Почему дисперсанты оказывают различные эффекты при диспергировании углеродного черного

Разнообразную эффективность диспергентов при диспергировании черного углерода можно подробно проанализировать из следующих аспектов:

1Различия в химических структурах диспергентов

Ионные и неионные дисперсанты

Ионные дисперсанты (например, анионные, катионные): стабилизируют частицы углерода с помощью электростатического отталкивания, подходящие для полярных сред (например, воды).эффективность адсорбции зависит от поверхностного заряда углерода черного.

Неонионные диспергенты (например, полиэфир, полиэстер): опираются на стерическое препятствие, адаптируемые к неполярным растворителям (например, органические системы в черниках или покрытиях).

Высокий или низкий молекулярный вес

Дисперсанты с высокой молекулярной массой: образуют толстые адсорбционные слои для более сильной стерической стабилизации, но могут страдать от плохой растворимости, что снижает эффективность дисперсии.

Дисперсанты с низкой молекулярной массой: быстро адсорбируются, но не имеют достаточного стерического препятствия, что приводит к нестабильности при длительном хранении.

2Влияние свойств поверхности углерода черного

Функциональные группы поверхности

Дисперсанты с совместимыми полярными группами (например, карбоксиловая кислота,амин) проявляют более сильную адсорбцию и лучшую дисперсию.

Пример: дисперсанты на основе карбоксиловой кислоты более эффективно связываются с богатым гидроксилом углеродом черным.

Специфическая площадь поверхности и пористость

Углеродный черный с большой площадью поверхности (например, N330) требует большего количества диспергента для полного покрытия поверхности; недостаточная адсорбция приводит к неравномерной дисперсии.

Пористый углеродный черный (например, N550) может потребовать диспергентов, которые проникают в поры, чтобы предотвратить сплочение и агломерацию.

3Средство диспергирования и условия процесса

Средняя полярность

Водные системы: требуют гидрофильных диспергентов (например, полиакрилатов) для стабильности.

Неполярные системы: для совместимости с растворителями необходимы гидрофобные дисперсанты (например, фосфатные эфиры).

Значение pH

Ионные дисперсанты работают оптимально при определенных уровнях pH (например, анионные дисперсанты лучше всего работают в щелочных условиях).

Углеродный черный заряд поверхности варьируется с pH, влияя на адсорбцию диспергента.

Сила стрижки и время рассеивания

Оборудование с высокой скоростью стрижения (например, бусины) улучшает контакт диспергента с углеродным черным, но требует диспергентов, устойчивых к стрижке.

Недостаточное время диспергирования может привести к неполной адсорбции, вызывая реактивную агломерацию с течением времени.

4Концентрация диспергента и синергетические эффекты

Оптимальная концентрация

Низкая дозировка: не полностью покрывает поверхности углеродного черного, оставляя районы, склонные к агломерации.

Передозировка: может вызвать мостовую флокуляцию из-за молекулярной запутанности или дестабилизировать систему.

Синергетические добавки

Увлажняющие средства(например, этиленгликоль) может ускорить проникновение диспергента на поверхности углеродного черного.

Другие добавки (например, дефомеризаторы, выравнивающие средства) могут влиять на адсорбцию диспергента, что требует сбалансированной формулы.

5Тип и требования к применению углеродного черного

Углеродные черные сорта

Углеродный черный с высоким пигментом (например, FW200): Малый размер частиц, большая площадь поверхности требует высокоэффективных диспергентов (например, гипердиспергентов, таких как Solsperse 32500), чтобы предотвратить агломерацию.

Углеродный черный для общего назначения (например, N330): легче рассеиваться; достаточно использовать обычные диспергенты (например, поликарбоксилаты).

Требования к конечному использованию

Покрытия: Дисперсанты должныпредотвратить оседаниебез ущерба для блеска.

Чернила: требуют дисперсии на наномасштабе для четкости печати с точным контролем реологии.

6. Практические сравнения случаев

Случай 1: Использование поликарбоксилата аммония (низкой молекулярной массы) для N330 углеродного черного

Преимущества: быстрая адсорбция, хорошая начальная дисперсия.

Недостатки: реактивная агломерация после хранения из-за недостаточного стерического препятствия.

Случай 2: Использование блок-сополимерных диспергентов (например, BYK-163) для углеродного черного FW200

Преимущества: Долгосрочная стабильность, поддерживает дисперсию при высоком сдвиге.

Недостатки: более высокая стоимость; передозировка может привести к увеличению вязкости.

Резюме

Различия в эффективности диспергента возникают из-за взаимодействия химических структур, свойств поверхности углерода черного, условий среды и параметров процесса.Ключевые соображения для отбора::

Соответствующие характеристики поверхности углеродного черного (функциональные группы, площадь поверхности).

Приспосабливается к среде (водная/неполярная, pH).

Оптимизация параметров процесса (сила обрезания, время дисперсии).

Балансирование затрат и эффективности (концентрация, синергетические добавки).

Экспериментальная валидация (например, анализ размера частиц, испытания стабильности хранения) необходима для определения оптимального раствора диспергента.