High viscosity carbon black dispersions are used in various industrial fields such as color cosmetics, rubber, tire, plastic and color filter ink. However, carbon black particles are unstable to heat due to inherent characteristics, and it is very difficult to keep the quality of the product constant due to agglomeration of particles. In general, particle size analysis is performed by dynamic light scattering (DLS) during the dispersion process in order to select the optimum dispersant in the carbon black dispersion process. However, the existing low viscosity analysis provides reproducible particle distribution analysis results, but it is difficult to select the optimum dispersant because it is difficult to analyze the reproducible particle distribution at high viscosity. In this study, dynamic light scattering (DLS) and asymmetrical flow field-flow fractionation (AsFlFFF) analysis methods were compared for reproducible particle size analysis of high viscosity carbon black. First, the stability of carbon black dispersion was investigated by particle size analysis by DLS and AsFlFFF according to milling time, and the validity of analytical method for the selection of the optimum dispersant useful for carbon black dispersion was confirmed. The correlation between color and particle size of particles in high viscosity carbon black dispersion was investigated by using colorimeter. The particle size distribution from AsFlFFF was consistent with the colorimetric results. As a result, the correlation between AsFlFFF and colorimetric results confirmed the possibility of a strong analytical method for determining the appropriate dispersant and milling time in high viscosity carbon black dispersions. In addition, for nanoparticles with relatively broad particle size distributions such as carbon black, AsFlFFF has been found to provide a more accurate particle size distribution than DLS. This is because AsFlFFF, unlike DLS, can analyze each fraction by separating particles by size.
This paper presents a study on the permittivities of the E-glass fabric/epoxy composite laminates containing carbon black dispersions at microwave frequency. Measurement showed that the complex permittivities of the composites depend strongly on the natures and concentrations of the carbon black dispersion. A new scheme to obtain a mixing law for the estimation of complex permittivity is proposed. The experimental values of the complex permittivities were compared to those calculated. Simultaneously, the complex permittivity of carbon black itself was also calculated by the scheme.
The water-based ink has lately attracted considerable attention because of problems of energy and population. Carbon blacks have been widely utilized in water-based systems to provide pigmentation. One of the most important factors in the successful formulation of an aqueous system containing carbon black is the dispersion and the selection and proper utilization of the dispersing agent. This is similar to water-based ink. This paper discusses dispersion of carbon black with the factors affecting the dispersing agent requirement (DAR) and describes a laboratory method for determining it. Variables that affect the dispersion, such as structure, surface area, and oxidation level of the carbon black are examined through test data. Anionic and nonionic dispersing agents are evaluated using the DAR method. From this study, the increased surface area, the increased DAR is indicated. DAR is indicated to depend on HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance) of dispersing agent and pH of dispersing system.
The biological activity of particles is largely dependent on their size in biological systems. Dispersion in the aqueous phase has been both a critical impediment to and a prerequisite for particle studies. Carbon black has been used as a surrogate to investigate the biological effects of carbonaceous particles. Here, biocompatible methods were established to disperse carbon black into ultrafine and fine particles which are generally distinguished by the small size of 100 nm. Carbon black with a distinct particle size, N330 and N990 were suspended in blood plasma, cell culture media, Krebs-Ringer's solution (KR), or physiological salt solution (PSS). Large clumps were observed in all dispersion preparations; however, sonication improved dispersion - averaged particle sizes for N330 and N990 were $85.0{\pm}42.9$ and $112.4{\pm}67.9$ nm, respectively, in plasma; the corresponding sizes in culture media were $84.8{\pm}38.4$ and $164.1{\pm}77.8$ nm. However, sonication was not enough to disperse N330 less than 100 nm in either KR or PSS. Application of Tween 80 along with sonication reduced the size of N330 to less than 100 nm, and dispersed N990 larger than 100 nm ($73.6{\pm}28.8$ and $80.1{\pm}30.0$ nm for N330 and $349.5{\pm}161.8$ and $399.8{\pm}181.1$ nm for N990 in KR and PSS, respectively). In contrast, 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) exhibited little effect. Electron microscopy confirmed the typical aciniform structure of the carbon arrays; however, zeta potential measurement failed to explain the dispersibility of carbon black. The methods established in this study could disperse carbon black into ultrafine and fine particles, and may serve as a useful model for the study of particle toxicity, particularly size-related effects.
The dielectric medium used in electrophoretic displays (EPDs) is required to be an environmentally friendly solvent with high density, low viscosity, and a large electric constant. Hydrofluoroether, a highly fluorinated solvent with eco-friendly characteristics, is regarded as a viable alternative medium for EPDs, owing to the similarity of its physical properties to those of the conventional EPD medium. Surface modification of particles is required, however, in order for it to disperse in the charged solvent. Also, positive/negative charges should be present on the particle surface to enable electrophoretic behavior. In this study, carbon black particles wrapped with positively charged nitrogen (N-CBs) were fabricated by a simple hydrothermal process using a poly(diallyldimethylammonium chloride) solution as a black coloring agent for the EPD. The dispersion behavior of N-CBs was investigated in various solvents.
