炭黑一般是指碳單質微粒,一般是由于有機物燃燒不充分,其中的氫元素和氧元素轉化為水,而碳元素燃燒不充分,就會脫離分子,形成炭黑。炭黑的分散過程可以分為以下四個階段:
破碎:
由于商品級炭黑顏料的通常細度(45μm)遠遠不符合下游領域的較終要求,所以在使用炭黑時必須對炭黑進行破碎分散操作,也只有將炭黑破碎分散到一定細度范圍時,才能使炭黑的著色性能或其它所需要的性能充分發揮出來。例如,發生在擠出機、捏合機、三輥機、密煉機、高攪機、球磨機、砂磨機等中的操作過程均是顏料的破碎。做為顏料的特性,炭黑的破碎程度同樣與自身粒子的“堅牢度”有關。
潤濕:
自由炭黑粒子表面與周圍介質的相互作用是炭黑被潤濕的重要因素。炭黑潤濕的能量關系可用熱力學定律來解釋,其中炭黑表面張力和表面能是潤濕熱的重要輔助參數,也可以從動力學角度描述炭黑粉末和附聚物的潤濕過程。潤濕時間不但與炭黑粉末的孔隙及幾何結構有關,還隨介質粘度提高而增加,并隨潤濕張力增大而減少。在實用條件下,升高溫度可以加速潤濕過程,但溫度升高(粘度降低)又會導致剪切力(破碎作用)降低。潤濕體積可作為炭黑孔體積或填充密度的量度,它與炭黑的相對著色強度密切相關,因此間接與炭黑在較終制品中分散質量有關。所以,在實際操作中為了提高炭黑的分散性,往往在介質中摻入了低分子量的添加劑(如分散劑和潤濕劑等)。
分布:
通過提高加工溫度和降低體系粘度,使體系處于湍流條件下;以及延長炭黑在加工設備內的停留時間;可以使被潤濕的炭黑粒子達到較佳分布。但是,在實際操作中,延長停留時間將受到產量要求的限制。因此,對于塑料行業,通常在注朔機和擠出機中安裝魚雷頭、多孔板、剪切部件以及加設捏合段和采取其它設計措施,以提高破碎作用和延長停留時間。
內聚力:
由于炭黑粒子之間存在吸引力(偶極、氫鍵和靜電力),因此必須依靠外界能量來克服吸引力,才能達到分散目的。炭黑的分散性和它的粒度分布有密切關系,粒度小的炭黑具有較大的比表面積,并且存在熱力學上的不穩定性,從而容易產生再附聚作用。在實際操作中,添加分散劑涂覆在炭黑粒子表面,從而降低炭黑粒子之間的內聚力,有助于避免炭黑分散操作困難。