Perché i disperdenti mostrano effetti diversi quando disperdono il nero di carbonio

L'efficacia variabile dei disperdenti nella dispersione del nero di carbonio può essere analizzata in dettaglio dai seguenti aspetti:

1Differenze nelle strutture chimiche dei dispersivi

Dispersanti ionici contro non ionici

Dispersanti ionici (ad esempio, anionici, cationici): stabilizzano le particelle di nero di carbonio tramite repulsione elettrostatica, adatte a supporti polari (ad esempio, acqua).L'efficienza di assorbimento dipende dalla carica superficiale del nero di carbonio.

Dispersanti non onionici (ad esempio, polietere, poliestere): basati su un ostacolo sterico, adattabili a solventi non polari (ad esempio, sistemi organici in inchiostri o rivestimenti).

Peso molecolare alto contro basso

Dispersanti ad alto peso molecolare: formano strati di assorbimento spessi per una maggiore stabilizzazione sterico, ma possono soffrire di scarsa solubilità, riducendo l'efficienza di dispersione.

Dispersanti a basso peso molecolare: adsorbono rapidamente ma non hanno un ostacolo sterico sufficiente, portando all'instabilità durante lo stoccaggio a lungo termine.

2Influenza delle proprietà della superficie del nero di carbonio

Gruppi funzionali di superficie

Le superfici nere di carbonio possono contenere idrossile (-OH), carbossile (-COOH) o altri gruppi.Amine) presentano un maggiore assorbimento e una migliore dispersione.

Esempio: i dispersanti a base di acido carbossilico si legano più efficacemente al nero di carbonio ricco di idrossili.

Superficie specifica e porosità

Il nero di carbonio ad alta superficie (ad es. N330) richiede più dispersione per coprire completamente la superficie; l'adsorbimento inadeguato porta a una dispersione irregolare.

Il nero di carbonio poroso (ad esempio, N550) può richiedere disperdenti che penetrino i pori per prevenire il collegamento e l'agglomerazione.

3. Medium di dispersione e condizioni di processo

Polarità media

Sistemi acquosi: richiedono disperdenti idrofili (ad esempio, poliacrilati) per la stabilità.

Sistemi non polari: per la compatibilità con i solventi sono necessari disperdenti idrofobi (ad esempio, esteri fosfatici).

Valore di pH

I disperdenti ionici funzionano in modo ottimale a livelli di pH specifici (ad esempio, i disperdenti anionici funzionano meglio in condizioni alcaline).

La carica superficiale del nero di carbonio varia con il pH, influenzando l'assorbimento del dispersivo.

Forza di taglio e tempo di dispersione

Le apparecchiature ad elevata capacità di taglio (ad es. mulini per perline) migliorano il contatto tra dispersione e nero di carbonio, ma richiedono dispersioni resistenti al taglio.

Il tempo di dispersione insufficiente può portare ad un assorbimento incompleto, causando reaglomerazione nel tempo.

4. Concentrazione di dispersione ed effetti sinergici

Concentrazione ottimale

Sotto-dosaggio: non copre completamente le superfici di nero di carbonio, lasciando aree soggette all'agglomeramento.

Sovradosaggio: può causare una floculazione di ponte a causa di un' intreccio molecolare o destabilizzare il sistema.

Additivi sinergici

Agenti umidificanti(ad esempio, glicole etilenico) può accelerare la penetrazione del dispersivo nelle superfici di nero di carbonio.

Altri additivi (ad esempio, defoamers, agenti di livellamento) possono interferire con l'adsorbimento del dispersivo, richiedendo una formulazione equilibrata.

5Tipo e requisiti di applicazione del nero di carbonio

Gradi di nero carbonio

Negro carbonio ad alto pigmento (ad esempio, FW200): dimensioni ridotte delle particelle, superficie elevata richiedono disperdenti ad alta efficienza (ad esempio, iperdisperdenti come Solsperse 32500) per prevenire l'agglomeramento.

Nero di carbonio per uso generale (ad esempio, N330): più facile da disperdere; sono sufficienti i disperdenti convenzionali (ad esempio, i policarbossiliati).

Requisiti per l'uso finale

Rivestimenti: i disperdenti devonoimpedire l'insediamentosenza compromettere la lucentezza.

Inchiostri: richiedono una dispersione su scala nanometrica per la nitidezza della stampa, con un controllo preciso della reologia.

6. Confronto di casi pratici

Caso 1: utilizzo di policarbossilato di ammonio (basso peso molecolare) per il nero di carbonio N330

Vantaggi: adsorbimento rapido, buona dispersione iniziale.

Svantaggi: reaglomerazione dopo lo stoccaggio a causa di un ostacolo sterico insufficiente.

Caso 2: Utilizzo di disperdenti in blocchi di copolimeri (ad esempio BYK-163) per il nero di carbonio FW200

Vantaggi: stabilità a lungo termine, mantenimento della dispersione sotto forte taglio.

Svantaggi: costo più elevato; sovradosaggio rischia aumento della viscosità.

Riassunto

Le differenze nelle prestazioni dei dispersanti derivano dall'interazione delle strutture chimiche, delle proprietà superficiali del nero di carbonio, delle condizioni del mezzo e dei parametri del processo.Le considerazioni chiave per la selezione includono::

Caratteristiche di superficie corrispondenti del nero di carbonio (gruppi funzionali, superficie).

Adattamento al mezzo (acqueo/non polare, pH).

Ottimizzazione dei parametri di processo (forza di taglio, tempo di dispersione).

Equilibrio tra costi e prestazioni (concentrazione, additivi sinergici).

La convalida sperimentale (ad es. analisi delle dimensioni delle particelle, prove di stabilità di stoccaggio) è essenziale per identificare la soluzione dispersiva ottimale.