ 1 đến 2 trong các mẫu sản xuất.