R1800-SH مشتّت فائق لأسود الكربون: 28 ضعف أداء التزليق و122 ضعف أداء التشتّت مقابل الشمع

R1800-SH هو المشتّت الفائق الذي طوّرته Californium Curium خصيصًا لأسود الكربون؛ يوزّع أسود الكربون الصباغي، فلا تنخفض درجة سواده بل ترتفع، ويتحسّن أداء المعالجة.

يتناول هذا المقال ثلاثة أمور: الفرق الفعلي بينه وبين الشمع؛ ومصدر نقطة الانعطاف عند 3% ولماذا ينعكس الاتجاه بعدها؛ وكيف يُستخدم في مصنع أسود الكربون وفي مصنع ماستر باتش الأسود.

ثلاثة أرقام أولًا

1

2

مقارنةً بشمع البولي إيثيلين، يبلغ أداء التزليق لدى R1800-SH 28 ضعف أداء الشمع، وأداء التشتّت 122 ضعف أداء الشمع.

يُستخدم أسود الكربون استخدامًا واسعًا في الماستر باتش بوصفه صباغًا غير عضوي. غير أن حبيبات الصباغ، كلما دقّت، سهُل تجمّعها معًا وتكوينها حبيبات كبيرة تُخلّ بجودة المنتج، فلا يمكن استخدامها مباشرة، بل لا بدّ من معالجتها بالتشتيت. وتنقسم عملية تشتيت الصباغ إلى ثلاثة أجزاء: التبليل، والتفصيل (التشتيت)، ثم التثبيت بعد التفصيل (التغليف). ومعالجة سطح الصباغ هي عملية التثبيت بعد التفصيل: ترسيب مواد أحادية أو متعددة الجزيئات وتغطيتها على سطح حبيبات الصباغ، بما فيها المواد الفعّالة سطحيًا، وعوامل التعديل، ومشتقات الصباغ نفسه وغيرها.

هذه الفقرة هي العرض الكامل في الدليل لسبب ضرورة التشتيت. وهي تفصل العملية في ثلاث مراحل: التبليل، والتفصيل (التشتيت)، والتثبيت بعد التفصيل (التغليف). وأثر R1800-SH يقع في المرحلة الثالثة: ترسيب طبقة غلاف على سطح حبيبات الصباغ، وهذه الطبقة مع الحاجز الفراغي المجسّم هي ما يتيح للحبيبات أن تتباعد عند تقاربها.

المكوّن الرئيسي في R1800-SH هو بوليمر من إيثرات السيليكون والراتنج: عجينة زرقاء برائحة خفيفة تشبه رائحة شحم الخنزير، الكثافة 0.860 g/cm³، اللزوجة 1000–4000 mPa·s، نقطة الوميض 287℃، قيمة الأمين ≦8 mgKOH/g، قيمة الحموضة ≦6 mgKOH/g، درجة التشتّت III. غير قابل للذوبان في الماء، ويذوب عند درجة الحرارة العادية في معظم المذيبات العضوية.

3% نقطة الانعطاف: حدّ الإشباع ونقطة التليد الجسري

تبلغ درجة السواد ذروتها 130 عند 3%.

وتسلك قيمة الكثافة الضوئية للأغشية المقيسة في المجموعة نفسها المنحنى ذاته: ترتفع مع الجرعة وتبلغ أقصى حد عند 3% عند 0.487، ثم تهبط هبوطًا حادًا مع أي زيادة فوق ذلك.

ليست القاعدة «كلما زادت الإضافة كان أفضل»: 3% هي النقطة التي يبلغ فيها امتزاز مجموعات التثبيت على سطح أسود الكربون حدّ الإشباع.

دون 3%، تبقى مواقع التثبيت على السطح غير مشغولة بالكامل، فتزداد المجموعات الممتزّة مع الجرعة، ويكتمل الغلاف، فترتفع الكثافة الضوئية تبعًا لذلك.

فوق 3%، تتصادم جزيئات R1800-SH الزائدة فيما بينها فتنشأ «تليد جسري» بالتشابك بين السلاسل المذوبة: القوة التي كان يفترض أن تباعد الحبيبات ربطت عدة حبيبات في كتلة واحدة. يتحوّل المشتّت من مفكّك للتكتّات إلى مدمِر لها، فتنقلب الكثافة الضوئية إلى الهبوط.

