Le noir de carbone supraconducteur, également appelé toner, est couramment utilisé comme pigment et charge dans l'industrie. Il confère aux peintures, vernis, encres, plastiques, etc., une couleur noire intense. De plus, il résiste aux UV, aux acides et aux alcalis.
En production, la poudre de noir de carbone se disperse uniformément dans de nombreux milieux, ce qui permet de mieux refléter ses performances. Les pigments se désagrègent. Lors de leur dispersion, leur surface spécifique et leur capacité d'absorption d'huile augmentent. Cependant, si l'augmentation de la surface spécifique du noir de carbone est plus rapide que son humidification, la viscosité grimpe rapidement. Elle reste relativement stable jusqu'à ce que toutes les surfaces des pigments soient complètement humidifiées.
Pour résoudre ce problème courant, utilisez davantage de dispersants à meilleur pouvoir mouillant et augmentez la dose. Commencez par disperser à faible vitesse afin de contrôler les forces de cisaillement et de ralentir l'agglomération du noir de carbone.
La dispersion de poudre de noir de carbone supraconducteur a été humidifiée, broyée et stabilisée. Les dispersants jouent un rôle crucial dans ce processus. Sans dispersant, la dispersion serait plus difficile et moins efficace. La pâte risquerait de s'agglomérer et de précipiter, devenant ainsi instable. Par conséquent, l'utilisation de peintures, de laques et d'encres pourrait engendrer divers problèmes, tels que des particules, des brillances irrégulières et des transferts de couleur.
La poudre de noir de carbone est composée de particules fines et d'une faible masse moléculaire. C'est pourquoi certains fabricants la transforment en paillettes ou en billes afin de réduire la pollution atmosphérique des usines. Cependant, cette granulométrie rend l'application des toners plus difficile.
Lors de la fabrication, la poudre de noir de carbone sphérique est comprimée sous pression. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que les particules conservent leur forme sans ajout de matériaux. La poudre de noir de carbone à faible pigmentation et à structure granuleuse présente de nombreux agrégats d'environ 250 nm de diamètre. En revanche, les agrégats de noir de carbone à pigmentation moyenne sont beaucoup plus petits, d'environ 50 nm.
L'humidification de la poudre de noir de carbone supraconducteur prend un certain temps. Si le polissage de la surface est trop rapide, la nouvelle interface du noir de carbone ne sera humidifiée que trop tard. Il en résultera une agglomération et un épaississement du noir de carbone. Le choix d'un agent mouillant adapté permet donc de contrôler la vitesse de polissage et, par conséquent, de limiter cet épaississement.
Le choix des agents mouillants et dispersants est crucial. Le procédé et l'équipement de dispersion sont également essentiels. La couleur noire intense du noir de carbone est due à la taille de ses particules. Plus les particules sont fines, plus leur surface spécifique est importante. Elles sont donc plus noires, car elles fusionnent en agrégats primaires. Cependant, leur quantité reste un facteur important. Lorsque les particules sont fines, les agrégats ont une surface spécifique plus grande, ce qui donne une couleur plus foncée et une meilleure protection contre les UV.
Le noir de carbone à particules fines absorbe davantage de lumière que celui à particules grossières. Il possède donc un pouvoir colorant plus important. Cependant, lorsque la taille des particules diminue, la teinte vire au brun. Cela s'explique par une absorption accrue de la lumière bleue.
Les petites particules primaires confèrent au noir de carbone une surface spécifique plus importante, mais rendent sa dispersion plus difficile. Le traitement vise généralement à ajuster l'humidité et la dispersion.
La taille des particules de noir de carbone, leur surface spécifique et leurs performances sont des facteurs clés. Une faible surface spécifique signifie des performances élevées, tandis qu'une grande surface spécifique signifie des performances faibles. Les petites particules sont sombres, les grosses sont claires. Elles ont une viscosité plus élevée, une conductivité et une absorption UV plus faibles, et se dispersent mal mais se mouillent facilement. Leur vitesse de migration varie. Les particules rapides ont des performances moindres.
Deuxièmement, les particules de noir de carbone structurel constituent les particules primaires. Elles forment également des agglomérats frittés lors de la production. Ces agrégats sont liés chimiquement par les particules primaires.
Lors du processus d'agglomération, le noir de carbone présente de nombreux agrégats primaires en forme de chaînes. On parle alors de noir de carbone à structure élevée. Le noir de carbone à structure faible est quant à lui constitué de particules moins ramifiées, ce qui indique une structure plus faible. La structure du noir de carbone correspond à la forme de ses agrégats. En général, plus les chaînes sont serrées, plus la structure est élevée. Inversement, plus les chaînes sont serrées, plus la structure du noir de carbone est faible.
Sa dispersion devient plus difficile. Sa conductivité est plus élevée et sa mouillabilité plus faible. Sa vitesse d'écoulement varie. Sa viscosité est plus élevée et sa couleur moins intense. Son pouvoir couvrant et sa brillance sont moindres. Son pouvoir colorant augmente.
Troisièmement, la chimie de surface varie. Les méthodes de production du noir de carbone engendrent différentes compositions chimiques de surface. Le noir de carbone présente différents groupes fonctionnels oxygénés (carboxyle, lactone, phénol, carbonyle, etc.). Un noir de carbone riche en groupes oxygénés possède généralement une teneur élevée en composés volatils. Il présente également une bonne couleur et une bonne réactivité. L'échantillon de noir de carbone est chauffé à 825 ± 25 °C, et la teneur en composés volatils est exprimée en perte de masse. Plus le noir de carbone contient de groupes fonctionnels oxygénés, plus sa teneur en composés volatils est élevée.
Quatrièmement, le noir de carbone possède une densité et une hygroscopicité élevées en raison de sa grande surface spécifique.
La quantité d'humidité absorbée par le noir de carbone dépend principalement de sa surface spécifique. Il est possible de réduire l'hygroscopicité du produit, notamment lors de l'emballage, du stockage et du transport.
Une forte humidité (hygroscopicité) peut engendrer des problèmes lors de la transformation. C'est pourquoi certains types de noir de carbone nécessitent un emballage spécial.
La quantité de noir de carbone dans le plastique dépend du type de dispersion. Elle dépend également des propriétés de la résine. Mais la facilité de mise en œuvre est aussi un facteur clé.
Actuellement, la plupart des équipements de dispersion peuvent appliquer des forces de cisaillement. Cela suffit à disperser les particules de manière homogène. Il nous faut déterminer comment utiliser le noir de carbone dans les plastiques. Ce choix influencera la sélection des colorants, la protection UV et la conductivité.