Por que os dispersantes mostram efeitos diferentes ao dispersar o preto de carbono

A eficácia variável dos dispersantes na dispersão do preto de carbono pode ser analisada em pormenor a partir dos seguintes aspectos:

1. Diferenças nas estruturas químicas dos dispersantes

Dispersantes iónicos versus não iónicos

Dispersantes iônicos (por exemplo, aniônicos, catiônicos): estabilizam partículas de carbono negro através de repulsão eletrostática, adequados para meios polares (por exemplo, água).A eficiência de adsorção depende da carga superficial do negro de carbono.

Dispersantes não-oniônicos (por exemplo, poliéter, poliéster): dependem de uma barreira estérica, adaptáveis a solventes não polares (por exemplo, sistemas orgânicos em tintas ou revestimentos).

Peso molecular alto versus baixo

Dispersantes de alto peso molecular: Formam camadas de adsorção grossas para uma estabilização estérica mais forte, mas podem sofrer de má solubilidade, reduzindo a eficiência de dispersão.

Dispersantes de baixo peso molecular: Adsorvem rapidamente, mas não possuem uma barreira estérica suficiente, o que leva à instabilidade durante o armazenamento a longo prazo.

2Influência das propriedades da superfície do negro de carbono

Grupos funcionais de superfície

As superfícies negras de carbono podem conter hidroxila (-OH), carboxila (-COOH) ou outros grupos.Amina) apresentam adsorção mais forte e melhor dispersão.

Exemplo: Dispersantes à base de ácido carboxílico ligam-se mais eficazmente ao negro de carbono rico em hidroxila.

Área de superfície específica e porosidade

O preto de carbono de grande superfície (por exemplo, N330) requer mais dispersante para cobrir completamente a superfície; a adsorção inadequada leva a uma dispersão desigual.

O negro de carbono poroso (por exemplo, N550) pode necessitar de dispersantes que penetrem nos poros para evitar a ponte e a aglomeração.

3Medium de dispersão e condições de processo

Polaridade média

Sistemas aquosos: exigem dispersantes hidrófilos (por exemplo, poliacrilatos) para estabilidade.

Sistemas não polares: necessitam de dispersantes hidrofóbicos (por exemplo, ésteres de fosfato) para compatibilidade com solventes.

Valor de pH

Os dispersantes iónicos funcionam de forma óptima a níveis de pH específicos (por exemplo, os dispersantes aniónicos funcionam melhor em condições alcalinas).

A carga da superfície do negro de carbono varia com o pH, afetando a adsorção do dispersante.

Força de cisalhamento e tempo de dispersão

Os equipamentos de alto corte (por exemplo, moinhos de contas) aumentam o contato entre o dispersante e o preto de carbono, mas exigem dispersantes resistentes ao corte.

O tempo de dispersão insuficiente pode conduzir a uma adsorção incompleta, causando reaglomeração ao longo do tempo.

4. Concentração do dispersante e efeitos sinérgicos

Concentração ótima

Subdosagem: não cobre completamente as superfícies de negro de carbono, deixando áreas propensas à aglomeração.

Sobredosagem: Pode causar floculação de ponte devido a entrelaçamento molecular ou desestabilizar o sistema.

Aditivos sinérgicos

Agentes hidratante(por exemplo, glicol de etileno) pode acelerar a penetração do dispersante nas superfícies de preto de carbono.

Outros aditivos (por exemplo, desespumantes, niveladores) podem interferir na adsorção do dispersante, exigindo uma formulação equilibrada.

5Tipo e requisitos de aplicação do preto de carbono

Graus de carbono preto

Negro de carbono de alto pigmento (por exemplo, FW200): pequeno tamanho de partícula, grande área de superfície, requer dispersantes de alta eficiência (por exemplo, hiperdispersantes como Solsperse 32500) para evitar aglomeração.

Carbono negro de uso geral (por exemplo, N330): mais fácil de dispersar; os dispersantes convencionais (por exemplo, policarboxilatos) são suficientes.

Requisitos relativos à utilização final

Revestimentos: Dispersantes devem:evitar a liquidaçãosem comprometer o brilho.

Tintas: exigem dispersão em nanoescala para a nitidez da impressão, com controle de reologia preciso.

6Comparações de casos práticos

Caso 1: Utilização de policarboxilato de amónio (baixo peso molecular) para o negro de carbono N330

Vantagens: adsorção rápida, boa dispersão inicial.

Desvantagens: reaglomeração pós-armazenamento devido a uma barreira estérica insuficiente.

Caso 2: Utilização de dispersantes de copolímero em bloco (por exemplo, BYK-163) para o preto de carbono FW200

Vantagens: Estabilidade a longo prazo, mantém a dispersão sob grande cisalhamento.

Desvantagens: Custo mais elevado; sobredosagem aumenta o risco de viscosidade.

Resumo

As diferenças no desempenho do dispersante decorrem da interação das estruturas químicas, das propriedades da superfície do negro de carbono, das condições do meio e dos parâmetros do processo.As principais considerações para a selecção incluem::

Características da superfície do negro de carbono correspondentes (grupos funcionais, área de superfície).

Adaptação ao meio (aquoso/não polar, pH).

Optimização dos parâmetros do processo (força de corte, tempo de dispersão).

Equilíbrio entre custos e desempenho (concentração, aditivos sinérgicos).

A validação experimental (por exemplo, análise do tamanho das partículas, ensaios de estabilidade de armazenamento) é essencial para identificar a solução dispersante ideal.