এর জলপ্রবাহ বৃদ্ধি করা কার্বন কালো পাউডার কণা পানিতে তাদের বিচ্ছুরণ স্থায়িত্ব উন্নত করতে এবং মেরু মাধ্যমের সাথে সামঞ্জস্য বৃদ্ধির চাবিকাঠি। আবরণ, কালি এবং রাবার কম্পোজিট এর মতো ক্ষেত্রগুলিতে এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সারফেস কেমিক্যাল পরিবর্তন
জারণ পরিবর্তন
- গ্যাস-পর্যায় জারণ: ওজোন, অক্সিজেন, অথবা প্লাজমা চিকিৎসা ব্যবহার করে অক্সিজেন-ধারণকারী কার্যকরী গোষ্ঠী (যেমন কার্বক্সিল এবং হাইড্রোক্সিল গ্রুপ) কে কার্বন কালো পৃষ্ঠ। উদাহরণস্বরূপ, অক্সিজেন প্লাজমা চিকিৎসা পৃষ্ঠে অক্সিজেনের পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে, যোগাযোগ কোণ 40° এর নিচে কমিয়ে দেয় এবং বিচ্ছুরণের স্থায়িত্ব উন্নত করে।
- তরল-পর্যায়ের জারণ: নাইট্রিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইডের মতো জারণকারী এজেন্ট ব্যবহার করা হয়। নাইট্রিক অ্যাসিড জারণ (৭০°C তাপমাত্রায় ৩ ঘন্টা ধরে ১০১TP3T ঘনত্ব) কার্যকরভাবে পৃষ্ঠের জৈব পদার্থ অপসারণ করে এবং জল-প্রদাহ বৃদ্ধি করে।
- অ্যানোডিক জারণ/প্লাজমা জারণ: বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে জারণ বিক্রিয়া ত্বরান্বিত করে, ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতির তুলনায় 30% এর বেশি দক্ষতা বৃদ্ধি করে। তবে, অক্সিজেন-ধারণকারী গোষ্ঠীর অত্যধিক জারণ এবং পচন রোধ করার জন্য তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।
গ্রাফটিং পরিবর্তন
- পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড গ্রাফটিং: pH=3 এ, 0.5% অ্যামোনিয়াম পারসালফেট ইনিশিয়েটর 2 ঘন্টা ব্যবহার করে, জলে কার্বন ব্ল্যাকের বিচ্ছুরণ স্থায়িত্ব 50% দ্বারা উন্নত হয়।
- সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপ সহ কোপলিমার (যেমন সোডিয়াম 2-অ্যাক্রিলামিডো-2-মিথাইলপ্রোপেনসালফোনেট): ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিকর্ষণ মাধ্যমে বিচ্ছুরণ বৃদ্ধির জন্য শক্তিশালী হাইড্রোফিলিক গ্রুপ প্রবর্তন করে।
- ফ্রি-র্যাডিক্যাল পলিমারাইজেশন গ্রাফটিং: অতিস্বনক বিকিরণের অধীনে, হাইড্রোফিলিক পলিমার (যেমন পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড এবং সোডিয়াম পলিস্টাইরিন সালফোনেট) কার্বন ব্ল্যাক পৃষ্ঠের উপর গ্রাফট করা হয়।
- চিরুনির মতো কোপলিমার গ্রাফটিং: সোডিয়াম পলিইথেনসালফোনেট (PSS) ব্যবহার করে π-π কনজুগেশনের মাধ্যমে কার্বন ব্ল্যাক পৃষ্ঠে শোষণ করে, তারপরে 12-ঘন্টা বল মিলিং করে। ফলে কার্বন ব্ল্যাক ডিসপারশন স্থিতিশীল এবং রাবার ওয়েট ব্লেন্ডিংয়ের জন্য উপযুক্ত।
ভৌত আবরণ এবং বিচ্ছুরণকারী পরিবর্তন
পলিমার আবরণ
- মাইক্রোইমালসন পলিমারাইজেশন আবরণ: উদাহরণস্বরূপ, পলিথিলিন গ্লাইকল ডেরিভেটিভস বা অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট (যেমন AKN-2290) কার্বন ব্ল্যাক পাউডার আবরণ করার জন্য ব্যবহার করা হয়। কার্বন ব্ল্যাক এবং সার্ফ্যাক্ট্যান্টের ভর অনুপাত 1:0.05–1, এবং উচ্চ-গতির শিয়ারিং একটি হাইড্রোফিলিক শেল তৈরি করে।
- ফেজ বিচ্ছেদ আবরণ: হাইড্রোফোবিক কার্বন ব্ল্যাক ইন্টারফেস স্ব-সমাবেশের মাধ্যমে হাইড্রোফিলিক পলিমার (পলিভিনাইল অ্যালকোহলের মতো) দিয়ে লেপা হয়, যা 95% সক্রিয়করণ দক্ষতা সহ একটি কোর-শেল কাঠামো তৈরি করে।
