Warum Dispergentien bei der Dispergierung von Kohlenstoffschwarz unterschiedliche Wirkungen zeigen

Die unterschiedliche Wirksamkeit von Dispergierungsmitteln bei der Dispersion von Kohlenstoffschwarz kann aus folgenden Gesichtspunkten eingehend analysiert werden:

1Unterschiede in den chemischen Strukturen der Dispersionen

Ionen- und Nicht-Ionen-Dispergentien

Ionendisperger (z. B. anionische, kationische): Stabilisieren Kohlenstoffschwarze Partikel durch elektrostatische Abstoßung, geeignet für polare Medien (z. B. Wasser).Die Adsorptionswirksamkeit hängt von der Oberflächenladung von Kohlenstoffschwarz ab.

Nicht-onionische Dispergentien (z. B. Polyether, Polyester): stützen sich auf sterische Hindernisse, die sich an nichtpolare Lösungsmittel anpassen können (z. B. organische Systeme in Tinten oder Beschichtungen).

Hoch- vs. Niedrigmolekülgewicht

Hohe Molekülgewichtsdispergente: bilden dicke Adsorptionsschichten für eine stärkere sterische Stabilisierung, können jedoch unter schlechter Löslichkeit leiden und die Dispergationsleistung verringern.

Leichte Moleküldispergente: Adsorbieren schnell, haben aber keine ausreichende sterische Hemmung, was zu Instabilität bei langfristiger Lagerung führt.

2Einfluss der Oberflächeigenschaften von Carbon Black

Oberflächenfunktionsgruppen

Kohlenstoffschwarze Oberflächen können Hydroxyl (-OH), Carboxyl (-COOH) oder andere Gruppen enthalten.Amine) stärkere Adsorption und bessere Dispersion aufweisen.

Beispiel: Dispergans auf Carboxylsäurebasis binden sich effektiver an hydroxylreiche Kohlenstoffschwarz.

Spezifische Oberfläche und Porosität

Kohlenstoffschwarz mit hoher Oberfläche (z. B. N330) benötigt mehr Dispergierungsmittel, um die Oberfläche vollständig abzudecken; eine unzureichende Adsorption führt zu einer ungleichmäßigen Dispersion.

Poröse Kohlenstoffschwarz (z. B. N550) kann Dispergentien benötigen, die durch Poren dringen, um Brückenbildung und Agglomeration zu verhindern.

3Dispersionsmedium und Prozessbedingungen

Mittlere Polarität

Aquare Systeme: Für die Stabilität benötigen sie hydrophile Dispergentien (z. B. Polyacrylate).

Nichtpolare Systeme: Für die Lösungsmittelkompatibilität benötigen sie hydrophobe Dispergentien (z. B. Phosphatester).

pH-Wert

Ionendispergenten wirken optimal bei spezifischen pH-Werten (z. B. funktionieren anionische Disperganten am besten unter alkalischen Bedingungen).

Die Oberflächenladung von Kohlenstoffschwarz variiert mit dem pH-Wert und beeinflusst die Adsorption des Dispergiermittels.

Schneidkraft und Streuzeit

Hochschereinrichtungen (z. B. Perlenmühlen) verbessern den Kontakt von Dispergans-Kohlenstoffschwarz, erfordern aber scherebeständige Dispergans.

Eine unzureichende Dispersionszeit kann zu einer unvollständigen Adsorption führen, was im Laufe der Zeit zu einer Reagglomeration führt.

4. Dispergiermittelkonzentration und synergistische Wirkungen

Optimale Konzentration

Unterdosierung: Nicht vollständig Abdeckung der Oberflächen mit Kohlenstoffschwarz, so dass die Gebiete anfällig für Agglomerationen sind.

Überdosierung: Kann durch molekulare Verschränkung zu einer Überbrückungsflockulation führen oder das System destabilisieren.

Synergistische Zusatzstoffe

Feuchtigkeitsmittel(z. B. Ethylenglycol) kann die Dispersionsmitteldurchdringung in die Oberflächen von Kohlenstoffschwarz beschleunigen.

Andere Zusatzstoffe (z. B. Schaumlösungsmittel, Nivellierungsmittel) können die Adsorption des Dispergiermittels beeinträchtigen und erfordern eine ausgewogene Zusammensetzung.

5. Typ und Anwendungsvoraussetzungen von Carbon Black

Kohlenstoffschwarze Sorten

Kohlenstoffschwarz mit hohem Pigment (z. B. FW200): Kleine Partikelgröße, große Oberfläche erfordern hocheffiziente Dispergentien (z. B. Hyperdispergentien wie Solsperse 32500), um eine Agglomeration zu verhindern.

Kohlenstoffschwarz für allgemeine Zwecke (z. B. N330): Leichter zu dispergieren; herkömmliche Dispergierungsmittel (z. B. Polycarboxylate) genügen.

Anforderungen an die Endverwendung

Beschichtungen: Dispergierungsmittel müssenVerhinderung der Siedlungohne den Glanz zu gefährden.

Tinte: Für die Druckschärfe sind Nanoskala-Dispersionen mit präziser Rheologie-Kontrolle erforderlich.

6. Praktische Fallvergleiche

Fall 1: Verwendung von Ammoniumpolycarboxylat (niedriges Molekülgewicht) für N330 Carbon Black

Vorteile: Schnelle Adsorption, gute anfängliche Dispersion.

Nachteile: Reagglomeration nach der Lagerung aufgrund unzureichender sterischer Hindernisse.

Fall 2: Verwendung von Blockkopolymer-Dispergiermitteln (z. B. BYK-163) für FW200-Kohlenstoffschwarz

Vorteile: Langfristige Stabilität, Aufrechterhaltung der Dispersion bei hohem Scheren.

Nachteile: Höhere Kosten; Überdosierung führt zu einer Erhöhung der Viskosität.

Zusammenfassung

Unterschiede in der Dispergationsleistung entstehen durch das Zusammenspiel chemischer Strukturen, Oberflächeigenschaften von Kohlenstoffschwarz, Mediumbedingungen und Prozessparameter.Die wichtigsten Auswahlkriterien sind::

Entsprechende Oberflächenmerkmale von Kohlenstoffschwarz (Funktionsgruppen, Oberfläche).

Anpassung an das Medium (wasserförmig/nichtpolar, pH-Wert).

Optimierung der Prozessparameter (Scherekraft, Dispersionszeit).

Ausgleich von Kosten und Leistung (Konzentration, synergistische Zusatzstoffe).

Experimentelle Validierung (z. B. Partikelgrößenanalyse, Stabilitätsprüfungen bei Lagerung) ist unerlässlich, um die optimale Dispersionslösung zu ermitteln.