Explorando a moagem ultrafina em sistemas de dispersão aquosa

Os sistemas de dispersão aquosa envolvem a dispersão uniforme de partículas sólidas insolúveis em água para criar suspensões estáveis. Essa tecnologia encontra aplicações em diversas indústrias, incluindo revestimentos, tintas, tintas e formulações. Alcançar a estabilidade em sistemas de dispersão aquosa é fundamental para a qualidade do produto. Os fatores que afetam a estabilidade do sistema incluem o uso de surfactantes, polímeros solúveis em água, condições eletrolíticas e outras variáveis ambientais. Um fator-chave que influencia a estabilidade do sistema é o tamanho das partículas e a distribuição de tamanho das partículas sólidas. Para garantir suspensões estáveis a longo prazo, um desafio central de produção é conseguir moagem e fresagem ultrafinas eficientes de partículas sólidas.

Moinhos de areia são comumente usados para moagem e moagem ultrafina úmida. Eles são favorecidos por sua eficácia de moagem, alta eficiência e baixo consumo de energia, tornando-os parte integrante na produção de sistemas de dispersão aquosa. Diferentes tipos de moinhos de areia variam significativamente em suas características de moagem. Otimizar o uso de moinhos de areia para moagem ultrafina eficiente e de alta qualidade é uma preocupação crítica neste campo. Neste estudo, preparamos sistemas de dispersão à base de água usando negro de fumo como fase dispersa. Examinamos o impacto de diferentes tipos de moinhos de areia, métodos de moagem e quantidades de moagem na eficácia e eficiência da moagem e propusemos um processo de moagem combinada de vários estágios adequado para moagem ultrafina em grande escala e em batelada.

Materiais e MétodosMateriais:

• Cabot Negro de Carbono CSX865, Shanghai Chentan Trading Co., Ltd.

• Dispersante MIO1, Rohm and Haas Company

• Dispersante AEC, Instituto Diário de Pesquisa Química

• Dispersante 5029, Santnopo Company

• Propileno Glicol, Dow Chemical Company

• Dietilenoglicol, Yanshan Petroquímica

• Polietilenoglicol 200, Fushun Jiachua

• Trietanolamina, Fushun Jiachua

Equipamento:

• ZWS-5 Moinho de areia horizontal, Jiangyin Fine Chemical Co., Ltd.

• M5 Moinho de areia nanosize, Jiangyin Mike Machinery Co., Ltd.

• LS-5 Cesta Moinho de Areia, Jiangyin Fine Chemical Co., Ltd.

• TopSizer Laser Particle Size Analyzer (faixa: 0,2 μm - 2000 μm), Zhuhai Omek Instrument Co., Ltd.

Condições de moagem:

1. Meios de moagem: Contas de zircônia pura foram usadas como meio de moagem. As especificações das esferas de zircônia foram de 1,8 mm a 2,0 mm para o moinho de areia de cesto, 0,6 mm a 0,8 mm para o moinho de areia horizontal e 0,3 mm para o moinho de areia nanométrico.

2. Taxa de enchimento da câmara de moagem: A taxa de enchimento na câmara de moagem foi de 75%.

Métodos de moagem:

1. Moagem: Moagem refere-se ao método onde o material flui entre o recipiente e o moinho de areia, e o material deve ser continuamente agitado durante a moagem.

2. Moagem de múltiplas passagens: A moagem de múltiplas passagens garante que todo o material flua através do moinho de areia várias vezes sob as mesmas condições, alcançando assim uma moagem uniforme.

Distribuição do tamanho de partículas de sistemas de dispersão: A distribuição do tamanho de partículas dos sistemas de dispersão foi medida usando um analisador de tamanho de partículas a laser. O valor de D90, que representa o tamanho de partícula no sistema de dispersão após a moagem, foi obtido e o valor M foi utilizado para caracterizar a largura da curva de distribuição granulométrica.