초고온가스로 핵연료 구형 UCO (uranium oxycarbide) 입자 제조과정 중 중간화합물 제조에서 적용하고 있는 내부겔화공정을 대체하기 위해 외부겔화공정을 도입하는 연구가 진행 중에 있다. 외부겔화공정을 이용해서 구형 UCO입자를 제조하기 위한 사전실험으로, 중간화합물인 ADU (ammonium di-uranate) 겔 입자를 제조하기 위한 원료용액인 모사 broth 용액을 제조하여 카본블랙 입자를 분산시키는 실험이 수행되었다. 다양한 종류의 카본블랙 입자를 사용해서 모사 broth 용액에 분산실험을 수행한 결과, Cabot G 제품이 용액상에서 분산안정성과 균일한 분산상태를 나타내고 있어서, 본 연구의 카본블랙으로 선정되었다. 또한 나노크기 입자로 응집된 카본블랙 입자를 고점성 액상물질에 효율적으로 분산시키기 위해서는, 금속염용액에 카본블랙 입자를 투입하고 ultrasonic force를 이용해서 응집입자를 해체한 다음, 고점성 물질인 PVA (poly vinyl alcohol)를 투입하여 강력한 기계식혼합기를 이용해서 6000 rpm으로 2차 분산 혼합시키는 경우, ultrasonic force에 의한 broth 용액의 물성이 유지되면서 카본블랙 입자의 분산안정성과 분산상태가 양호한 broth용액을 얻을 수 있었다.
물을 반응매체로 하고 카본블랙을 함유하는 폴리스티렌 복합체를 현탁중합법을 이용하여 입자형태로의 합성을 시도하였다. 안정제로는 소수성 실리카를, 개시제로는 지용성 안정제인 azobisisobutyronitrile (AIBN)을 선택하였다. 반응은 $75^{\circ}C$로 고정하였다. 안정제의 농도를 물에 대하여 $0.17{\sim}3.33wt%$까지 변화시킨 결과 1.67 wt%에서 최소 평균입경인 $7.96{\mu}m$의 입자가 형성되었다. 가교제인 divinylbenzene(DVB)은 단량체에 대하여 $0.1{\sim}1.0wt%$까지 변화시킨 결과 가교제의 농도가 증가함에 따라 입자간의 응집이 발생하며 평균입경이 크게 증가하였다. 카본블랙의 농도가 단량체에 대하여 1.0 wt%에서는 단량체만으로 구하여진 입자의 입경에 비하여 평균입경이 큰 폭으로 증가하였다. 이는 혼합물이 분산에 필요한 최소점도에 미치지 못하며 균일한 분산이 이루어지지 못한 결과 발생한 것으로 사료된다. 단량체 대비 3.0 wt% 카본블랙 혼합물의 경우에는 혼합물의 점도 증가로 인한 분산의 향상으로 평균입경이 감소하였다. 이 두 농도의 경우 중합반응 이전의 혼합물의 예비입자 및 중합반응 후의 고분자복합체 입자의 입경은 유사한 경향을 나타내었다. 카본블랙의 농도가 단량체 대비 5.0 및 7.5 wt%에서는 혼합물의 점도가 큰 폭으로 상승하고 그 결과 균일한 분산이 이루어지며 예비입자의 평균입경은 감소하였으나, 중합반응 과정에서 입자응집 현상이 발생하며 고분자 복합체의 평균입경은 다시 증가하였다.
An experimental study of the development of carbon black dispersion by an internal mixer and its characterization is presented. We describe the measurement of carbon black agglomerate size and related characteristics using four different experimental techniques : optical microscopy, scanning elctrion microscopy, surface roughness, and electrical couductivity. The results from these different experiments are compared uning the same carbon black for a series of six different butadiene-styrene copolymers. The results from the different techniques are cross plotted and are critically discussed. It is found that surface but then sharply deteriorate. At subsequent stages of mixing optical microscopy seemed the most reliable measure.
본 논문에서는 카본 블랙의 함유율에 따른 유리섬유/에폭시 직조 복합재료 적층판의 유전율에 대한 실험 및 예측방법에 대한 연구를 수행하였다. 유전율 측정은 5 GHz∼18 GHz의 주파수 영역에서 수행하였으며, 복합재료의 유전율은 카본 블랙의 함유율과 주파수의 함수로 얻을 수 있었다. 카본 블랙의 함유율에 따른 복합재료의 유전율을 모사하는 혼합법칙을 얻기 위한 새로운 방법이 제시되었으며. 이 방법에서는 실험적으로 얻기 어려운 카본 블랙 자체의 유전율도 얻을 수 있다. 혼합법칙으로 계산된 복합재료 유전율 결과는 실험적으로 얻은 유전율을 비교적 잘 모사하는 결과를 얻을 수 있었다.
Recently, the attraction for water-based ink is increasing, Because Solvent ink, based on organic solvent, cause bad effect on environment and rise the cost. Instead of organic solvent that cause environment pollution as well as cost-rise by rise of petroleum price, Binder based on alkali-soluble resin is popular and studied by many other country. However, in domestic, research and development for alkali-soluble resin is not like, because of lack of understanding environmental pollution and safety, therefor alkali-soluble resin development and research for the properties of the water-based ink used by alkali-soluble resin is not study very well. In this paper, we studied dispersion of carbon black in acrylic resin solution and the properties of water-based ink used by carbon black and acrylic binder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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