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炭黑氧等离子体处理改性其分散性能

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2023-01-04
炭黑是重要的工业原料之一,同时也是世界用量最大的黑色着色剂,由于炭黑具有良好的耐候性、抗老化性、耐酸碱性、化学稳定性、着色性、填充性以及导电性,在橡胶、塑料、油墨、导电墨水、涂料以及印染等工业生产中广泛应用。目前,国内炭黑的年生产能力大约为349万吨,其中90%的炭黑用作填料,价格低廉,其余10%则用于油墨、涂料、塑料、导电介质等其他工业,其中用作颜料约20万吨。

炭黑90%以上为碳元素,属于同心石墨层状结构,炭黑表面的含氧官能团含量的多少直接体现了其挥发分和pH的大小。通常炉法炭黑表面含氧官能团较少,其挥发分较小,pH呈现出弱碱性,导致其表面极性较弱。同时炭黑具有大的比表面积及强的分子间作用力,导致炭黑在分散介质中极易团聚成较大的粒子,很难稳定分散于基体中,直接影响炭黑产品的质量,因此改善炭黑的分散性能,一直是国内外学者研究的焦点。为实现炭黑在分散介质体系中的稳定分散,可将炭黑进行等离子表面改性处理,从而改变炭黑表面极性以及与基体的相容性。


低温等离子表面处理


低温的等离子体被广泛应用于材料改性领域,通过溅射、刻蚀、活化、原子沉积实现表面改性,低温等离子体中的高动能粒子能通过电场加速轰击材料表面,而活性物质通过破坏化学键,氧化或还原材料,增加表面官能团。

一般而言,亲水性越好的炭黑在水中的分散性也越好,炭黑经等离子表面氧化处理后,表面极性相应增大,而且炭黑经等离子改性处理后,其表面产生具有极性的含氧官能团,也增强了炭黑与水或其他介质的润湿性和分散性等。
等离子改性后的炭黑溶于10毫升去离子水中的分散效果图
等离子改性后的炭黑溶于10毫升去离子水中的分散效果图-NAENPLASMA

等离子体改性技术目前在材料表面改性中已得到较为广泛的应用,既可用于固体材料的表面改性,又可用于改性各种各样的粉体表面改性。等离子体处理炭黑的主要优势有以下几点:
(1)反应只发生在炭黑表面,不影响炭黑的内部结构,由于等离子体首先与炭黑的表面相接处,所以氧化一般只发生在炭黑的表面;(2)可以使用各种不同类型的等离子体;(3)虽然带电的等离子体在高温下生成,但氧化过程中的气流温度较为温和,炭黑表面的含氧官能团不会因为温度过高而分解为CO和CO2等气体;(4)等离子体处理炭黑的反应时间短,且无需固液分离等工序,改性成本较低。

常规炉法炭黑由于生产工艺问题,表面极性基团较少,与其他介质的分散性及润湿性差,为解决炭黑在分散介质中润湿性及分散性差的问题,可将炭黑进行等离子表面氧化改性处理,常规炉法炭黑经等离子表面氧化处理后表面含氧官能团(如羟基、羰基、羧基等)明显增加,表面极性增强,可以增强炭黑纳米粒子与介质亲和力,能够大幅度的提高炭黑纳米粒子在分散介质中润湿性和分散稳定性。

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