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碳素墨水中色素炭黑的应用

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碳素墨水是办公、绘图、学习过程当中一种十分重要的书写绘画工具,它是以炭黑为主要着色原料,具有非常可观的耐晒、耐水、和久不褪色的特性。随着产量的逐年增长,现在碳素墨水已经占到全国墨水产量的20%以上。墨水中主要的原料炭黑,我们也称之为色素炭黑。色素炭黑的质量优劣是制造墨水的关键。而墨水的书写流利性与墨水中炭黑的悬浮性一直都是厂家和消费者关心的话题。   一般来说,色素炭黑的黑度指数分为四类,黑度指数是用炭黑计测得的相对树枝,它是将炭黑分散在加热过的亚麻油中,用黑度计测其反射光强度标准反射光强度之比来显示。如果黑度指数小于70,我们称之为高色素炭黑,指数在70-80之间,我们称之为中色素炭黑,指数在80-90之间是普通色素炭黑,指数在90以上为低色素炭黑。从这里不难看出,黑度的指数越小,它的黑度就越高。
其实无论采用何种方式生产的炭黑,它的物理化学性能都与炭黑粒子的表面特性有关,这些对碳素墨水的性能都有一定的影响。
拿粒径与比表面积来说,粒径越小,比表面积就越大,它对光的吸收和散射作用也就越大,炭黑也就越黑。但是炭黑的粒径一般与其黑度成不规则的比例关系,粒径越小,黑度越大,这是由于炭黑粒径减小了,而比表面积增加了,这就导致它可以吸收较多的入射光,从而是反射光减少,以肉眼观看的话,它的黑度会更黑。有一点值得注意,炭黑的粒径越小,就越南分散,越难湿润,分散体的粘度也会增加,而分散不好,它的着色力会下降。
结构方面,炭黑聚集体的形态对墨水的制造应用至关重要。组成炭黑聚集体的粒子越多,链枝状结构复杂,我们说它的结构就越高,我们称之为高结构炭黑,反之为低结构炭黑。高结构的炭黑DBP值较大,使用其生产的墨水的粘度也比较大,湿润时间较长,分散能力好,但是黑度较低,着色力较低。低结构的炭黑由于炭黑聚集体之间的吸收力较大,所以较难分散,又由于它的空隙较小,包容的空气也相对较少,因此容易被湿润。低结构炭黑的聚集体较少,那么它的黑度和着色力会比较高。
除此之外,炭黑的表面含有许多的化学吸附的复合物,它主要是由于生产制造过程中的氧化作用或认为的特异后处理,复合物主要含有羧基、醌基、丙脂基、酚基、烃基等不同形式的吸附含氧基团。这些复合物起着类似于表面活性剂的作用,从而使炭黑表面容易被湿润,使其分散性和分散后的稳定性大卫增强,并且有着减少粒子重新附聚的倾向。
炭黑的表面化学性能主要取决于炭黑的生产方式和氧化后的处理方式,通常用挥发分和表面酸度(PH值)来表征。一般的炉法色素炭黑,它的挥发分含量有1%,表面呈碱性。经过氧化后处理的炭黑表面呈酸性,挥发分含量可以提高2%以上。制造碳素墨水应该选择表面含有化学吸附含氧基团较多的炭黑,特别是含烃基、羧基等较强亲水基多的碳黑,以利于炭黑在水中长期悬浮,使墨水有更好的稳定性。