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粉末涂料用炭黑特性及其技术要求
2015年02月09日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:5304
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       炭黑作为粉末涂料行业一种应用广泛的化工原料,其特性对于涂料的生产有着明显的影响,下文我们就从炭黑的基本特性着手,了解这种影响产生的原因以及炭黑应用的技术要求。


      一、炭黑简介


      炭黑是无定形碳的一种黑色粉末。炭黑表面积很大。主要成分是元素碳,并含有少量的氧和硫等。炭黑的颗粒性质与一般的颜料的颗粒性质有很大的不同,如炭黑粒子表面的微观结构、粒子粒径和比表面积、粒子的表面形态和表面性质等,炭黑表现出的颜料性质和一般的颜料有较大的区别。炭黑主要用于橡胶行业,只有约10%的炭黑作为色素炭黑用于涂料、塑料、油墨和造纸工业中。炭黑的分类方法比较混乱,除作为橡胶等用途的炭黑品种以外,作为色素炭黑的分类,从生产方法方面分类可分为槽法炭黑、炉法炭黑和热裂法炭黑三种,随着技术的进步,一些炉法炭黑也能够达到槽法炭黑的质量水平而作为色素炭黑使用;从着色力或黑度方面分类可分为高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑三种,不同的生产方法所制造炭黑产品的性质、性能和成本(价格)有很大的差别。炭黑的应用范围主要依其粒径而决定,生产方法的不同炭黑的粒径范围也不同,详细情况参考下图:



       一般来说,炭黑的粒径越细,则着色力越强,遮盖力越好,黑度也越高。对于相同粒径的炭黑来讲,结构高的或高结构的单元频数大的炭黑表现的黑度、遮盖力和着色力较高。作为色素炭黑,从分散性的角度考虑,结构低的炭黑对涂膜的光泽和流平影响小。炭黑的结构越高,聚集体的形状越不规则。炭黑结构的高低与其生产方法工艺控制有很大的关系,热裂法炭黑的结构很低或没有结构(粒子以单个形式存在);槽法炭黑结构较低,仅3~5个粒子熔接在一起;炉法炭黑的结构较高,十几个或几十个粒子熔接在一起形成发达的链枝状聚集体。


       二、炭黑PH值对其性能的影响:


       炭黑是烃类不完全燃烧生成的颗粒,加上炭黑粒子很细微,因此在炭黑粒子的表面还结合有酚基、醌基、羧基和内酯基等含氧基团,这些含氧官能团影响着炭黑表面的PH值。含氧官能团多的,槽法炭黑,表面呈酸性(PH值在3~5);含氧官能团少的,炉法炭黑,表面呈中性或微碱性(PH值≥7)。PH值影响色素炭黑的分散性,并影响涂膜表面的光泽和流平。碳黑粒子表面的极性,特别是氧化后的炭黑极性增加(虽然增加了分散性),吸湿性也大大增加,会影响炭黑颜料的储存稳定性。


      三、色素用炭黑分类及其特性参数对涂料性能的影响:


     色素用炭黑分类

炭黑类型

粒径范围/nm

黑度指数*

表面及范围/(㎡/g

HCC

10~14

260~188

1100~695

MCC

15~27

175~150

275~115

MCF

17~27

173~150

235100

LCF

28~70

130~60

65~20

 

      炭黑参数对涂料性能的影响

一、当粒径减小或表面积增大时

黑度

增加 光的吸收更多,反射更少,使人觉得更黑

粘度

增加 基料需要量较多,自由流动的基料量减少

分散性

降低 粒子间引力增大,需要更多的能量破坏附聚体

光泽

降低 较高的基料需要量,涂层中共光反射的基料量减少

二、当炭黑结构增大时

黑度

降低 纤维状聚集体增多,相当于较粗粒子的效果

粘度

增加 基料需要量较多,自由流动的基料量减少

分散性

增加 由于粘度的增加,产生更大的剪切力破坏附聚体

光泽

降低 基料需要量增加,涂层表面上自由基料减少

三、当炭黑表面酸度增加时

黑度

增加

 

   对于大多数基料而言,表面酸度增加,相当于加入一种有效的分散润湿剂,颜料被基料润湿的阻力得以降低,有助于基料渗透到颜料粒子簇中去

 

粘度

降低

分散性

增加

光泽

增加

       设计配方应依据不同黑度的涂料选择相应粒径的炭黑,粉末涂料加工时螺杆挤出分散性差,一般选用分散性好、对涂膜流平好的表面PH值较低的炭黑。


      四、色素炭黑检测设备需求


        由本文上述内容可知,色素炭黑的粒度分布、PH值、分子结构对其性能影响非常明显,因此对相关参数的监控极为重要。炭黑的生产企业或者使用企业很有必要考虑配置激光粒度分析仪、PH值测试仪、色谱仪等等。没有相关检测设备是不太可能对色素炭黑的生产和使用过程进行有效的监控,也就无法保证炭黑或者是涂料产品的质量指标。

(粉体圈  作者:敬之)

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