카본블랙의 분산액 변성에 대한 폴리비닐피롤리돈의 영향

개요: 점도와 요변성 지수는 카본 블랙 분산액의 유변학적 특성을 간단하고 정량적으로 특성화하는 것입니다. 서로 다른 상대 분자량과 서로 다른 양의 PVP를 카본 블랙 분산액의 매트릭스에 첨가하여 서로 다른 유변학적 특성을 갖는 카본 블랙 분산액을 제조했습니다. 각 카본 블랙 분산액의 점도, 전단율 곡선 및 요변성 지수를 분석하여 PVP가 유변학적 특성에 미치는 영향을 입증했습니다. 결과는 모 카본 블랙 분산액이 전단 담화 거동을 가짐을 보여줍니다. PVP를 첨가하면 시스템의 겉보기 점도와 요변성 지수가 크게 향상될 수 있습니다. 시스템의 겉보기 점도는 온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하며 온도에 따라 달라집니다.
카본 블랙 안료 분산액은 카본 블랙을 분산제와 함께 물에 분산시켜 형성된 콜로이드 분산 시스템으로 페인트, 잉크, 플라스틱, 고무 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 유체는 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체로 나눌 수 있으며, 카본 블랙 안료 분산액은 비뉴턴 유체에 속하며 비뉴턴 유체의 몇 가지 기본 특성을 갖습니다. 콜로이드 시스템의 유변학적 특성은 첨가된 물질의 양 변화, 상대 분자 질량의 변화 등 시스템의 구성 특성에 크게 영향을 받으며 이는 유변학적 거동을 직접적으로 반영합니다. 따라서 카본 블랙 분산액의 유변학적 거동을 사용하여 제품의 일관성과 품질을 제어할 수 있습니다. 원료 가공에서 카본 블랙 분산액의 유변학적 거동을 연구하는 것은 매우 중요합니다.
점도와 요변성은 유체 유변학적 특성의 두 가지 중요한 매개변수입니다. 유체가 외부의 전단력을 받아 흐르고 변형되면 그에 따라 변형에 대한 내부 저항이 발생하고 이는 유체의 고유한 물리적 특성인 내부마찰의 형태로 나타납니다. 체액. 요변성과 점도는 서로 다른 두 가지 물리적 개념입니다. 요변성은 외부 전단력의 작용 하에서 시스템의 점도가 시간에 따라 감소하고 휴식 후 회복되는 시간 요소의 전단 묽어짐 현상을 나타냅니다. 또한 요변성은 유체 점도의 변화를 나타내는 것으로 이해될 수 있습니다.
PVP라고 불리는 폴리비닐피롤리돈은 우수한 특성과 폭넓은 적용성을 지닌 비이온성 수용성 고분자 정밀화학물질의 한 종류입니다. 합성 수용성 고분자 화합물로서 PVP는 콜로이드 보호, 필름 형성, 접착, 용해성 등과 같은 수용성 고분자 화합물의 일반적인 특성을 가지고 있습니다. 그 분자 구조는 표면 활성을 가지며, 다음과 같은 분야에 적용할 수 있습니다. 우수한 분산 안정성을 얻기 위한 콜로이드 시스템. 동시에 고분자 화합물의 특성도 가지고 있습니다. 분산액이나 용액의 유변학적 특성을 크게 조절하는 능력입니다.
벌크 매트릭스에 서로 다른 상대 분자량과 서로 다른 함량의 PVP를 첨가하여 제조된 카본 블랙 분산액의 점도-온도 곡선, 점도-전단율 곡선 및 요변성 지수는 PVP가 카본 블랙 분산 시스템의 유변학적 특성에 미치는 영향을 보여줍니다. 유변학적 조절 능력의 원인을 사전에 설명합니다. 카본블랙 분산액 관련 제품의 기술개발, 품질관리 및 성능 확장을 위한 이론적 기반을 제공합니다.
PVP가 점도에 미치는 영향 – 카본 블랙 분산액의 온도 곡선
서로 다른 분자량(K15, K30, K60, K90)을 갖는 정량적 PVP를 카본 블랙 분산 매트릭스에 첨가하고 서로 다른 온도에서 시스템의 점도 값을 측정하여 점성 온도 곡선을 얻었습니다. 실험 결과는 그림 1에 나와 있습니다.

무화과. 1 서로 다른 상대 분자량의 PVP를 첨가한 후의 점도-온도 곡선(PVP의 질량 분율은 6%)

카본블랙 매트릭스에 질량분율이 다른(6%, 12%, 18%, 24%) K30을 첨가하여 카본블랙계의 카본블랙 분산액을 제조하고 점성온도 곡선을 측정하였다. 실험 결과는 그림 2에 나와 있습니다.

