Повышение гидрофильности угольно черный Порошковые частицы играют ключевую роль в улучшении стабильности дисперсии в воде и повышении совместимости с полярными средами. Это критически важно в таких областях, как производство покрытий, чернил и резиновых композитов.
Поверхностный химикат Модификация
Окислительная модификация
- Газофазное окисление: Обработка озоном, кислородом или плазмой используется для введения кислородсодержащих функциональных групп (таких как карбоксильные и гидроксильные группы) в угольно черный поверхности. Например, обработка кислородной плазмой значительно увеличивает содержание кислорода на поверхности, уменьшает контактный угол до менее 40° и улучшает стабильность дисперсии.
- Жидкофазное окисление: Используются окислители, такие как азотная кислота и перекись водорода. Окисление азотной кислотой (концентрация 10% при 70°C в течение 3 часов) эффективно удаляет органические вещества с поверхности и повышает гидрофильность.
- Анодное окисление/Плазменное окисление: Ускоряет реакции окисления в электрическом поле, повышая эффективность более чем на 30% по сравнению с традиционными методами. Однако необходим контроль температуры для предотвращения чрезмерного окисления и разложения кислородсодержащих групп.
Модификация прививки
- Прививка полиакриловой кислоты: При pH=3 и использовании инициатора персульфата аммония 0,5% в течение 2 часов стабильность дисперсии технического углерода в воде улучшается на 50%.
- Сополимеры с сульфокислотными группами (например, 2-акриламидо-2-метилпропансульфонат натрия): Вводит сильные гидрофильные группы для улучшения дисперсии посредством электростатического отталкивания.
- Прививка методом свободнорадикальной полимеризации: Под воздействием ультразвукового излучения гидрофильные полимеры (такие как полиакриловая кислота и полистиролсульфонат натрия) прививаются к поверхности технического углерода.
- Прививка гребнеобразного сополимера: Полиэтиленсульфонат натрия (ПСС) адсорбируется на поверхности технического углерода посредством π-π-конъюгации с последующим 12-часовым измельчением в шаровой мельнице. Полученная дисперсия технического углерода стабильна и подходит для мокрого смешивания резины.
Физическое покрытие и диспергатор Модификация
Полимер Покрытие
- Микроэмульсионное полимеризационное покрытие: Например, для покрытия порошка технического углерода используются производные полиэтиленгликоля или анионные поверхностно-активные вещества (например, АКН-2290). Массовое соотношение технического углерода и поверхностно-активного вещества составляет 1:0,05–1, а высокоскоростной сдвиг образует гидрофильную оболочку.
- Фазоразделительное покрытие: Гидрофобная сажа покрывается гидрофильными полимерами (например, поливиниловым спиртом) посредством самосборки интерфейса, образуя структуру «ядро-оболочка» с эффективностью активации >95%.
Применение диспергатора
- Анионные/неионогенные поверхностно-активные вещества: Примерами служат додецилсульфат натрия и серия O (от O-10 до O-35). Они снижают поверхностное натяжение технического углерода, улучшая смачиваемость.
- Силановые связующие агенты: Примеры, такие как Si-69 (TESPT), обычно используются для белый технический углерод, модифицируют порошок технического углерода путем соединения гидрофобных групп с техническим углеродом и обнажения гидрофильных групп, хотя этот процесс более затратен.
Оптимизация процессов и вспомогательные методы
Механический-Химическая Уход
- Шаровая мельница активация: Шаровая мельница для измельчения технического углерода с полистиролсульфонатом натрия (ПСС) в течение 12 часов. Механическое воздействие разрушает агрегаты, а ПСС повышает гидрофильность за счёт π-π адсорбции. Этот метод идеально подходит для композитов на основе натурального каучука.
- Ультразвуковое облучение: Сокращает время реакции прививки на 50%, снижает потребление энергии и предотвращает разложение группы из-за чрезмерного нагрева.
Плазменная терапия
- Обработка кислородной плазмой в условиях вакуума увеличивает количество поверхностных кислородных функциональных групп в течение 5 минут, повышая дисперсию (значение D) на 30%, без образования загрязняющих веществ.
Сборка, вызванная солью
- Добавление следовых количеств катионов (таких как Li⁺ или Na⁺) усиливает сродство между техническим углеродом и водой посредством катион-π взаимодействий. Гистерезис угла смачивания значителен, что делает его пригодным для систем на водной основе.
Проверка приложений и оптимизация производительности
- Резиновые композиты: Гидрофильный технический углерод при использовании в латексных смесях повышает прочность на разрыв на 40% и значительно улучшает однородность дисперсии наполнителя.
- Чернила/покрытия на водной основе: Технический углерод, привитый полиакриловой кислотой, улучшает размер частицы стабильность, уменьшающая засорение во время струйной печати.
- Экологические соображения: Системы закрытой грануляции в сочетании с рекуперацией отработавших газов сокращают выбросы пыли более чем на 90%.
Заключение
Основой улучшения гидрофильности сажевого порошка является введение полярных функциональных групп и снижение стерических затруднений. Для экономичных вариантов предпочтительны окислительная модификация (окисление азотной кислотой в жидкой фазе) или нанесение поверхностно-активных веществ. Для высокопроизводительных процессов идеально подходит ультразвуковая прививка полиакриловой кислоты или гребнеобразных сополимеров в сочетании с шаровой мельницей. Для экологичных процессов обработка кислородной плазмой в сочетании с применением связующих агентов Si-69 обеспечивает как эффективность, так и экологические преимущества.