Waarom dispersanten verschillende effecten vertonen bij het verspreiden van koolstofzwart

De verschillende effecten van dispersanten bij de dispersie van koolstofzwart kunnen in detail worden geanalyseerd op basis van de volgende aspecten:

1Verschillen in de chemische structuren van dispersanten

Ionische versus niet-ionische dispersanten

Ionische dispersanten (bijv. anionische, kationische): stabiliseren zwarte koolstofdeeltjes via elektrostatische afstoting, geschikt voor polaire media (bijv. water).adsorptie-efficiëntie is afhankelijk van de oppervlaktelading van koolstofzwart.

Niet-ionische dispersanten (bv. polyether, polyester): zijn afhankelijk van sterische hindernissen, aangepast aan niet-polaire oplosmiddelen (bv. organische systemen in inkt of coatings).

Hoog versus laag moleculair gewicht

Dispersanten met een hoog moleculair gewicht: vormen dikke adsorptielagen voor een sterkere sterische stabilisatie, maar kunnen last hebben van een slechte oplosbaarheid, waardoor de dispersiesnelheid afneemt.

Dispersanten met een laag moleculair gewicht: Adsorberen snel, maar hebben geen voldoende sterische belemmering, wat leidt tot instabiliteit tijdens langdurige opslag.

2Invloed van de oppervlakte-eigenschappen van koolstofzwart

Oppervlaktefunctiegroepen

De oppervlakken van koolstofzwart kunnen hydroxyl (-OH), carboxyl (-COOH) of andere groepen bevatten.Amine) vertonen een sterkere adsorptie en een betere dispersie.

Voorbeeld: dispersanten op basis van carboxylzuur binden zich effectiever aan hydroxylrijk koolstofzwart.

Specifieke oppervlakte en porositeit

Carbon black met een hoog oppervlak (bijv. N330) vereist meer dispersant om het oppervlak volledig te bedekken; onvoldoende adsorptie leidt tot ongelijke dispersie.

Porieuze koolstofzwarte (bv. N550) kan dispersanten nodig hebben die door poriën kunnen doordringen om overbruggingen en agglomeratie te voorkomen.

3Dispersiemedium en procesomstandigheden

Middelpolariteit

Waterige systemen: vereisen hydrofiele dispersanten (bijv. polyacrylaten) voor stabiliteit.

Niet-polaire systemen: Hydrofobische dispersanten (bv. fosfaatesters) zijn nodig voor oplosmiddelcompatibiliteit.

pH-waarde

Ionendispersanten werken optimaal bij specifieke pH-niveaus (bijv. aniondispersanten werken het beste onder alkalische omstandigheden).

De oppervlaktelading van koolstofzwart varieert met de pH, wat de adsorptie van het dispersant beïnvloedt.

Snijkracht en verspreidingstijd

De in de bijlage vermelde methoden zijn gebaseerd op de volgende methoden:

Onvoldoende dispersietijd kan tot onvolledige adsorptie leiden, wat na verloop van tijd tot reagglomeratie leidt.

4Dispersantconcentratie en synergetische effecten

Optimale concentratie

Onderdosering: De oppervlakken van het koolstofzwart worden niet volledig bedekt, waardoor gebieden gevoelig zijn voor agglomeratie.

Overdosering: kan overbruggingsflocculatie veroorzaken als gevolg van moleculaire verwikkeling of het systeem destabiliseren.

Synergetische additieven

Bevochtigingsmiddelen(bijv. ethyleenglycol) kan de verspreidingsmiddelpenetratie in koolstofzwarte oppervlakken versnellen.

Andere toevoegingsmiddelen (bv. schuimverwijzers, evenredigers) kunnen de adsorptie van het dispersant verstoren, waardoor een evenwichtige formulering vereist is.

5. Carbon black type en toepassingsvereisten

Carbon Black-klassen

Carbon black met een hoog pigment (bijv. FW200): kleine deeltjesgrootte, grote oppervlakte vereist efficiënte dispersanten (bijv. hyperdispersanten zoals Solsperse 32500) om agglomeratie te voorkomen.

Carbon black voor algemene doeleinden (bijv. N330): gemakkelijker te dispergeren; conventionele dispersanten (bijv. polycarboxylaten) zijn voldoende.

Verplichtingen voor eindgebruik

Beschermingsmiddelen: Dispergentia moeten:verhinderen dat het zich vestigtzonder afbreuk te doen aan de glans.

Inkt: vereist nanoschaaldispersie voor de scherpte van de afdruk, met een precieze rheologiecontrole.

6. Praktische gevalvergelijkingen

Geval 1: gebruik van ammoniumpolycarboxylaat (laag moleculair gewicht) voor N330 koolstofzwart

Voordelen: snelle adsorptie, goede aanvankelijke dispersie.

Nadelen: reagglomeratie na opslag als gevolg van onvoldoende sterische hindernis.

Geval 2: Gebruik van blokkopolymerdispersanten (bijv. BYK-163) voor FW200 koolstofzwart

Voordelen: Langdurige stabiliteit, behoud van dispersies onder hoge scheerkracht.

Nadelen: Hogere kosten; bij overdosering kan de viscositeit toenemen.

Samenvatting

Verschillen in dispergentieprestaties zijn het gevolg van de wisselwerking van chemische structuren, oppervlakte-eigenschappen van koolstofzwart, milieuomstandigheden en procesparameters.Belangrijkste overwegingen bij de selectie zijn::

overeenkomstige oppervlakte-eigenschappen van koolstofzwart (functiegroepen, oppervlakte)

Aanpassing aan het medium (waterig/niet-polair, pH).

Optimalisatie van procesparameters (snijkracht, dispersietijd).

Het in balans brengen van kosten en prestaties (concentratie, synergetische additieven).

Experimentele validatie (bijv. analyse van de deeltjesgrootte, opslagstabiliteitsonderzoeken) is essentieel om de optimale dispersantoplossing te bepalen.