Pesquisadores em todo o mundo têm se esforçado para aumentar a dispersão de negro de fumo na água. Vários métodos, incluindo o uso de dispersantes, enxertia de superfície e modificação da oxidação de superfície, têm sido explorados para melhorar o negro de fumo.#39; dispersão. No entanto, a enxertia de superfície e a modificação da oxidação de superfície, embora eficazes na obtenção de estabilidade, modificando o pigmento' s superfícies, são complexas e caras, tornando-as inadequadas para a produção de pasta de cor de tinta neutra. Em contraste, o método de dispersão baseado em dispersantes oferece vantagens como custo-efetividade, simplicidade do processo e fácil controle sobre o rendimento, tornando-se uma abordagem amplamente adotada.
Nosso estudo concentrou-se na criação de tinta negra de fumo para tintas neutras com uma distribuição de tamanho de partículas (D50) de 100-120nm, um teor de pigmento de 30% e uma viscosidade de 350 mPa·s. A pesquisa aprofundou-se em vários aspectos críticos:
Examinamos três tipos de negro de fumo – FW200, Printex U e MA-100 – cada um com propriedades físico-químicas distintas. Avaliando suas características de molhamento e seu impacto na viscosidade da tinta e na distribuição granulométrica, determinamos que o MA-100 é o pigmento adequado para a produção de tinta neutra.
Nós investigamos três dispersantes representativos: NNO aniônico de pequena molécula, PVP não iônico de polímero e SMA-NH4 aniônico de polímero. Através de medidas de potencial de ζ, taxa de sedimentação e propriedades reológicas do negro de fumo MA-100 sob diferentes condições, exploramos como a estrutura dispersante afeta a estabilidade da dispersão. Nossos achados destacam que SMA-NH4, em pH 8 com dosagem de 4%, produziu tinta com excelente desempenho.
Considerando vários métodos de moagem (moagem de bolas, homogeneização a alta pressão e fresagem de pinos de haste) e parâmetros de processo, procuramos identificar a abordagem ideal para a preparação de tinta negra de fumo para tintas neutras. O processo mais eficaz envolveu uma combinação de dispersão de alta velocidade, homogeneização de alta pressão e fresagem de pinos de haste. Foram utilizadas esferas de zircônia com diâmetro de 0,5mm no moinho de pinos-haste, operadas a uma velocidade de 1500rpm, com taxa de enchimento de 70%, e tempo de moagem de 1 hora, resultando em tinta com a distribuição granulométrica desejada (D50) de 100-120nm.
Posteriormente, preenchemos a tinta preparada em canetas e as submetemos a armazenamento em condições variadas, incluindo temperatura ambiente, temperatura alta e temperatura moderada, por dois meses. Testes regulares foram realizados para avaliar o desempenho na escrita. Os resultados demonstraram que a tinta preparada com SMA-NH4 como dispersante manteve excelentes propriedades físico-químicas e reológicas. Mesmo após dois meses de armazenamento, seu desempenho de escrita permaneceu satisfatório.
Uma quantidade especificada de dispersante é adicionada à água deionizada, seguida de mistura completa para dissolver o dispersante em uma velocidade específica usando um agitador elétrico. Em seguida, são adicionados antiespumantes e conservantes, e o pigmento é introduzido. Após a mistura completa, obtém-se uma solução de pré-mistura.
A água deionizada é usada para dissolver uma quantidade especificada de dispersante (SMA-NH4), seguida de agitação. O negro de fumo é adicionado gradualmente, com o dispersante adicionado constituindo 20% do peso negro de fumo e negro de fumo representando 30% do peso total da lama. Diferentes tempos de dispersão são empregados com os três métodos de moagem (moagem de bolas, homogeneização de alta pressão e moagem de pinos de haste) para preparar tinta negra de fumo à base de água.
Análise de tamanho e distribuição de tamanho de partículas: O tamanho e a distribuição das partículas foram medidos usando o analisador de tamanho de nanopartículas NANOPHOX, que utiliza espectroscopia de correlação cruzada de fótons. O sistema emprega como fonte de luz um laser de hélio-neônio, com comprimento de onda de 632,8 nm, potência do laser de 10 mV e ângulo de detecção de 90°. A temperatura de ensaio é mantida a 25°C e o volume da amostra é ajustado para garantir uma taxa de dispersão superior a 0,5 para uma maior precisão.
Uma comparação de diferentes métodos de moagem, incluindo moagem de bolas, homogeneização a alta pressão e moagem de pinos de haste, revelou que a moagem de pinos de haste alcançou os menores tamanhos de partículas e a maior eficiência de moagem.
