Γιατί τα διασκορπιστικά δείχνουν διαφορετικά αποτελέσματα όταν διασκορπίζουν το κόκκινο άνθρακα

Η διαφορετική αποτελεσματικότητα των διασκορπιστικών στην διάσπαση του μαύρου άνθρακα μπορεί να αναλυθεί λεπτομερώς από τις ακόλουθες πτυχές:

1Διαφορές στις χημικές δομές των διασκορπιστικών

Ιονικά και μη ιονικά διασκορπιστικά

Ιονικά διασκορπιστικά (π.χ. ανιονικά, κατιονικά): Σταθεροποιούν τα κόκκινα σωματίδια άνθρακα μέσω ηλεκτροστατικής απόρριψης, κατάλληλα για πολικά μέσα (π.χ. νερό).Η απόδοση προσρόφησης εξαρτάται από το επιφανειακό φορτίο του μαύρου άνθρακα.

Μη ιονικά διασκορπιστικά (π.χ. πολυέθερα, πολυεστέρας): βασίζονται σε στερικό φραγμό, προσαρμόσιμα σε μη πολικούς διαλύτες (π.χ. οργανικά συστήματα σε μελάνες ή επικαλύψεις).

Υψηλό ή χαμηλό μοριακό βάρος

Διασκορπιστικά υψηλού μοριακού βάρους: σχηματίζουν παχιά στρώματα προσρόφησης για ισχυρότερη στερική σταθεροποίηση, αλλά μπορεί να υποφέρουν από κακή διαλυτότητα, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα της διασποράς.

Διασκορπιστικά χαμηλού μοριακού βάρους: Απορροφούν γρήγορα αλλά δεν έχουν επαρκή στερικό εμπόδιο, οδηγώντας σε αστάθεια κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας αποθήκευσης.

2Επίδραση των ιδιοτήτων της επιφάνειας του κόκκινου άνθρακα

Επιφανειακές λειτουργικές ομάδες

Οι επιφάνειες του μαύρου άνθρακα μπορεί να περιέχουν υδροξυλικές (-OH), καρβοξυλικές (-COOH) ή άλλες ομάδες.αμίνης) παρουσιάζουν ισχυρότερη προσρόφηση και καλύτερη διασπορά.

Παράδειγμα: Διασκορπιστικά με βάση το καρβοξυλικό οξύ δεσμεύονται πιο αποτελεσματικά με το πλούσιο σε υδροξυλό άνθρακα.

Συγκεκριμένη επιφάνεια και πορώς

Το μαύρο άνθρακα υψηλής επιφάνειας (π.χ. N330) απαιτεί περισσότερο διασκορπιστικό για να καλύψει πλήρως την επιφάνεια· η ανεπαρκής προσρόφηση οδηγεί σε άνιση διάσπαση.

Το διάτρητο μαύρο άνθρακα (π.χ. N550) μπορεί να απαιτεί διασκορπιστικά που να διεισδύουν στους πόρους για την αποτροπή της γέφυρας και της συσσώρευσης.

3. Μέσο διασποράς και συνθήκες διαδικασίας

Μέση πολικότητα

Υδατικά συστήματα: Απαιτούν υδροφιλικά διασκορπιστικά (π.χ. πολυακρυλικά) για τη σταθερότητα.

Μη πόλια συστήματα: Χρειάζονται υδροφοβικά διασκορπιστικά (π.χ. φωσφορικά εστέρες) για συμβατότητα διαλύτη.

Αξία pH

Τα ιονικά διασκορπιστικά έχουν βέλτιστες επιδόσεις σε συγκεκριμένα επίπεδα pH (π.χ. τα ιονικά διασκορπιστικά λειτουργούν καλύτερα σε αλκαλικές συνθήκες).

Το άνθρακα μαύρο επιφάνειας φορτίο ποικίλλει με το pH, επηρεάζοντας την προσρόφηση διασκορπιστικού.

Δύναμη κοπής και χρόνος διασποράς

Ο εξοπλισμός υψηλής κοπής (π.χ. μύλοι χάντλων) ενισχύει την επαφή διασκορπιστικού με το μαύρο άνθρακα, αλλά απαιτεί διασκορπιστικά ανθεκτικά στην κοπή.

