Pourquoi les dispersants présentent-ils des effets différents lors de la dispersion du noir de carbone?

L'efficacité variable des dispersants dans la dispersion du noir de carbone peut être analysée en détail à partir des aspects suivants:

1Différences dans les structures chimiques des dispersants

Dispersants ioniques ou non ioniques

Dispersants ioniques (par exemple, anioniques, cationiques): stabilisent les particules de noir de carbone par répulsion électrostatique, adaptés aux milieux polaires (par exemple, l'eau).L'efficacité d'adsorption dépend de la charge de surface du noir de carbone.

Dispersants non ioniques (p. ex. polyéther, polyester): reposent sur une barrière stérique, adaptables aux solvants non polaires (p. ex. systèmes organiques dans les encres ou les revêtements).

Poids moléculaire élevé ou faible

Dispersants à haute masse moléculaire: Forment des couches d'adsorption épaisses pour une stabilisation stérique plus forte, mais peuvent souffrir d'une mauvaise solubilité, réduisant l'efficacité de dispersion.

Disperseurs à faible poids moléculaire: adsorbent rapidement mais n'ont pas une barrière stérique suffisante, ce qui entraîne une instabilité pendant le stockage à long terme.

2Influence des propriétés de surface du noir de carbone

Groupes fonctionnels de surface

Les surfaces noires de carbone peuvent contenir des hydroxyle (-OH), des carboxyle (-COOH) ou d'autres groupes.Amine) présentent une plus forte adsorption et une meilleure dispersion.

Exemple: les dispersants à base d'acide carboxylique se lient plus efficacement au noir de carbone riche en hydroxyle.

Surface spécifique et porosité

Le noir de carbone à grande surface (par exemple, N330) nécessite plus de dispersant pour couvrir complètement la surface; une adsorption insuffisante entraîne une dispersion inégale.

Le noir de carbone poreux (par exemple, N550) peut nécessiter des dispersants qui pénètrent les pores pour empêcher les ponts et l'agglomération.

3. Médium de dispersion et conditions de procédé

Polarité moyenne

Systèmes aqueux: nécessitent des dispersants hydrophiles (p. ex. polyacrylates) pour leur stabilité.

Systèmes non polaires: nécessitent des dispersants hydrophobes (par exemple, des esters de phosphate) pour la compatibilité des solvants.

Valeur de pH

Les dispersants ioniques fonctionnent de manière optimale à des niveaux de pH spécifiques (par exemple, les dispersants anioniques fonctionnent mieux dans des conditions alcalines).

La charge de surface du noir de carbone varie avec le pH, affectant l'adsorption du dispersant.

Force de cisaillement et temps de dispersion

Les équipements à cisaillement élevé (p. ex. moulins à perles) améliorent le contact noir dispersant-carbone mais nécessitent des dispersants résistants au cisaillement.

Un temps de dispersion insuffisant peut entraîner une adsorption incomplète, provoquant une réagglomération au fil du temps.

4. Concentration des dispersants et effets synergiques

Une concentration optimale

Sous-dosage: ne couvre pas complètement les surfaces de noir de carbone, laissant des zones sujettes à l'agglomération.

Surdosage: peut provoquer une floculation de pontage due à un enchevêtrement moléculaire ou déstabiliser le système.

Additifs synergiques

Agents hydratants(par exemple, l'éthylène glycol) peut accélérer la pénétration du dispersant dans les surfaces de noir de carbone.

D'autres additifs (p. ex. déshumidifiants, agents de nivellement) peuvent interférer avec l'adsorption du dispersant, ce qui nécessite une formulation équilibrée.

5Type et exigences en matière d'application du noir de carbone

Grades de noir de carbone

Noir de carbone à haut pigment (par exemple, FW200): petite taille des particules, grande surface, nécessite des dispersants à haut rendement (par exemple, des hyperdispersants comme Solsperse 32500) pour prévenir l'agglomération.

Noir de carbone à usage général (par exemple, N330): plus facile à disperser; les dispersants conventionnels (par exemple, les polycarboxylates) suffisent.

Exigences relatives à l'utilisation finale

Les revêtements: les dispersants doiventempêcher le dépôtsans compromettre la brillance.

Encrés: nécessitent une dispersion à l'échelle nanométrique pour une netteté d'impression, avec un contrôle précis de la rhéologie.

6. Comparaisons de cas pratiques

Cas 1: Utilisation de polycarboxylate d'ammonium (faible poids moléculaire) pour le noir de carbone N330

Avantages: adsorption rapide, bonne dispersion initiale.

Inconvénients: réagglomération post-entreposage due à une barrière stérique insuffisante.

Cas 2: Utilisation de dispersants à base de copolymères en bloc (par exemple, BYK-163) pour le noir de carbone FW200

Avantages: stabilité à long terme, maintient la dispersion sous cisaillement élevé.

Inconvénients: coût plus élevé; surdosage risque d'augmenter la viscosité.

Résumé

Les différences de performances des dispersants résultent de l'interaction des structures chimiques, des propriétés de surface du noir de carbone, des conditions du milieu et des paramètres du procédé.Les principales considérations à prendre en considération pour la sélection comprennent::

Caractéristiques de surface correspondantes du noir de carbone (groupes fonctionnels, surface).

Adaptation au milieu (aquatique/non polaire, pH).

Optimisation des paramètres du procédé (force de cisaillement, temps de dispersion).

Équilibre entre les coûts et les performances (concentration, additifs synergiques).

La validation expérimentale (par exemple, analyse de la taille des particules, essais de stabilité de stockage) est essentielle pour identifier la solution dispersante optimale.