Processo de Dispersão e Moagem para Negro de Fumo

No campo da produção de revestimentos, o fenômeno da aglomeração de produtos (semi)acabados, também conhecido como reaglomeração, é frequentemente encontrado. Este problema é particularmente grave na produção de tintas coloridas quando se lida com pigmentos de negro de fumo. Este artigo tem como objetivo apresentar um processo simples e econômico de moagem e dispersão do negro de fumo, levando à melhoria da estabilidade durante o armazenamento e prevenção de reaglomeração.

Mecanismo de aglomeraçãoPara superar a aglomeração de negro de fumo durante a produção e armazenamento de revestimentos, é' é essencial para entender o mecanismo por trás desse fenômeno. A dispersão do negro de fumo é desafiadora devido à sua forte agregação de partículas e alta capacidade de absorção de óleo. Além disso, o negro de fumo, especialmente o negro de fumo oxidado, possui uma grande área de superfície, tornando-o propenso a adsorver umidade do ambiente circundante.

De acordo com a teoria da aglomeração, as forças que atuam quando as partículas de pigmento se aproximam umas das outras normalmente incluem forças eletromagnéticas, forças eletrostáticas e forças de impedimento estérico. As forças eletromagnéticas incluem as forças de van der Waals, uma das quais resulta da influência de dipolos dentro de partículas interagindo. Foi observado que as forças de van der Waals entre partículas similares diminuem com o tamanho das partículas e a distância de separação das partículas. Assim, ao dispersar o negro de fumo, alcançar uma certa finura é um requisito fundamental. Em geral, essa finura deve ser de ≤15 μm, com exigências ainda mais rigorosas ≤5 μm. As forças eletrostáticas entre as partículas de pigmento dependem da espessura da dupla camada elétrica formada ao redor das partículas. Uma espessura de camada dupla reduzida pode levar à diminuição da estabilidade da dispersão de partículas. Em um sistema de dispersão, quando há alguma água na superfície das partículas de pigmento, ela pode promover fortemente a ionização de substâncias ionizáveis conectadas à superfície, levando a uma diminuição da espessura da dupla camada. Para alcançar uma boa estabilidade de dispersão para o negro de fumo, é necessário manter uma certa espessura de camada dupla. Para conseguir isso, é necessário reduzir a umidade transportada pelas partículas de negro de fumo, o que beneficia a dispersão, ou considerar a influência dos eletrólitos. Deve-se notar que as forças de repulsão também estão relacionadas ao tamanho das partículas, com partículas maiores experimentando repulsão mais forte do que as menores, o que é contrário aos efeitos das forças eletromagnéticas.

Em teoria, o tamanho menor das partículas não é suficiente.#39; t sempre melhor porque a repulsão eletrostática e as forças de van der Waals podem se contrapor. Na produção prática, uma vez que o negro de fumo tenha atingido a finura necessária, pode não ser necessária mais moagem e dispersão. O impacto do impedimento estérico depende principalmente da adsorção de uma camada de moléculas na superfície das partículas de pigmento e sua interferência com partículas adjacentes' arranjo espacial e forças de repulsão eletrostática. Um sistema estável tenderá a se formar quando todas as partículas dispersas forem "partículas terminais", o que significa que são partículas estáveis que não se aglomeram novamente. Para conseguir isso, cada "partícula terminal" deve ser uniformemente coberta pela resina base. Na produção, uma relação pigmento-aglutinante adequada pode ser determinada medindo-se o ponto de fluxo de Daniel. No entanto, devido às fortes forças de agregação entre as partículas primárias de negro de fumo, elas não podem atingir o estado desejado pelos processos convencionais de moagem e dispersão. Isso é particularmente evidente quando o negro de fumo está em seu estado inicial duro e seco. Depois que a tinta de negro de fumo ou os produtos acabados são armazenados por algum tempo, eles gradualmente incham com solventes, são molhados pela resina de base e partículas de negro de fumo inchadas, que podem não ser adequadamente molhadas devido à sua área de superfície, podem ser expostas. Como resultado, partículas adjacentes semelhantes podem se aglomerar novamente através de forças de van der Waals e ligações de hidrogênio. O inchaço e a reaglomeração podem fazer com que a finura do negro de fumo exceda o limite necessário, resultando em aglomeração e reaglomeração.

Além dos fatores que afetam a aglomeração, fatores como viscosidade e temperatura de armazenamento da tinta também devem ser considerados, embora não sejam discutidos aqui.

Processo de Moagem e Dispersão de Negro de FumoPara superar a aglomeração de negro de fumo, vários métodos podem ser empregados:

um. Tratamento superficial de negro de fumo com ácido nítrico.b. Enxertia de monômeros como estireno, acrilonitrila e etileno na superfície do negro de fumo.c. Pré-embebição do negro de fumo em mistura de butanol e etanol, seguida de aquecimento e refluxo.d. Pré-embebição de negro de fumo em uma mistura de butanol e ciclohexanona, adicionando ciclohexanoato de zinco e trietanolamina, e então refluindo.

Entretanto, alguns desses métodos apresentam limitações, como alto custo e inconveniência na prática. Por exemplo, o método usando mistura de butanol e etanol pode ser desafiador, e é' s não é adequado para a produção de revestimentos de poliuretano.

Outro método, desenvolvido por meio de múltiplas práticas de produção, envolve as seguintes etapas:

2.1 Processo de Moagem e Dispersão de Negro de Fumo2.2 Processo de Moagem e Dispersão (a, b, c, d, e, f)

• Primeiro, misture negro de fumo com um solvente de imersão, como butanol (ou outros solventes adequados), e adicione trietanolamina (se necessário). Em alta velocidade de agitação, deixe a mistura dispersar por 30 minutos.

• Após diluição de 1:2, deixe a mistura descansar por 24 horas.

• Adicione a resina base e garanta uma boa dispersão.

• Use um moinho de areia horizontal ou outro adequado e adicione contas de zircônia para dispersar até que a finura desejada seja alcançada.

• Dependendo da concentração de peso de pigmento desejada (PWC), ajuste a resina base para atingir a viscosidade necessária para obter o produto final.

Por favor, note que este método minimiza o uso de ciclohexanoato de zinco e reduz consideravelmente a quantidade de butanol usado, tornando-se uma abordagem mais econômica e prática. Ao utilizar esse método, os resultados de moagem e dispersão são comparados na Tabela 1. A eficiência e a relação custo-benefício desse processo o tornam uma escolha adequada para muitas aplicações de produção.

Em resumo, este processo de moagem e dispersão aborda efetivamente o desafio da aglomeração de negro de fumo, alcançando a estabilidade desejada e evitando a reaglomeração durante o armazenamento. Este método pode ser adaptado a diferentes necessidades de produção e é uma adição valiosa para a indústria de revestimento.