R1800-SH 카본블랙 전용 초분산제: 왁스 대비 윤활 28배, 분산 122배

R1800-SH는 锎锔가 카본블랙 전용으로 개발한 초분산제입니다. 착색용 카본블랙을 분산시키면서 흑도는 떨어지지 않고 오히려 높아지며, 가공 성능도 함께 향상됩니다.

이 글에서는 세 가지를 다룹니다. 왁스와의 차이가 무엇인지, 3%라는 첨가량 변곡점이 어디서 나왔고 왜 이를 넘으면 반대 방향으로 가는지, 그리고 카본블랙 공장과 흑색 마스터배치 공장에서 각각 어떻게 사용해야 하는지입니다.

먼저 세 가지 숫자

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폴리에틸렌 왁스와 비교할 때 R1800-SH의 윤활 성능은 왁스의 28배, 분산 성능은 왁스의 122배입니다.

카본블랙은 무기 안료로서 마스터배치에 널리 사용됩니다. 그러나 사용 과정에서 안료 입자가 미세할수록 서로 응집하여 큰 입자를 만들기 쉽고, 이는 제품 품질에 영향을 주므로 그대로 사용할 수 없으며 반드시 분산 처리를 해야 합니다. 안료의 분산 과정은 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 즉, 습윤, 미세화(분산), 미세화 후의 안정화(피복)입니다. 안료의 표면 처리는 바로 안료를 미세화한 뒤 안정화하는 과정으로, 안료 입자 표면에 단분자 또는 다분자의 물질을 침착·피복시키는 것을 말합니다. 여기에는 계면활성제, 개질제, 안료 자체의 유도체 등이 포함됩니다.

이 대목은 매뉴얼이 「왜 분산 처리를 반드시 해야 하는가」를 온전히 설명한 부분입니다. 분산을 세 단계, 즉 습윤, 미세화(분산), 미세화 후의 안정화(피복)로 나눕니다. R1800-SH의 작용은 세 번째 단계에 있습니다. 안료 입자 표면에 피복층을 침착시키고, 이 피복층에 입체적 공간 장벽이 더해져 입자가 가까워질 때 서로 밀어낼 수 있게 합니다.

R1800-SH의 주성분은 규소와 수지 에테르계 폴리머이며, 청색 페이스트상 물질로 약한 라드 냄새가 납니다. 밀도 0.860 g/cm³, 점도 1000–4000 mPa·s, 인화점 287℃, 아민가 ≦8 mgKOH/g, 산가 ≦6 mgKOH/g, 분산도 III입니다. 물에 불용이며 상온에서 대부분의 유기 용제에 용해됩니다.

3%라는 변곡점은 포화점이자 가교점입니다

흑도는 3%에서 최고값 130에 도달합니다.

같은 실험에서 측정한 필름 광학밀도도 같은 곡선을 그립니다. 첨가량이 늘면 광학밀도가 상승하여 3%에서 최대가 되고 0.487에 도달하며, 그 이상 첨가하면 광학밀도가 급격히 떨어집니다.

이것은 「많이 넣을수록 좋다」는 뜻이 아닙니다. 3%는 고정화기(앵커기)가 카본블랙 표면에 흡착되어 포화에 이르는 지점입니다.

3% 미만에서는 카본블랙 표면의 고정화 자리가 아직 다 채워지지 않아, 흡착되는 고정화기가 첨가량에 따라 늘어나고 피복층이 점점 완전해지면서 광학밀도가 함께 상승합니다.

3%를 넘으면 잉여 R1800-SH 분자들이 서로 상호작용하여 「가교 응집」이 발생합니다. 안료 입자가 초분산제의 용매화 사슬이 서로 얽히면서 응집하는 현상으로, 원래 입자를 밀어내야 할 힘이 오히려 몇 개의 입자를 한 덩어리로 묶어 버립니다. 분산제가 흩어 놓는 역할에서 응집시키는 역할로 바뀌므로 광학밀도는 방향을 돌려 하강합니다.

이 「먼저 오르고 나중에 내리는」 형태야말로 초분산제가 일반 윤활제와 구별되는 지점입니다. 일반 윤활제는 「고정화—포화—가교」라는 경로로 작동하지 않습니다.

80℃와 피복층의 스위치

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R1800-SH의 분자 구조는 두 부분으로 나뉩니다. 고정화기(앵커기)는 -COOH로, 이 극성기들이 이온 결합, 수소 결합, 반데르발스 힘 등의 작용으로 안료 표면에 단단히 흡착되어 분산제의 탈리를 막습니다. 다른 한 부분은 용매화 사슬(분산)이며, 분산 후 용제 중에서 안료의 안정성을 직접 결정합니다.

핵심은 용매화 사슬의 거동에 온도 스위치가 있다는 점입니다.

• 80℃ 미만에서는 피복층이 용해되지 않고 카본블랙 입자를 단단히 감싸 격리 작용을 합니다
• 80℃ 초과에서는 피복층이 용해되기 시작하여 이온형 커플링제로 전환되고, 카본블랙과 수지의 상용성을 높입니다

온도가 70℃보다 높을 때 표면 처리 효과가 가장 좋습니다.

간과하기 쉬운 성질이 하나 더 있습니다. 색상은 온도 변화에 따라 진해지지만, 제품에 투입하여 사용할 때는 색상에 영향을 주지 않습니다.

분산성: 눈으로 확인하는 두 장의 현미경 사진

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매뉴얼에는 위상차 현미경 사진 두 장이 실려 있습니다.

• A: 3% R1800-SH로 처리하고 PH = 6.2, 80℃, 에탄올 1:1로 희석한 카본블랙
• B: 처리하지 않은 카본블랙

A 사진은 분산이 비교적 균일하고 카본블랙 입자가 작습니다. B 사진에서는 카본블랙 입자가 심하게 응집되어 있습니다.

