Preparação de dispersões de água de pigmento mineral nano-hematita usando moagem de bolas de alta energia

Resumo: Este estudo investiga a preparação de dispersões nanométricas de água de pigmento de hematita através de moagem de bolas de alta energia, usando hematita como matéria-prima e um copolímero de anidrido maleico e acetato de vinila (PMV) como dispersante. A pesquisa explora o impacto do tempo de moagem, do meio de moagem e da dosagem do dispersante no tamanho das partículas e no potencial Zeta das dispersões. Os principais resultados incluem que as condições ideais envolvem uma velocidade de rotação do moinho de bolas de 500 rpm, um tempo de moagem de 5 horas, uma dosagem de dispersante de 0,25 g por grama de pigmento e uma relação de massa de 2:3 para esferas de zircônia com diâmetros de 2 mm e 0,5 mm. Sob estas condições, obtemos dispersões de água do pigmento hematita com um tamanho de partícula médio de 230 nm e estabilidade satisfatória da dispersão granulométrica.

Introdução: Os pigmentos minerais possuem um rico histórico de uso devido às suas diversas cores resultantes de variações na composição mineral. Este estudo enfoca a hematita, um mineral comum, como material de origem. Hematita' s aplicações potenciais são aumentadas quando reduzidas a partículas nanométricas. As propriedades de dispersão dessas nanopartículas desempenham um papel crucial em seu desempenho. Para alcançar a dispersão ideal, exploramos os efeitos dos parâmetros de moagem.

Seção Experimental:

1. Materiais e Equipamentos:

• Copolímero PMV (self-made)

• Hematita (grau industrial)

• Moinho de bolas planetário Pulverisette 7

• LS13320 analisador de tamanho de partículas a laser

• Estufa de secagem por jateamento elétrica de temperatura constante DHG

• NEXUS-670 Espectrômetro infravermelho e Raman com transformada de Fourier

• 501 banho de temperatura constante

• Instrumento de microeletroforese JS94J (instrumento potencial Zeta)

Moagem de bolas de alta energia de pigmentos minerais: O processo de moagem envolve a mistura de 0,5 g de pigmento de hematita com uma quantidade especificada de dispersante, esferas de zircônia e 10 mL de água destilada em um tanque de moagem. A moagem prossegue a 500 rpm, e as dispersões' O tamanho das partículas, a distribuição e a estabilidade são medidas após a moagem.

Teste de Estabilidade de Tamanho de Partícula e Dispersão: Analisamos o tamanho de partícula e a distribuição de dispersões de pigmentos de hematita moídos usando um analisador de tamanho de partículas a laser. Além disso, retiramos 2,0 g de amostra seca, colocamos em um tubo de ensaio graduado de 20 mL, adicionamos água até atingir 20 mL e sonicamos por 15 minutos. O tamanho das partículas é medido periodicamente para avaliar a estabilidade da dispersão.

Medição do potencial Zeta: As medições do potencial Zeta nos ajudam a entender as interações partícula-partícula. O potencial Zeta é medido usando um instrumento de microeletroforese (instrumento potencial Zeta) sob condições específicas.

Resultados e Discussão: 

2.1 Impacto da Dosagem do Dispersante no Tamanho Médio das Partículas: Em um tempo de moagem de 5 horas e uma relação de massa de 2:3 para esferas de zircônia com diâmetros de 2 mm e 0,5 mm, o efeito da dosagem do dispersante na dispersão do pigmento da hematita' O tamanho médio das partículas é explorado. Os resultados mostram que, à medida que a dosagem do dispersante aumenta, o tamanho médio das partículas diminui. A uma dosagem dispersante de 0,25 g por grama de pigmento, o tamanho médio da partícula é reduzido para menos de 300 nm. Além deste ponto, novos aumentos na dosagem de dispersante têm impacto mínimo.

2.2 Influência do tempo de moagem no tamanho médio das partículas: Com uma dosagem dispersante de 0,25 g por grama de pigmento e uma relação de massa de 2:3 para esferas de zircônia com diâmetros de 2 mm e 0,5 mm, o efeito de diferentes tempos de moagem sobre o tamanho médio das partículas dispersões de pigmento de hematita é examinado. Os resultados indicam que, à medida que o tempo de moagem aumenta, o tamanho médio das partículas diminui, estabilizando-se em torno de 230 nm após 5 horas.

2.3 Impacto do meio de moagem no tamanho médio das partículas: O efeito de diferentes tamanhos e quantidades de esferas de zircônia no tamanho das partículas de dispersões de pigmentos de hematita moídos é estudado. Uma combinação de contas de zircônia de maior diâmetro com uma menor quantidade e contas de zircônia de menor diâmetro com uma quantidade maior produz os melhores resultados de moagem.

2.4 Estabilidade do dispersante: As quantidades de dispersante são testadas quanto à estabilidade. Ao longo do tempo, dispersões com maiores quantidades de dispersantes exibem menores tamanhos de partículas e maior estabilidade.

2.5 Influência do dispersante no tamanho médio das partículas: O tipo de dispersante também afeta o tamanho médio das partículas. Dispersante comercial#1 e PMV produzem tamanhos médios de partículas menores, enquanto um copolímero de poliacrilamida resulta em tamanhos de partículas maiores devido à sua alta hidrofilicidade.

Conclusão: Este estudo destaca a preparação bem-sucedida de dispersões de água de pigmento de hematita nanométrico através da moagem de bolas de alta energia. As condições ótimas envolvem parâmetros específicos: velocidade de rotação do moinho de bolas de 500 rpm, tempo de moagem de 5 horas, dosagem de dispersante de 0,25 g por grama de pigmento e relação de massa de 2:3 para esferas de zircônia com diâmetros de 2 mm e 0,5 mm. Estas condições produzem dispersões de água do pigmento de hematita com um tamanho médio de partícula de 230 nm e adequada estabilidade de dispersão granulométrica.