炭黑氧等離子體處理改性其分散性能

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-01-04

炭黑是重要的工業(yè)原料之一，同時也是世界用量最大的黑色著色劑，由于炭黑具有良好的耐候性、抗老化性、耐酸堿性、化學(xué)穩(wěn)定性、著色性、填充性以及導(dǎo)電性，在橡膠、塑料、油墨、導(dǎo)電墨水、涂料以及印染等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)炭黑的年生產(chǎn)能力大約為349萬噸，其中90%的炭黑用作填料，價格低廉，其余10%則用于油墨、涂料、塑料、導(dǎo)電介質(zhì)等其他工業(yè)，其中用作顏料約20萬噸。

炭黑90%以上為碳元素，屬于同心石墨層狀結(jié)構(gòu)，炭黑表面的含氧官能團(tuán)含量的多少直接體現(xiàn)了其揮發(fā)分和pH的大小。通常爐法炭黑表面含氧官能團(tuán)較少，其揮發(fā)分較小，pH呈現(xiàn)出弱堿性，導(dǎo)致其表面極性較弱。同時炭黑具有大的比表面積及強(qiáng)的分子間作用力，導(dǎo)致炭黑在分散介質(zhì)中極易團(tuán)聚成較大的粒子，很難穩(wěn)定分散于基體中，直接影響炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量，因此改善炭黑的分散性能，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)炭黑在分散介質(zhì)體系中的穩(wěn)定分散，可將炭黑進(jìn)行等離子表面改性處理，從而改變炭黑表面極性以及與基體的相容性。

低溫等離子表面處理

低溫的等離子體被廣泛應(yīng)用于材料改性領(lǐng)域，通過濺射、刻蝕、活化、原子沉積實(shí)現(xiàn)表面改性，低溫等離子體中的高動能粒子能通過電場加速轟擊材料表面，而活性物質(zhì)通過破壞化學(xué)鍵，氧化或還原材料，增加表面官能團(tuán)。

一般而言,親水性越好的炭黑在水中的分散性也越好,炭黑經(jīng)等離子表面氧化處理后，表面極性相應(yīng)增大，而且炭黑經(jīng)等離子改性處理后，其表面產(chǎn)生具有極性的含氧官能團(tuán)，也增強(qiáng)了炭黑與水或其他介質(zhì)的潤濕性和分散性等。

等離子改性后的炭黑溶于10毫升去離子水中的分散效果圖-NAENPLASMA

等離子體改性技術(shù)目前在材料表面改性中已得到較為廣泛的應(yīng)用，既可用于固體材料的表面改性，又可用于改性各種各樣的粉體表面改性。等離子體處理炭黑的主要優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：
（1）反應(yīng)只發(fā)生在炭黑表面，不影響炭黑的內(nèi)部結(jié)構(gòu),由于等離子體首先與炭黑的表面相接處，所以氧化一般只發(fā)生在炭黑的表面；（2）可以使用各種不同類型的等離子體；（3）雖然帶電的等離子體在高溫下生成，但氧化過程中的氣流溫度較為溫和，炭黑表面的含氧官能團(tuán)不會因?yàn)闇囟冗^高而分解為CO和CO2等氣體;（4）等離子體處理炭黑的反應(yīng)時間短，且無需固液分離等工序，改性成本較低。

常規(guī)爐法炭黑由于生產(chǎn)工藝問題，表面極性基團(tuán)較少，與其他介質(zhì)的分散性及潤濕性差，為解決炭黑在分散介質(zhì)中潤濕性及分散性差的問題，可將炭黑進(jìn)行等離子表面氧化改性處理，常規(guī)爐法炭黑經(jīng)等離子表面氧化處理后表面含氧官能團(tuán)(如羥基、羰基、羧基等)明顯增加，表面極性增強(qiáng)，可以增強(qiáng)炭黑納米粒子與介質(zhì)親和力，能夠大幅度的提高炭黑納米粒子在分散介質(zhì)中潤濕性和分散穩(wěn)定性。