炭黑分散仪

一、炭黑的特性1、黑度与粒径黑度直接与炭黑的粒径相关，粒径越小，比表面积愈大，炭黑的黑度越高。这是因为尽管原生粒子已熔合成原生聚集体，但是其比表仍能起作用，原生粒子细，则凝聚体的比表面积越大。所显现的颜色更黑，防紫外线作用更佳。由于细粒子炭黑的吸光率比粗粒子炭黑的更高，所以着色力更强。但是当粒径减小时，由于蓝光被优先吸收，为此色调变成棕相。细微原生粒子赋予炭黑更大的比表面积，同时增加分散难度，一般通过表面处理可调整润湿性和改善分散性。2、结构炭黑粒子不仅以原生粒子形式存在，而且在生产熔结成凝聚体。这种凝聚体是由原生粒子经化学键结合。在凝聚过程中，由大量链枝的原生凝聚体构成的炭黑称为高结构炭黑。而原生凝聚体由较少链枝原生粒子组成的炭黑，则称为低结构炭黑。3、表面化学性炭黑的生产方法不同其表面化学性能各异。炭黑表面具有不同的含氧官能团（如羧基、内脂基、酚基、羰基等）。一般含氧官能团高的炭黑，挥发份高，其色调可调性能好，其流动度也较高。炭黑样品加热至825± 25oC后以百分重量损失表示炭黑挥发份。炭黑含氧基因越多，挥发份也越大。4、吸湿性和密度炭黑是一种表面积大的物质，因此有一定的吸湿性。炭黑的吸湿量主要由表面积大小来决定。可加强措施，尤其在包装、贮存和运输的过程采取办法以减少产品的吸湿性。因为水分（吸湿量）过高会对加工过程带来麻烦，所以要求对某些品种炭黑有特殊包装。粉状的色素炭黑还是粒状的色素炭黑用于给定的塑料掺混物取决于分散的类型和树脂的特性，但加工能力也是很重要的因素，目前多数分散设备都能发挥剪切力，足以将粒状分散均匀。二、炭黑在塑料行业中的应用在选择之前，必须确定其用途，例如用于着色、防紫外光、或导电等等。1、着色用炭黑色素炭黑一般都能较好的给塑料着色，可根据着色特性或物化性能选用色素炭黑，着色用炭黑的品种的选择基本上都是随成品必须达到的黑度而定。 用极细的色素炭黑可以完成黑度要求特别高的着色； PE垃圾袋，塑料袋，电缆材料之类产品只需中等水平黑度，可以用比表面积较低，结构较高的炭黑品种；塑料调色时，炭黑称量和配料时出现的微小误差，均会导致明显的色差，因此，宜采用粒径较大，着色力较差的低色素炭黑，这样炭黑用量可以稍大，称量误差相对小些，并有分散性较好、价格较低的优点。对于灰色塑料，采用细粒色素炭黑往往呈现棕相灰色，而采用粗粒子色素炭黑可产生蓝相灰色。与其它有机颜料相比，炭黑除分散较困难外，其他性能均较好。科学的炭黑配合量，可提供较好的抗静电或导电性。炭黑基本上是无毒的，但较易飞扬和污染，故常以色母粒形式供塑料行业使用，在消除污染的同时也改善了炭黑在塑料中的分散。炭黑作为塑料用颜料，常用的剂型有粉状和粒状。粒状炭黑飞扬较少，但分散较难，故在塑料着色中采用粉状炭黑。 2、紫外线防护性的应用炭黑在塑料工业中用途之一是防紫外光老化，由于炭黑有较高的吸光性，因而能有效的防止塑料受阳光照射而产生光氧化降解。炭黑作为紫外光稳定剂在塑料中所起的作用有：把光能转化为热能；保护塑料表面而免遭一定波长的射线照射；截取原子团而产生防老化作用，从而阻止催化降解。紫外线对聚烯烃特别有害，试验证明当一定细度的炭黑的浓度为百分之二时可以达到完美的紫外线屏蔽作用。炭黑对塑料的紫外线老化的防护作用，取决于炭黑的粒径、结构和表面化学性。炭黑的粒径较小时，因表面积增大，其吸收光或遮光能力增加，故紫外线防护作用增强，但粒径小于20nm，其防护作用趋于同一水平，原因是当粒径过小时，逆向散射减小，而继续向前的光会威胁聚合物的稳定性。结构较低，即聚集体尺寸较小时，因聚集体几何体积较小，会增强对聚合物的防护作用，这也是结构较低的炭黑较黑的原因。炭黑表面含氧基团较多，即挥发份较高时，能消除聚合物分解时产生的基因，因此防护作用也增强。三、HunterLab测色仪（着色强度测定仪）在炭黑中的应用1、表面特征的影响在测配色时，光泽和表面平整度对色差的影响最大。当光线照射到凹凸不平的表面时，在表面产生反射、散射和吸收。粗糙的表面散射大，反射和吸收少，所以人眼的反应光泽就低，而高光的涂料表面平整，反射大，散射少，人眼对光泽就特别敏感，光泽就高。