বিচ্ছুরণকারী প্রয়োগ
- অ্যানিওনিক/নন-আয়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট: উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে সোডিয়াম ডোডেসিল সালফেট এবং O-সিরিজ (O-10 থেকে O-35)। এগুলি কার্বন ব্ল্যাকের পৃষ্ঠতল টান কমায়, ভেজা করার ক্ষমতা উন্নত করে।
- সিলেন কাপলিং এজেন্ট: Si-69 (TESPT) এর মতো উদাহরণ, সাধারণত এর জন্য ব্যবহৃত হয় সাদা কার্বন কালো, কার্বন ব্ল্যাকের সাথে হাইড্রোফোবিক গ্রুপগুলিকে একত্রিত করে এবং হাইড্রোফিলিক গ্রুপগুলিকে প্রকাশ করে কার্বন ব্ল্যাক পাউডার পরিবর্তন করুন, যদিও এই প্রক্রিয়াটি আরও ব্যয়বহুল।
প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশন এবং সহায়ক কৌশল
যান্ত্রিক-রাসায়নিক চিকিৎসা
- বল মিলিং সক্রিয়করণ: সোডিয়াম পলিস্টাইরিন সালফোনেট (PSS) দিয়ে ১২ ঘন্টা ধরে কার্বন ব্ল্যাককে বল মিলিং করা। যান্ত্রিক বল সমষ্টিগুলিকে ভেঙে দেয় যখন PSS π-π শোষণের মাধ্যমে জল-প্রদাহ বৃদ্ধি করে। এই পদ্ধতিটি প্রাকৃতিক রাবার কম্পোজিটগুলির জন্য আদর্শ।
- অতিস্বনক বিকিরণ: গ্রাফটিং বিক্রিয়া সময় 50% কমায়, শক্তি খরচ কমায় এবং অতিরিক্ত তাপের কারণে গ্রুপ পচন রোধ করে।
প্লাজমা চিকিৎসা
- ভ্যাকুয়াম অবস্থায় অক্সিজেন প্লাজমা চিকিৎসা ৫ মিনিটের মধ্যে পৃষ্ঠের অক্সিজেন কার্যকরী গোষ্ঠী বৃদ্ধি করে, বিচ্ছুরণ (D মান) ৩০১TP৩T বৃদ্ধি করে, কোনও দূষণকারী পদার্থ তৈরি করে না।
লবণ-প্ররোচিত সমাবেশ
- ট্রেস ক্যাটেশন (যেমন Li⁺ বা Na⁺) যোগ করলে ক্যাটেশন-π মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে কার্বন ব্ল্যাক এবং জলের মধ্যে ইন্টারফেস অ্যাফিনিটি বৃদ্ধি পায়। যোগাযোগ কোণ হিস্টেরেসিস প্রভাব উল্লেখযোগ্য, যা এটি জল-ভিত্তিক সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
অ্যাপ্লিকেশন যাচাইকরণ এবং কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজেশন
- রাবার কম্পোজিট: ল্যাটেক্স মিক্সিংয়ে ব্যবহার করা হলে হাইড্রোফিলিক কার্বন ব্ল্যাক টিয়ার শক্তি 40% দ্বারা উন্নত করে এবং ফিলার ডিসপারশনের অভিন্নতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে।
- জল-ভিত্তিক কালি/আবরণ: পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড দিয়ে গ্রাফট করা কার্বন ব্ল্যাক উন্নত করে কণা আকার স্থিতিশীলতা, ইঙ্কজেট প্রিন্টিংয়ের সময় আটকে থাকা কমানো।
- পরিবেশগত বিবেচনা: বন্ধ গ্রানুলেশন সিস্টেম এবং নিষ্কাশন গ্যাস পুনরুদ্ধার 90% এর বেশি ধুলো নির্গমন কমায়।
উপসংহার
কার্বন ব্ল্যাক পাউডারের হাইড্রোফিলিসিটি উন্নত করার মূল উদ্দেশ্য হলো পোলার ফাংশনাল গ্রুপ প্রবর্তন করা এবং স্টেরিক বাধা বৃদ্ধি করা। কম খরচের পরিস্থিতিতে, জারণ পরিবর্তন (তরল-ফেজ নাইট্রিক অ্যাসিড জারণ) বা সার্ফ্যাক্ট্যান্ট আবরণ পছন্দ করা হয়। উচ্চ-কার্যক্ষমতার প্রয়োজনীয়তার জন্য, বল মিলিংয়ের সাথে পলিঅ্যাক্রিলিক অ্যাসিড বা চিরুনির মতো কোপলিমার দিয়ে অতিস্বনক-সহায়তাযুক্ত গ্রাফটিং আদর্শ। সবুজ প্রক্রিয়াগুলির জন্য, Si-69 কাপলিং এজেন্টের সাথে অক্সিজেন প্লাজমা চিকিত্সা দক্ষতা এবং পরিবেশগত সুবিধা উভয়ই প্রদান করে।