Para determinar os efeitos de fatores comotamanho do talãoe velocidade de moagem no tamanho das partículas de tinta, experimentos foram conduzidos. Os parâmetros ótimos identificados foram esferas de zircônia com diâmetro de 0,5mm, velocidade de moagem de 1500rpm e taxa de enchimento de 70%.
Reconhecendo as limitações dos métodos individuais de moagem, optou-se por um processo combinado. Essa abordagem envolve a criação inicial de uma pasta fixa macia com parte do líquido e pigmento, seguida de dispersão em alta velocidade, moagem grossa em um moinho de areia horizontal e moagem fina em um moinho de pinos de haste. Essa combinação maximiza a eficiência enquanto alcança o tamanho das partículas finas e a forma uniforme nas partículas de tinta.
A busca pela excelência na preparação de tinta preta de fumo revela um ator fundamental no processo - bolas de moagem cerâmica. À medida que os pesquisadores se esforçam globalmente para aumentar a dispersão do negro de fumo na água, nosso estudo mostra o papel indispensável desempenhado por essas esferas cerâmicas na otimização das características da tinta.
Os pesquisadores encontraram inúmeros desafios na dispersão do negro de fumo de forma eficiente. Embora métodos como enxerto de superfície e modificação da oxidação ofereçam estabilidade, eles são complexos e caros. Em contraste, o método de dispersão baseado em dispersantes, juntamente com o uso estratégico de bolas de moagem cerâmicas, surge como um divisor de águas. Estas esferas facilitam a precisão no processo de moagem, garantindo a obtenção do tamanho de partícula desejado e distribuição crítica para um desempenho superior da tinta.
Nosso estudo aprofundou-se em aspectos críticos, começando pela seleção de negro de fumo. A avaliação de três tipos distintos - FW200, Printex U e MA-100 - revelou que o MA-100 se destacou por suas características de molhamento, impacto mínimo na viscosidade da tinta e capacidade de atingir a distribuição granulométrica desejada. O processo de moagem subsequente, potencializado por bolas de moagem cerâmica, provou ser fundamental para otimizar a eficiência.
A influência da estrutura dispersante foi um foco chave, com SMA-NH4 identificado como o dispersante ótimo. Sua interação com o negro de fumo foi potencializada pela ação eficiente das esferas de moagem cerâmica durante o processo de dispersão. A moagem precisa garantiu que a tinta mantivesse excelentes propriedades físico-químicas e reológicas, mesmo após armazenamento prolongado.
O coração do nosso processo de otimização estava nos métodos de moagem de refino, e as bolas de moagem cerâmica desempenharam um papel crucial nessa empreitada. A combinação de dispersão de alta velocidade, homogeneização a alta pressão e moagem de pinos de haste, facilitada por essas esferas cerâmicas, produziu tinta com a distribuição granulométrica desejada (D50) de 100-120nm. O uso meticuloso de esferas de zircônia, com diâmetro de 0,5mm, acentuou ainda mais a eficiência do processo de moagem.
Após o preparo da tinta, a tinta foi submetida a diversas condições de armazenamento, demonstrando que o uso de esferas de moagem cerâmica contribuiu significativamente para a tinta' longevidade. A tinta preparada com SMA-NH4 como dispersante, em conjunto com esferas de moagem cerâmica, apresentou desempenho de escrita consistente mesmo após dois meses de armazenamento sob condições variadas.
A escolha das bolas cerâmicas de moagem em nosso estudo não foi arbitrária. O uso de esferas de zircônia, com seu tamanho e características materiais ideais, desempenhou um papel fundamental na obtenção de tamanho de partículas finas e forma uniforme nas partículas de tinta. Essas esferas de moagem cerâmica atuaram como catalisadores para precisão, garantindo que a tinta atendesse às rigorosas especificações para a produção de tinta neutra.
Nossa pesquisa produziu com sucesso tinta negra de fumo para tintas neutras com características excepcionais de desempenho. O estudo abrangeu vários aspectos, incluindo a seleção de negro de fumo, a influência da estrutura dispersante e o impacto dos métodos e parâmetros de moagem. A combinação de dispersão de alta velocidade, homogeneização de alta pressão e moagem de pinos de haste provou ser uma abordagem altamente eficaz para alcançar o tamanho e a distribuição de partículas desejados. A tinta resultante, preparada com SMA-NH4 como dispersante, manteve sua qualidade mesmo após dois meses de armazenamento em diferentes condições.
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