从实际生产的经济性考虑，我们根据用途选择合适粒径的消光剂，它决定了消光剂的用量，一般消光剂用量越多，光泽越低。HunterLab测色仪（0o／45o或45o／0 o）对黑颜色和白颜色光泽的敏感性特强。以高色素炭黑为例，光泽从20降到10时，△E要相差1左右(用类似人眼的0o／45 o测量)，而其他品牌的测色仪测相同的黑板时，△E误差在0.3以内。其他颜色光泽在± 1.0度范围内变化时，△E一般在允许误差范围以内。当然在生产中颜料的耐高温性和烘烤的时间和温度也会对△E产生较大影响，这是在实际生产中要特别当心的问题。2、台式、手提式设备一应俱全台式测色仪LabScan XE和新款手提式测色仪MiniScan EZ，他们有其独特的优势，测试结果保持与人眼一致， MiniScan EZ轻巧、携带方便，可直接测量读取数据，也可以连接到电脑上输出数据。特别在生产线或与客户交流时，可以充分发挥其携带方便的优势。

白炭黑即沉淀二氧化硅,又名水合二氧化硅，分子式为 SiO2.nH2O，是一种白鱼、无毒、无定形微细粉状物，具有多子性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。其相对密度为2319-2653，熔点为1750℃。主要用作橡胶、塑料、合成树脂以及油漆等产品的填充剂，也可用作润滑剂和绝缘材料。目前全世界70%的白炭黑用于橡胶工业,是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，其性能明显优于普通炭黑。2000年国内橡胶工业总需求量大于160万吨,白炭黑在橡胶中已广泛的用来替换炭黑。白炭黑粒径的大小会影响到在橡胶中的分散性能、橡胶的拉伸性能、耐磨性和抗湿滑性能。炭黑在橡胶基体中的分散是影响复合材料的生热和磨耗的关键因素，从增强炭黑与橡胶之间的相互作用角度出发，通过炭黑改性、橡胶改性和液相复合技术等方法可制备综合性能优异的炭黑/橡胶复合材料。ISO20937《Rubber compounding ingredient-precipitated silica-Determination of aggregate size distribution by disc centrifuge》国际标准采用差速离心法进行白炭黑的粒径表征。利用离心圆盘可以精确测量白炭黑总的粒径分布情况，根据测试的时间与转速，依据斯托克斯定律可以实现5nm-75um的粒径测量。国际标准中所使用的仪器参数如下：离心圆盘：允许转速可以达到24000r/min探头式超声仪：至少200W的功率制冷温度浴：如低温温度浴高精密天平：±0.01g一次性注射器：1ml和2ml的规格卷边瓶：推荐使用35ml，直径30mm，高65mm水：去离子水蔗糖：粉末，≥99.7十二烷：99%PVC标准溶液：推荐使用220nm±20nm目前对于炭黑粒径的分析，ISO国际标准推荐使用CPS Instrument，Inc公司的纳米粒度分析仪，并且详细记录了仪器中参数的设定值，对于操作者只需要跟着内容操作，一步步进行即可得到白炭黑的粒径 结果。 美国CPS纳米粒度分析仪（如图所示）可以真实反映样品在溶液中的真实粒径分布状态，粒径测试结果的精确度媲美扫描电镜，分析范围为5nm-75um。主要特点如下：所需样品量少。每次只需要0.1ml，这在疫苗研发、化学合成方面具有极大的优势。一次测试可到40多个样品。在前处理准备工作做完以后，可结合标准颗粒一批次测试40多个样品。分辨率高。同激光散射和颗粒计数等方法比较，对于样品中即使只有1%峰值差异的颗粒，依旧可以很好地区分测量出来，即可以得到真实的粒度分布结果。灵敏度高。低至 10-8 g 的样品就可以满足日常分析需要。分析时间端。和传统沉降法比较，由于采用更快的圆盘转速和高速检测器，因此极大缩短了分析所需时间。对于粒径分布范围很宽的样品，通过可选的速度调节功能圆盘，仅需常规圆盘分析时间的 1/20。图1 CPS纳米粒度仪（左图为自动进样器，右边为自动梯度液生成器）

