炭黑作为一种重要的颜料，广泛应用于黑色涂料、油墨、橡胶、塑料等多个领域。然而，炭黑的高聚集性和较大的表面积，使得其在分散过程中面临诸多挑战。本文将深入探讨炭黑分散的操作原理及其技术特性。
一、炭黑分散的操作原理
炭黑分散的过程主要是通过物理和化学手段，将炭黑颗粒在介质中均匀分散，并防止其重新聚集。这一过程的核心在于形成稳定的分散体系，使炭黑颗粒能够在介质中保持长时间的稳定状态。
1.树脂或高分子包裹层形成
炭黑分散的关键在于在炭黑颗粒表面形成一层树脂或高分子包裹层。这层包裹层通过强烈的亲和力或作用力，使炭黑颗粒形成更稳定的小附聚体。这种包裹层不仅能防止炭黑颗粒之间的重新聚集，还能增强炭黑颗粒与介质的相容性，从而提高分散效果。
2.分散剂的作用
专用于炭黑的分散剂在分散过程中起着至关重要的作用。分散剂的选择必须考虑炭黑分散体系中的溶剂和树脂对颜料的竞争吸附作用。分散剂需要与炭黑颗粒表面形成比树脂和溶剂更强的吸附，才能有效地发挥分散作用。通常，分散剂的添加量按总量计算为炭黑的1%至3%，但在制备炭黑色浆时，分散剂的添加量需增加到15%左右。
3.破碎与润湿
炭黑的分散过程还包括破碎和润湿两个子过程。破碎是指将炭黑颗粒破碎到较小的粒径范围，以满足下游领域的最终要求。润湿则是指炭黑颗粒表面与周围介质的相互作用，使炭黑颗粒被介质所润湿。润湿时间不仅与炭黑粉末的孔隙及几何结构有关，还受介质粘度和润湿张力的影响。在实际操作中，为了提高炭黑的分散性，往往会在介质中掺入低分子量的添加剂，如增塑剂或粘度促进剂。
二、炭黑分散的技术特性
1.分散设备的选择
不同的分散设备在相同条件下的分散效果大不相同。选择合适的分散设备对于工程师来说至关重要。常见的分散设备包括挤出机、捏合机、三辊机、密炼机、高搅机、球磨机、砂磨机等。在塑料行业中，为了提高炭黑的分散性，通常在注塑机和挤出机中安装多孔板、剪切部件以及加设捏合段等设计措施。
2.炭黑本身特性的影响
炭黑的原始粒径、结构和表面基团都会对其分散性产生显著影响。通常情况下，炭黑的原始粒径越小、结构越低、挥发份越低，分散难度越大。因此，在选择炭黑时，需要充分考虑其物理和化学特性，以便在后续分散过程中得到更好的效果。
3.载体或分散介质的类型
载体或分散介质的类型对炭黑的分散性也有很大影响。基料、溶剂和树脂的性能都会显著影响炭黑的终分散情况。特别是炭黑用树脂的选择，必须考虑其与炭黑颗粒的相容性和分散性。
4.粒度分布与分散性
炭黑的粒度分布与其分散性密切相关。粒度小的炭黑具有较大的比表面积，但容易产生再附聚作用。因此，在实际操作中，需要添加分散剂涂覆在炭黑粒子表面，以降低炭黑粒子之间的内聚力，从而避免再附聚作用的发生。
炭黑分散是一个复杂而重要的过程，涉及物理和化学多个方面的因素。通过形成树脂或高分子包裹层、选择合适的分散剂、优化破碎和润湿过程以及选用合适的分散设备等措施，可以显著提高炭黑的分散效果。在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑各种因素，以获得最佳的分散效果。同时，该技术特性也为我们提供了改进和优化分散工艺的思路和方法。