도 1을 비교하면 다음과 같다. 도 1 및 도. 도 2에 따르면, 두 가지가 유사한 특성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. PVP를 첨가하면 분산액의 겉보기 점도가 크게 향상됩니다. 분산액의 겉보기 점도는 기본적으로 온도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하고 분산액의 겉보기 점도는 기본적으로 유지됩니다. 온도에 따라 달라지는 온도 감소율에 따라 변하지 않습니다.
PVP를 추가하면 시스템 점도가 크게 증가하는데, 이는 두 가지 측면에서 기인할 수 있습니다. 한편, PVP는 폴리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 기타 용매 분자의 분산액에 용해되며, 이들 용매와 혼합된 후 겔 반응이 일어나 겔의 일부를 형성하고 용액에 분산되어 점도가 크게 증가합니다. 솔루션의. 한편, 활성 충진제로서 카본 블랙 이온의 표면은 여러 개의 큰 분자 사슬을 동시에 흡착하여 엉킴과 같은 점을 형성하여 점도가 증가할 수 있습니다.
이는 도 1에서 볼 수 있다. 도 2에서 동일 온도에서 K30 첨가량이 증가함에 따라 온도 증가에 따른 계의 겉보기 점도 변화 곡선은 기본적으로 평행을 유지하며, 이는 K30 첨가량 증가가 계의 겉보기 점도 추세를 변화시키지 않는다는 것을 의미한다. 시스템은 온도가 증가함에 따라 감소하지만 그에 따라 점도만 증가합니다. K30의 첨가량이 증가하면 계 내의 분자 수가 증가하고 서로 간의 내부마찰 수가 증가하며 상호 얽힘으로 인해 계의 점도가 증가한다. 온도가 상승한 후 분자의 불규칙한 움직임이 강화되고 분자 거리가 증가하며 분자 사슬 탈착이 증가하고 에너지가 많아지면 시스템에 더 많은 "구멍"이 형성되어 사슬 세그먼트가 더 쉽게 움직이게 됩니다. 시스템의 점도 감소.
카본 블랙 분산액의 점도 전단율 곡선에 대한 PVP의 영향
무화과. 도 3 및 도 3 도 4는 전단 속도에 따라 카본 블랙 분산액의 매트릭스에 서로 다른 상대 분자량 PVP와 서로 다른 질량 분율 K30을 첨가하여 제조된 카본 블랙 분산액의 점도 곡선을 각각 보여줍니다. 두 그림에서 볼 수 있듯이 전단율이 증가함에 따라 모든 시료의 전단점도는 감소하며, 전단율이 클수록 시료의 전단점도는 작아지는 전형적인 전단박화거동을 보인다. PVP를 첨가해도 원래 분산액의 전단 담화 특성은 변하지 않았습니다. 이는 카본 블랙 분산액이 유사가소성 유체이고 전단박화가 자체 구조의 반응임을 나타냅니다.

무화과. 2 다양한 질량 분율의 K30으로 제조된 카본 블랙 분산액의 점도-온도 곡선

무화과. 3 상대 분자량이 다른 PVP를 첨가한 후의 점도 전단율 곡선(PVP는 시스템 질량 분율의 6%를 차지함)

무화과. 다양한 질량 분율의 K30으로 제조된 카본 블랙 분산액의 4가지 점도-전단율 곡선

도 1에서 볼 수 있듯이. 도 3에 나타난 바와 같이, 동일한 회전수에서 K15와 K30을 첨가한 후 계의 점도는 감소하며, K15를 첨가한 후 분산액의 점도는 K30을 첨가한 것보다 큰 반면, 계의 전단점도는 K60과 K90을 추가하면 증가합니다. 이는 시료의 전단점도가 PVP의 상대분자량에 정비례하지 않고 불규칙한 변동을 나타냄을 보여주었다. 이는 상대적으로 분자량이 작은 K15 및 K30의 분산 효과가 증점 효과보다 강한 반면 상대적으로 분자량이 큰 K60 및 K90의 증점 효과가 더 뚜렷하기 때문입니다. 이는 전단 점도.

이는 도 1에서 볼 수 있다. 도 4는 동일한 회전 속도에서 K30의 질량 분율이 6%일 때 시스템의 전단 점도가 블랭크 샘플에 ​​비해 약간 감소한다는 것을 보여줍니다. K30의 질량 분율이 12%를 초과하면 시스템의 전단 점도가 높습니다. 이는 K30의 질량 분율이 6%일 때 시스템 내 K30 분자가 적어서 계면에 흡착하기 쉽고 안정적인 계면 흡착막을 형성하고 전단을 받을 때 흐름이 더 쉬워지기 때문입니다. 점도가 약간 감소합니다. K30의 첨가가 증가하면 시스템 내 K30 분자 수가 증가하고 분산액에 대한 K30의 증점 효과도 나타나 전단 점도가 증가하는 것으로 나타났다.

카본 블랙 분산액의 전단 담화 거동은 중합체 형태의 변화로 설명할 수 있습니다. 전단 속도가 증가함에 따라 PVP에서 거대분자 사슬의 해당 전단 응력도 증가하고 거대분자 사슬은 흐름 방향을 따라 배향되어 결과적으로 평형 구조에서 장쇄 거대분자의 편차. 미세하게 배향된 거대분자 사이의 유동 저항이 감소하여 시스템의 거시적 점도가 감소하고 전단 박화가 발생함을 보여줍니다.

상기로부터 카본블랙 분산액을 제조하기 위해 카본블랙 분산액 매트릭스에 서로 다른 상대 분자량과 서로 다른 PVP 양을 갖는 PVP를 첨가함을 알 수 있다. 카본 블랙 분산액의 유변학적 특성에 대한 PVP의 영향은 카본 블랙 분산액의 점성 온도 곡선과 점성 전단 속도 곡선을 통해 분석됩니다.

1. PVP를 첨가하면 분산액의 겉보기 점도가 크게 증가할 수 있습니다. PVP의 양이 많을수록 상대 분자 질량이 커지고 분산액의 겉보기 점도와 요변성 지수가 커집니다.

2. PVP가 첨가된 분산액의 겉보기 점도는 기본적으로 온도에 따라 달라지는 온도 증가 및 감소 속도를 동일하게 유지합니다.

3. 카본 블랙 분산액에는 전단 담화 현상이 있으며 PVP 첨가 후에도 전단 담화 거동이 변하지 않습니다. 시스템의 전단 점도는 전단 속도가 증가함에 따라 감소합니다.