炭黑是一種重要的填料和顏料，在橡膠、塑料、印刷、墨水、涂料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。炭黑作為一種高度微細(xì)的固體粉末，其分散性能對其性能和應(yīng)用特性至關(guān)重要。因此，炭黑表面處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對于炭黑的分散效果具有重要意義。本文將從炭黑表面處理技術(shù)的基本原理、常見表面處理方法、表面處理對分散度的影響等方面綜述炭黑表面處理對分散度的影響。
一、炭黑表面處理技術(shù)的基本原理
炭黑表面處理是指通過對炭黑表面進(jìn)行特定的化學(xué)、物理方式的修飾，改變炭黑表面的化學(xué)和物理性質(zhì)，從而改善炭黑的分散性和增強(qiáng)其與基質(zhì)的相容性。其基本原理是：在炭黑表面引入一層有機(jī)物質(zhì)/活性物質(zhì)，改變炭黑表面的化學(xué)和物理性質(zhì)，提高其親水性、增加表面能，從而加強(qiáng)炭黑表面與基體之間的相互作用力，改善其分散性能。
炭黑表面處理技術(shù)的發(fā)展歷程可以概括為以下四個時期：
1. 傳統(tǒng)表面處理：采用物理混合、吸附等方法，如炭黑和表面活性劑的混合、炭黑與硅酸鹽的復(fù)涂等。
2. 化學(xué)表面處理：采用化學(xué)反應(yīng)方法，增加炭黑表面活性基團(tuán)，如用硝酸、硫酸等氧化劑進(jìn)行氧化處理、用堿金屬或酸性鹵化物進(jìn)行烷基化反應(yīng)等。
3. 聚合物表面處理：向炭黑表面引入高分子材料，如用聚合物溶液或聚合物分散劑進(jìn)行表面包覆。
4. 吸附-取代表面處理：如采用聚乙烯醇或羥丙基甲基纖維素等材料吸附到炭黑表面，再用胺類化合物對炭黑表面進(jìn)行取代反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，提高其親水性。
二、常見表面處理方法
1. 熱氧化法：炭黑與氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，引入羥基、醛基、羰基等活性官能團(tuán)，使炭黑表面親水性增強(qiáng)，分散性改善。熱氧化法能夠使炭黑表面活性官能團(tuán)的含量增加，但也會造成炭黑表面的部分燒失，影響其物理性質(zhì)。
2. 硫酸法：炭黑與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，引入羥基、磺酸基等活性官能團(tuán)。硫酸法能夠增加炭黑表面的官能團(tuán)含量，提高其親水性和分散性。
3. 烷基化法：使用烷基化試劑，通過取代反應(yīng)引入烷基官能團(tuán)，使炭黑表面親油性提高，分散性改善。烷基化法適用于炭黑表面缺乏親油性或高分散度要求的場合。
4. 聚合物表面處理法：在炭黑和聚合物間形成物理或化學(xué)鍵，使炭黑表面包覆住聚合物，通過聚合物表面的親水性或親油性改善炭黑的分散性。聚合物表面處理法可以增加炭黑表面的親水性或親油性，使其與基質(zhì)的相容性提高。
三、炭黑表面處理對分散度的影響
1. 確定炭黑表面處理對分散度的影響前提是，炭黑的表面處理處理方法應(yīng)符合其應(yīng)用場合，不同的表面處理方法因其所引入的官能團(tuán)、表面能、親水性等差異，對炭黑分散效果的影響也不同。
2. 炭黑表面處理能夠提高其分散度，減少顆粒的團(tuán)聚和沉降，抑制反應(yīng)的發(fā)熱和揮發(fā)等現(xiàn)象，增強(qiáng)炭黑與基質(zhì)的相容性和強(qiáng)度，提高其加工性能和性能穩(wěn)定性。
3. 炭黑表面處理對其分散性的影響與表面能、親水性等相關(guān)，一般情況下，增加表面能、提高分子間間隔、增大表面積等方式均能夠改善炭黑的分散效果。表面能的提高使得炭黑靠近表面的溶劑分子數(shù)量增加，增強(qiáng)了溶劑分子對炭黑表面的吸附能力，抑制其顆粒聚集現(xiàn)象，從而改善分散性能。
4. 炭黑表面處理的機(jī)理復(fù)雜，不同表面處理方法之間可能會形成協(xié)同效應(yīng)，影響其分散效果，因此需要在實(shí)際應(yīng)用過程中進(jìn)行充分的試驗(yàn)和驗(yàn)證。
炭黑表面處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對于炭黑的分散效果具有重要意義。通過采用不同的表面處理方法，可以增加炭黑表面的活性官能團(tuán)、引入高分子材料等措施，提高其親水性、親油性等表面性質(zhì)，從而改善炭黑的分散性能。炭黑表面處理技術(shù)的發(fā)展還有待深入研究，為炭黑的應(yīng)用提供更多的選擇和優(yōu)秀的性能。