Resultados e Análises:

Curvas de Distribuição de Tamanho de Partículas: O analisador de tamanho de partículas a laser mediu as curvas de distribuição de tamanho de partículas das amostras experimentais. A curva de distribuição acumulada é representada pela Curva 2.

Impacto de Diferentes Tipos de Moinhos de Areia nas Curvas de Tempo de Moagem e Distribuição de Tamanho de Partículas: Os resultados mostraram que diferentes tipos de moinhos de areia têm diferentes limites de finura de moagem. Sob condições experimentais, o moinho de areia nanométrico alcançou o menor tamanho de partícula de moagem, com um valor de D90 tão baixo quanto 0,29 μm. O moinho de areia horizontal seguiu, enquanto o moinho de areia de cesta teve o maior valor de D90, que foi de 10,82 μm. Em termos de eficiência de moagem na fase inicial (0 min - 30 min), o moinho de areia de cesto foi mais eficiente do que o moinho de areia horizontal e o moinho de areia nanométrico.

Efeito do meio de moagem na eficiência da moagem: As características do meio de moagem, como diâmetro, densidade, esfericidade e acabamento superficial, têm um impacto significativo na eficiência da moagem. Em moinhos de areia, os materiais são triturados através da força mecânica gerada quando os materiais entram em contato com o meio de moagem. Essa força mecânica é gerada dentro de uma área específica após o contato entre os dois. Portanto, meios de moagem menores proporcionam uma área de impacto mais concentrada, levando a um tamanho de partícula mais fino. Meios de moagem maiores, como os usados em moinhos de areia de cestos, são mais eficientes na etapa inicial de moagem. O uso de meios de moagem menores, como no moinho de areia nanométrico, resulta em maior eficiência em etapas posteriores de moagem.

Comparação de Diferentes Métodos de Moagem:Usando o moinho de areia nanométrico, o mesmo material foi moído através de moagem de passagem única e múltipla, e as curvas de distribuição de tamanho de partículas e de valor M foram comparadas. Os resultados indicaram que a moagem de múltiplas passagens alcançou uma eficiência de moagem ligeiramente maior em comparação com a moagem de passagem única, resultando em uma distribuição granulométrica mais estreita. No entanto, observou-se que a moagem de múltiplas passadas foi mais propensa à formação de espuma, o que poderia afetar a eficiência e a eficácia da moagem. Portanto, ao empregar a retífica de múltiplas passagens, é aconselhável não usar muitos passes.

Curva de Eficiência do Moinho de Areia Nanosize: A produção de sistemas de dispersão ultrafinos (D90 < 0,5 μm) depende principalmente do moinho de areia nanométrico. A curva de eficiência do moinho de areia nanométrico foi estudada pela moagem do mesmo material sob diferentes condições de alimentação e traçando curvas de tempo de moagem vs. distribuição granulométrica (curvas D90-T).

Conclusão:

1. Diferentes tipos de moinhos de areia produzem efeitos de moagem variados. Em termos de finura de moagem, moinhos de areia de cesta produzem resultados mais grosseiros, seguidos por moinhos de areia horizontais, e moinhos de areia nanométricos produzem os melhores resultados. No estágio inicial de moagem, moinhos de areia de cesto são mais eficientes do que moinhos de areia horizontais, e moinhos de areia nanométricos são menos eficientes.

2. A moagem de passagem múltipla exibe uma eficiência de moagem ligeiramente maior em comparação com a moagem de passagem única, resultando em uma distribuição de tamanho de partículas mais estreita. No entanto, a formação de espuma pode limitar o número de passes utilizados.

3. Com um aumento na quantidade de material a ser moído, a eficiência de moagem de moinhos de areia nanométricos diminui significativamente.

4. Um processo de moagem combinada de várias etapas, envolvendo moinhos de areia de cestos, moinhos de areia horizontais e moinhos de areia nanométricos, é adequado para moagem ultrafina em grande escala e em batelada de materiais, resultando em maior eficiência de moagem.