Ο ανεπαρκής χρόνος διασποράς μπορεί να οδηγήσει σε ελλιπή προσρόφηση, προκαλώντας αντισυσσωματισμό με την πάροδο του χρόνου.

4. Συγκέντρωση διασκορπιστικού και συνέργειες

Βέλτιστη Συγκέντρωση

Υποδοσολογία: Δεν καλύπτει πλήρως τις επιφάνειες με μαύρο άνθρακα, αφήνοντας περιοχές επιρρεπείς σε συσσωματώσεις.

Υπερδοσολογία: Μπορεί να προκαλέσει φλοκκαλισμό γέφυρας λόγω μοριακής σύγχυσης ή να αποσταθεροποιήσει το σύστημα.

Συνεργατικές πρόσθετες ύλες

Υλικά υγρασίας(π.χ. αιθυλενογλυκόλη) μπορεί να επιταχύνει την διείσδυση του διασκορπιστικού σε επιφάνειες με μαύρο άνθρακα.

Άλλες πρόσθετες ύλες (π.χ. αποσφενώνες, ισοπεδωτικοί παράγοντες) ενδέχεται να παρεμβαίνουν στην προσρόφηση του διασκορπιστικού, απαιτώντας ισορροπημένη σύνθεση.

5. Τύπος και απαιτήσεις εφαρμογής του Carbon Black

Καρβονικό μαύρο

Υψηλής χρωστικής ποιότητας μαύρο άνθρακα (π.χ. FW200): Μικρό μέγεθος σωματιδίων, μεγάλη επιφάνεια απαιτεί διασκορπιστικά υψηλής απόδοσης (π.χ. υπερδιασκορπιστικά όπως το Solsperse 32500) για την πρόληψη της συσσωμάτωσης.

Γενικές χρήσεις με μαύρο άνθρακα (π.χ. N330): ευκολότερη διασπορά· επαρκούν τα συμβατικά διασκορπιστικά (π.χ. πολυκαρβοξυλικά).

Απαιτήσεις για την τελική χρήση

Επιχρίσεις: Τα διασκορπιστικά πρέπει:να αποτρέψει την εγκατάστασηχωρίς να διακυβεύεται η λάμψη.

Μαύρα: Απαιτούν διάσπαση σε νανοκλίμακα για την οξύτητα εκτύπωσης, με ακριβή έλεγχο της ρεολογίας.

6Πρακτικές συγκρίσεις περιπτώσεων

Υπόθεση 1: Χρήση πολυκαρβοξυλάτη αμμωνίου (χαμηλού μοριακού βάρους) για το N330 carbon black

Πλεονεκτήματα: Γρήγορη προσρόφηση, καλή αρχική διασπορά.

Μειονεκτήματα: Αντισυσσωματώσεις μετά την αποθήκευση λόγω ανεπαρκούς στερικού φραγμού.

Υπόθεση 2: Χρησιμοποίηση διασκορπιστικών συμπολυμερών (π.χ. BYK-163) για το μαύρο άνθρακα FW200

Πλεονεκτήματα: μακροχρόνια σταθερότητα, διατηρεί τη διάσπαση υπό υψηλή κοπή.

Μειονεκτήματα: υψηλότερο κόστος, υπερδοσολογία κινδύνου αύξησης της ιξώδους.

Σύνοψη

Οι διαφορές στις επιδόσεις των διασκορπιστικών παράγοντων προκύπτουν από την αλληλεπίδραση των χημικών δομών, των ιδιοτήτων της επιφάνειας του μαύρου άνθρακα, των συνθηκών του μέσου και των παραμέτρων της διαδικασίας.Βασικές σκέψεις για την επιλογή περιλαμβάνουν::

Ταυτόσημα χαρακτηριστικά επιφάνειας του μαύρου άνθρακα (λειτουργικές ομάδες, επιφάνεια).

Προσαρμογή στο μέσο (υδατικό/μη πολικό, pH).

Βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διαδικασίας (δύναμη κοπής, χρόνος διασποράς).

Εξισορρόπηση του κόστους και της απόδοσης (συγκέντρωση, συνεργικές πρόσθετες ύλες).

Η πειραματική επικύρωση (π.χ. ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, δοκιμές σταθερότητας αποθήκευσης) είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό του βέλτιστου διασκορπιστικού διαλύματος