新闻发布颗粒表面特征及其理解三位候选人被提名2024年LUM青年科学家奖柏林，2024年4月15日：2024年6月10日和11日，LUM GmbH将在柏林主办第11届分散体分析和材料测试国际会议（ICDAMT 2024）。科学委员会主席兼LUM董事总经理Lerche教授博士：“自2014年以来，我们一直在宣传青年科学家奖（YSA），以表彰在颗粒和分散体表征以及材料测试领域的杰出科学成就，并根据规定的考核标准在会议上授予该奖项。来自德国、法国、印度、挪威和捷克等国家的年轻科学家响应号召，分分申请了该奖项。来自欧洲和印度的三名决赛选手最终被评委会提名。应邀请，他们将带着有趣的研究成果出席会议。完全独立于选择程序，颗粒表面特性及其表征的课题在所有指定的应用中都有令人振奋的发现，这是我们在自己的科学工作和与客户的合作中越来越多地遇到的趋势。”Amin Said Amin，德国杜伊斯堡-埃森大学能源与材料工艺颗粒科学与技术研究所（EMPI-PST），因其题为“开发系统选择探针液体的方法以确定炭黑材料的汉森溶解度参数”的工作而获得提名。当涉及到颗粒在液体中的分散时，Hansen溶解度参数（HSP或Hansen分散性参数，HDP）特别相关；它们表征了纳米颗粒的表面性质。HDP可以提供对电极、电解质和电化学系统的其他关键部件的开发和设计中的关键因素的理解。目前通过沉淀测定纳米颗粒HDP的方法是基于使用具有不同HSP的各种液体。这些实验耗时且部分对环境有害，并与潜在的健康风险有关。为了应对这一挑战，Amin和他的团队开发了一种两阶段策略，可以系统地选择更少的液体。分析多样本分散体系分析仪LUMiSizer用于这些研究。法国巴黎索邦大学勒芒分子与材料与软物质科学与工程研究所的Théo Merland成功提交了一份申请，描述了他在富勒烯水悬浮液方面的工作。巴克明斯特富勒烯（C60）因其高共轭性而成为一种有吸引力的分子，在（电光）和生物医学领域有着广泛的应用。在许多应用中，它的使用需要在水性介质中进行处理。然而，由于富勒烯是高度疏水的，它只能以ppm的水平分散在水中。Merland和他的团队开发了两种不同的方法将大量富勒烯分散在水中：Ouzo效应，富勒烯首先溶解在与水混溶的有机溶剂中；乳液蒸发，使用与水不混溶的溶剂。LUMiSizer用于测定纳米板，其中一些大于光散射方法的检测上限。此外，使用相同的装置表征富勒烯悬浮液的分离稳定性。班加罗尔纳米与软物质科学中心-Center for Nano and Soft Matter Sciences, Bengaluru的Priyabrata Sahoo和印度曼尼帕尔曼尼帕尔高等教育学院-Manipal Academy of Higher Education, Manipal, India以其在液相剥离中界面性质优于本体溶剂性质的科学成果入围决赛：总结了使用分散分析仪的实验研究。液相剥离（LPE）是获得二维（2D）材料（如石墨烯、氮化硼、MXene等）并在各种应用中利用其奇异特性的最成功技术之一。尽管LPE是一个简单且可扩展的过程，但剥离机制相当复杂，文献中尚未对此进行详细研究。Sahoo和他的团队的工作目标是了解溶质-溶剂界面在2D材料的LPE和分散稳定性中的作用。使用分散体分析仪（LUMiSizer）来了解在不同溶剂中获得的分散体的剥离效率和稳定性。您可在会议上与入围者获取联系；我们诚挚邀请您到柏林参加学士会议。会议注册:https://conference2024.lum-gmbh.com/2014-2024LUM 青年科学家奖获得者回顾:https://www.youtube.com/watch?v=4JFF1TZkY0M会议摘要: https://www.lum-gmbh.com/files/Presse/Presse_2024/ICDAMT2024_web.pdf会议课题:https://www.lum-gmbh.com/files/Presse/Presse_2024/ICDAMT2024_web.pdf新闻联系: LUM GmbH, Justus-von-Liebig-Str. 3, 12489 Berlin, Germany, support@lum-gmbh.de, www.lum-gmbh.com