같은 정성 판단에는 정량 버전도 있습니다. 분산성의 표현 방법으로, 정성적 방법은 위상차 현미경 또는 전자 현미경으로 관찰·촬영하는 것이고, 정량적 방법은 입도 분포를 측정하는 것입니다.

카본블랙 슬러리에서는 입자 표면에 전하가 모여 있어 R1800-SH의 고정화기(-COOH)와 쉽게 결합하여 카본블랙 입자 표면에 견고한 보호층을 형성합니다. 여기에 용매화 사슬(탄화수소 사슬)의 입체적 공간 장벽 작용이 더해져 카본블랙이 안정적으로 분산됩니다. 두 작용이 겹쳐야 비로소 안정 분산이 됩니다.

카본블랙 공장에서 쓰는가, 마스터배치 공장에서 쓰는가

이것은 전혀 다른 두 가지 투입 위치입니다.

카본블랙 공장: 본 제품은 보통 카본블랙 습식 조립 시 다른 조제와 함께 카본블랙에 혼합하여 조립합니다. 건식 조립에서는 분쇄 전에 카본블랙에 균일하게 첨가하며, 분쇄 온도를 거쳐야 비로소 분산 효과가 발현됩니다. 카본블랙 공장에서 처리할 경우 매뉴얼은 알코올계 용제로 희석할 것을 권장하며, 그 목적은 첨가량이 카본블랙 분체에 보다 균일하게 분포되도록 하기 위함입니다.

마스터배치 공장: 본 제품을 다른 조제와 동시에 고속 교반기에 투입하여 교반하고, 온도가 100℃ 정도에 이르면 수지를 투입하며, 수지와 카본블랙이 균일하게 혼합된 후 배출하여 조립합니다.

그 작용은 카본블랙의 흡유량을 낮추고, 카본블랙의 분산 성능, 유동 성능, 내외부 윤활 성능을 높이며, 착색률과 상용성을 강화하는 것입니다.

흑색 마스터배치의 실험 배합비는 그대로 옮겨 쓸 수 있습니다.

공정 흐름은 고속 교반 → 조립 → 압출 블로우 필름 → 은폐력 → 흑도입니다.

이 배합에서 R1800-SH 1 g은 카본블랙 50 g에 대응하므로 카본블랙 기준 2%이며, 마스터배치 전체(50+1+10+39 = 100 g) 기준으로는 1%입니다.

앞에서 말한 3%는 안료에 표면 처리를 할 때의 처리 비율입니다. 그 1%–5% 실험에서는 카본블랙을 분체로 단독 처리했고, 첨가량은 카본블랙 기준으로 계산했습니다.

카본블랙 분체를 단독으로 충분히 처리할 때

플라스틱 제품에서의 최종 첨가량

매뉴얼이 제시한 하위 공정 기준은 플라스틱 최종 제품의 0.5%—1%입니다.

포장은 20 kg/PE 플라스틱 통 포장이며, 서늘하고 건조한 곳에 보관하고 방습하십시오.

사용 전에 확인해야 할 두 가지

첫째, R1800-SH는 물에 용해되지 않습니다. 수성 시스템(수성 도료, 수성 잉크, 수성 안료 슬러리)에는 본 제품을 직접 사용하는 것이 적합하지 않으며, 다른 모델로 변경할 것을 권장합니다.

둘째, 카본블랙 등급이 다르면 변곡점도 이동합니다. 매뉴얼의 이 3% 데이터에서 실험 원료는 윈난중이의 착색용 카본블랙 ZY-1이며, 배합에서는 DK2028P를 사용했습니다. 실제 사용하는 카본블랙 등급은 비표면적이 다르므로 포화점도 달라집니다. 매뉴얼에도 사용량이 안료의 비표면적과 관련이 있다고 명시되어 있습니다. 3%는 출발점이지 종착점이 아닙니다.

자주 묻는 질문

질문: 5%까지 첨가하면 더 검어집니까? 답변: 아닙니다. 실측에서 5%의 흑도는 125로, 3%의 130보다 낮습니다. 3%를 넘으면 가교 응집이 이어받아 광학밀도가 급격히 떨어집니다.

질문: 80℃ 미만에서 사용하면 어떻게 됩니까? 답변: 피복층이 용해되지 않고 카본블랙 입자를 단단히 감싸 격리 작용을 하므로 분산은 성립합니다. 다만 이온형 커플링제로 전환되지 않아 수지와의 상용성은 높아지지 않습니다.

질문: 흑색 마스터배치 배합의 1 g과 3%는 같은 비율입니까? 답변: 아닙니다. 1 g은 카본블랙 50 g에 대응하여 카본블랙 기준 2%, 마스터배치 전체 기준 1%입니다. 3%는 카본블랙 분체를 단독으로 표면 처리할 때의 비율입니다. 두 상황은 직접 환산할 수 없습니다.

질문: 수성 안료 슬러리에 직접 사용할 수 있습니까? 답변: 아닙니다. R1800-SH는 물에 용해되지 않으며 상온에서는 대부분의 유기 용제에만 용해됩니다. 수성 시스템에서는 다른 모델로 변경할 것을 권장합니다.

질문: 매뉴얼 개요 단락은 첨가량 1%, 결론 단락은 3%가 가장 좋다고 하는데, 어느 쪽을 기준으로 해야 합니까? 답변: 두 내용 모두 매뉴얼에 있습니다. 1%는 개요 단락에 기록된 처리 조건이고, 3%는 흑도와 광학밀도 실측값의 피크 지점입니다. 자사 시스템의 사용량은 실측 곡선을 기준으로 하십시오.

한 줄 요약