وهذا الشكل «يرتفع أولًا ثم يهبط» هو بالضبط ما يميّز المشتّت الفائق عن المزلّق العادي؛ فالمزلّق العادي لا يعمل وفق مسار «التثبيت—الإشباع—التليد».

80℃ ومفتاح طبقة الغلاف

3

ينقسم التركيب الجزيئي لـ R1800-SH إلى جزأين. مجموعة التثبيت هي -COOH، وهذه المجموعات القطبية تلتصق بسطح الصباغ عبر الروابط الأيونية وروابط الهيدروجين وقوى فان دير فالس فتمنع انفكاك المشتّت؛ والجزء الآخر هو السلسلة المذوبة (المشتِّتة)، وهي تحدّد مباشرة ثبات الصباغ المشتّت في المذيب.

ومفتاح المسألة أن سلوك السلسلة المذوبة مُحكَّم بدرجة الحرارة:

• دون 80℃ لا تذوب طبقة الغلاف، بل تلتفّ حول جسيمات أسود الكربون بإحكام فتتولّى العزل
• فوق 80℃ تبدأ طبقة الغلاف في الذوبان فتتحوّل إلى عامل اقتران أيوني، فترفع توافق أسود الكربون مع الراتنج

نتيجة المعالجة السطحية أفضل عندما تتجاوز درجة الحرارة 70℃.

وثمة خاصية يسهل إغفالها: يتعمّق اللون مع تغيّر درجة الحرارة، لكن استخدامه في المنتج لا يؤثّر في اللون.

التشتّت: صورتان مجهريتان تراهما بعينك

4

يقدّم الدليل صورتين مجهريتين بالتباين الطوري:

• A: أسود الكربون المعالَج بـ 3% R1800-SH، عند PH = 6.2 و80℃، مخفَّف بالإيثانول بنسبة 1:1
• B: أسود الكربون غير المعالَج

في الصورة A يكون التشتّت متجانسًا وجسيمات أسود الكربون أصغر؛ وفي الصورة B تتكتّل جسيمات أسود الكربون تكتّلًا شديدًا.

ولهذا التقييم النوعي صيغة كمية: يُوصَف التشتّت نوعيًا بالملاحظة والتصوير بمجهر التباين الطوري أو المجهر الإلكتروني، وكميًا بقياس توزيع أحجام الجسيمات.

في عجينة أسود الكربون تتركّز الشحنات على سطح الجسيمات، فتتّحد بسهولة مع مجموعات التثبيت (-COOH) في R1800-SH مكوّنةً طبقة حماية متينة على سطح جسيمات أسود الكربون؛ ثم يعمل الحاجز الفراغي المجسّم للسلسلة المذوبة (السلسلة الهيدروكربونية) حتى يبلغ أسود الكربون تشتّتًا مستقرًّا. والتشتّت المستقرّ هو تراكب الأثرين معًا.

في مصنع أسود الكربون أم في مصنع ماستر باتش

هذان موضعان للإضافة مختلفان تمامًا.

مصنع أسود الكربون: يُخلط هذا المنتج عادةً مع الإضافات الأخرى وأسود الكربون معًا في التحبيب الرطب؛ وفي التحبيب الجاف يُضاف بانتظام إلى أسود الكربون قبل السحق، ولا تتحقّق آثار التشتّت إلا بدرجة حرارة السحق. وإذا جرى المعالجة في مصنع أسود الكربون، ينصح الدليل بالتخفيف بمذيب كحولي، لتوزيع الكمية بانتظام أكبر في مسحوق أسود الكربون.

مصنع ماستر باتش: يُضاف هذا المنتج مع الإضافات الأخرى في الوقت نفسه إلى خلّاط عالي السرعة ويُخلط، وعند بلوغ الحرارة نحو 100℃ يُضاف الراتنج، ثم تُفرَّغ الكتلة وتُحبَّب بعد تجانس خلط الراتنج وأسود الكربون.

ووظيفته خفض قيمة امتصاص الزيت لأسود الكربون، ورفع أدائه التشتتي والتدفقي والتزيلي الداخلي والخارجي، وتعزيز قوة التلوين وأداء التوافق.

ويمكن نسخ تركيبة ماستر باتش الأسود التجريبية نسخًا حرفيًا:

ومسار العملية: خلط عالي السرعة → تحبيب → بثق الأغشية بالنفخ → قدرة التغطية → درجة السواد.

