Павышэнне гідрафільнасці сажа Дысперсійнасць часціц парашка з'яўляецца ключом да паляпшэння іх дысперсійнай стабільнасці ў вадзе і павышэння сумяшчальнасці з палярнымі асяроддзямі. Гэта мае вырашальнае значэнне ў такіх галінах, як пакрыцці, чарніла і гумовыя кампазіты.
Павярхоўны хімічны Мадыфікацыя
Мадыфікацыя акіслення
- Газафазнае акісленнеАпрацоўка азонам, кіслародам або плазмай выкарыстоўваецца для ўвядзення функцыянальных груп, якія змяшчаюць кісларод (такіх як карбаксільныя і гідраксільныя групы), у сажа паверхні. Напрыклад, апрацоўка кіслароднай плазмай значна павялічвае ўтрыманне кіслароду на паверхні, памяншае кут змочвання ніжэй за 40° і паляпшае стабільнасць дысперсіі.
- Вадкафазнае акісленнеВыкарыстоўваюцца акісляльнікі, такія як азотная кіслата і перакіс вадароду. Акісленне азотнай кіслатой (канцэнтрацыя 10% пры тэмпературы 70°C на працягу 3 гадзін) эфектыўна выдаляе арганічныя рэчывы на паверхні і павышае гідрафільнасць.
- Аноднае акісленне/плазменнае акісленнеПаскарае рэакцыі акіслення ў электрычным полі, павялічваючы эфектыўнасць больш чым на 30% у параўнанні з традыцыйнымі метадамі. Аднак, для прадухілення празмернага акіслення і раскладання кіслародзмяшчальных груп неабходны кантроль тэмпературы.
Мадыфікацыя прышчэпкі
- Прышчэпка поліакрылавай кіслатыПры pH = 3, выкарыстоўваючы ініцыятар персульфат амонію 0,51 TP3T на працягу 2 гадзін, стабільнасць дысперсіі сажы ў вадзе паляпшаецца на 501 TP3T.
- Супалімеры з сульфонакіслотнымі групамі (напрыклад, 2-акрыламіда-2-метылпрапансульфанат натрыю)Уводзіць моцныя гідрафільныя групы для паляпшэння дысперсіі праз электрастатычнае адштурхванне.
- Прышчэпка свабоднарадыкальнай палімерызацыіПад уздзеяннем ультрагукавога выпраменьвання гідрафільныя палімеры (напрыклад, поліакрылавая кіслата і полістыролсульфанат натрыю) прышчэпляюцца на паверхню сажы.
- Грэбнепадобная прышчэпка сапалімераВыкарыстоўвае поліэтыленсульфанат натрыю (PSS) для адсарбцыі на паверхні сажы шляхам π-π кан'югацыі, а затым 12-гадзіннае шаровае млыно. Атрыманая дысперсія сажы стабільная і прыдатная для вільготнага змешвання гумы.
Фізічнае пакрыццё і дыспергатар Мадыфікацыя
Палімер Пакрыццё
- Мікраэмульсійнае палімерызацыйнае пакрыццёНапрыклад, для пакрыцця парашка сажы выкарыстоўваюцца вытворныя поліэтыленгліколю або аніённыя павярхоўна-актыўныя рэчывы (напрыклад, AKN-2290). Масавае суадносіны сажы і павярхоўна-актыўнага рэчыва складае 1:0,05–1, і пры высокай хуткасці зруху ўтвараецца гідрафільная абалонка.
- Пакрыццё для падзелу фазГідрафобны вуглярод пакрываецца гідрафільнымі палімерамі (напрыклад, полівінілавым спіртам) праз самаарганізацыю на міжфазнай паверхні, утвараючы структуру «ядро-абалонка» з эфектыўнасцю актывацыі >95%.
Ужыванне дысперсанта
- Аніённыя/неіённыя павярхоўна-актыўныя рэчывыПрыкладамі могуць служыць дадэцылсульфат натрыю і сульфаты серыі О (ад О-10 да О-35). Яны зніжаюць павярхоўнае нацяжэнне сажы, паляпшаючы змочвальнасць.
- Сіланавыя злучныя агентыПрыклады, такія як Si-69 (TESPT), які звычайна выкарыстоўваецца для белая сажамадыфікаваць парашок сажы шляхам злучэння гідрафобных груп з сажай і адкрыцця гідрафільных груп, хоць гэты працэс больш дарагі.
Аптымізацыя працэсаў і дапаможныя метады
Механічны-Хімічны Лячэнне
- Шаравы млын актывацыяЗдрабненне сажы ў шарыкавым млыне з полістыролсульфанатам натрыю (PSS) на працягу 12 гадзін. Механічная сіла разбурае агрэгаты, у той час як PSS павышае гідрафільнасць праз π-π адсорбцыю. Гэты метад ідэальна падыходзіць для кампазітаў з натуральнага каўчуку.
- Ультрагукавое апраменьваннеСкарачае час рэакцыі прышчэпкі на 50%, зніжае спажыванне энергіі і прадухіляе распад групы з-за празмернага нагрэву.
Плазменная апрацоўка
- Апрацоўка кіслароднай плазмай у вакуумных умовах павялічвае колькасць паверхневых функцыянальных груп кіслароду на працягу 5 хвілін, павялічваючы дысперсію (значэнне D) на 30% без утварэння забруджвальных рэчываў.
Зборка, выкліканая соллю
- Даданне мікракатыёнаў (напрыклад, Li⁺ або Na⁺) павялічвае сродства паміж вугляродам і вадой праз π-узаемадзеянне катыёнаў. Эфект гістэрэзісу краёвага вугла значны, што робіць яго прыдатным для сістэм на воднай аснове.
Праверка прыкладанняў і аптымізацыя прадукцыйнасці
- Гумовыя кампазітыГідрафільная сажа пры выкарыстанні ў латекснай сумесі паляпшае трываласць на разрыў паводле 40% і значна паляпшае аднастайнасць дысперсіі напаўняльніка.
- Чарніла/пакрыцці на воднай асновеСажа, прышчэпленая поліакрылавай кіслатой, паляпшае памер часціц стабільнасць, што памяншае закаркаванне падчас струйнага друку.
- Экалагічныя меркаванніЗакрытыя сістэмы гранулявання ў спалучэнні з рэкуперацыяй адпрацаваных газаў зніжаюць выкіды пылу больш чым на 901 т/3 тонны.
Заключэнне
Асноўная мэта паляпшэння гідрафільнасці парашка сажы заключаецца ва ўвядзенні палярных функцыянальных груп і ўзмацненні стэрычных перашкод. Для бюджэтных сцэнарыяў пераважнейшай з'яўляецца акісляльная мадыфікацыя (акісленне азотнай кіслатой у вадкай фазе) або пакрыццё павярхоўна-актыўнымі рэчывамі. Для высокапрадукцыйных патрабаванняў ідэальна падыходзіць ультрагукавая прышчэпка з поліакрылавай кіслатой або грабянепадобнымі сапалімерамі разам з шаровым млыном. Для экалагічна чыстых працэсаў апрацоўка кіслароднай плазмай у спалучэнні са злучнымі агентамі Si-69 забяспечвае як эфектыўнасць, так і перавагі для навакольнага асяроддзя.