في هذه التركيبة يقابل 1 g من R1800-SH ما مقداره 50 g من أسود الكربون، أي 2% نسبةً إلى أسود الكربون؛ ونسبةً إلى ماستر باتش كاملًا (50+1+10+39 = 100 g) فهي 1%.

أما الـ3% السابقة فهي نسبة المعالجة عند معالجة سطح الصباغ؛ فتجارب 1%–5% عالجت فيها أسود الكربون بوصفه مسحوقًا منفصلًا، والجرعة محسوبة نسبةً إليه.

والمقام في الرقمين واحد، لكن السيناريو مختلف: أحدهما نسبة «معالجة مسحوق أسود الكربون منفردًا حتى الكمال»، والآخر نسبة الإضافة «عند مزجه بالراتنج لصنع ماستر باتش». ولا يمكن التحويل بينهما مباشرة.

كمية الإضافة النهائية في المنتجات البلاستيكية

الرقم الذي يقدّمه الدليل للمحسّنين هو 0.5%—1% من المنتج البلاستيكي النهائي.

التعبئة في براميل بلاستيكية 20 kg/PE، والتخزين في مكان بارد وجاف بعيدًا عن الرطوبة.

أمران يجب تأكيدهما قبل الاستخدام

أولًا، R1800-SH غير قابل للذوبان في الماء. أما الأنظمة المائية (الطلاءات المائية والأحبار المائية والمعاجين المائية) فلا تناسبه، ويُستحسن الانتقال إلى طراز آخر.

ثانيًا، نقطة الانعطاف تنتقل بتغيّر درجة أسود الكربون. فقد قِيست نسبة 3% في الدليل على أسود الكربون الصباغي ZY-1 من Yunnan Zhongyi، بينما استُخدم DK2028P في التركيبة. ولكل درجة مساحة نوعية خاصة مختلفة، فيختلف حدّ الإشباع بدوره؛ ويذكر الدليل صراحة أن كمية الاستخدام تتعلّق بالمساحة النوعية للصباغ. و3% نقطة انطلاق لا نقطة نهاية.

أسئلة شائعة

سؤال: هل يزداد السواد عند رفع الجرعة إلى 5%؟ جواب: لا. درجة السواد المقيسة عند 5% هي 125، أي أدنى من 130 عند 3%. وبعد تجاوز 3% يتولّى التليد الجسري، فتهبط الكثافة الضوئية هبوطًا حادًا.

سؤال: ماذا يحدث إذا استُخدم دون 80℃؟ جواب: لا تذوب طبقة الغلاف، بل تلتفّ حول جسيمات أسود الكربون بإحكام وتتولّى العزل، فيتحقّق التشتّت؛ لكنها لا تتحوّل إلى عامل اقتران أيوني، فلا يرتفع التوافق مع الراتنج.

سؤال: هل الـ1 g في تركيبة الماستر باتش الأسود والـ3% النسبة نفسها؟ جواب: لا. يقابل 1 g مقدار 50 g من أسود الكربون، أي 2% نسبةً إلى أسود الكربون و1% نسبةً إلى الماستر باتش كاملًا؛ أما 3% فهي النسبة عند معالجة مسحوق أسود الكربون منفردًا. ولا يمكن التحويل المباشر بين السيناريوهين.

سؤال: هل يمكن الاستخدام مباشرةً في معجون مائي؟ جواب: لا. R1800-SH غير قابل للذوبان في الماء، ولا يذوب عند درجة الحرارة العادية إلا في معظم المذيبات العضوية؛ وللأنظمة المائية يُنصح بطراز آخر.

سؤال: يذكر الدليل جرعة 1% في فقرة العرض و3% كأفضل جرعة في فقرة الخلاصة، فأيّهما المعتمد؟ جواب: كلتاهما واردة في الدليل. الـ1% هي شرط المعالجة المسجّل في فقرة العرض، والـ3% هي ذروة درجة السواد والكثافة الضوئية المقيسة. ولتحديد جرعة نظامك، المرجع هو المنحنى المقيس.

جملة واحدة

قيمة R1800-SH ليست في قدرته على «التشتّت»، بل في «تشتّت نظيف ومعرفة متى يتوقف». 3% هو حدّ إشباع التثبيت على سطح أسود الكربون، وبعده يتولّى التليد الجسري إعادة بناء التكتّات. و80℃ هو مفتاح طبقة الغلاف، ونتيجة المعالجة السطحية أفضل فوق 70℃. احفظ هاتين القاعدتين، فالباقي هو الإضافة وفق موضعها.