Pesquisa do Processo de Dispersão da Tinta Aquosa Negro de Fumo

Usando um processo de dispersão de moagem de areia, foi desenvolvida tinta aquosa preta de fumo adequada para tintas à base de água. Um planejamento experimental ortogonal foi empregado para otimizar o processo de dispersão da tinta aquosa de negro de fumo, e a influência do etilenoglicol (EG) na dispersão de negro de fumo foi investigada. Os resultados indicam que as condições ótimas para dispersão são a adição de dispersante de 2,5%, a velocidade de moagem da areia de 2.000 r/min e o tempo de moagem de 120 minutos. Quando 10% de EG foi adicionada, a tinta aquosa preta de fumo resultante apresentou um potencial de ζ de -38,5 meV e um tamanho médio de partícula de 117,1 nm, que aumentou para 159,6 nm após 90 dias de armazenamento, indicando boa estabilidade de armazenamento e desempenho de aplicação.

O processo geral de fabricação da tinta é semelhante ao dos revestimentos. A seleção de dispersões de tinta adequadas e estáveis é crucial para melhorar a estabilidade do produto final de tinta e melhorar seu desempenho. No entanto, o pigmento negro de fumo, devido à sua estrutura única, pequeno tamanho de partícula primária, grande área de superfície específica e fortes forças interpartículas, não se dispersa facilmente em água e tende a formar géis durante o processo de moagem, tornando-se um dos pigmentos desafiadores para se dispersar. Vários métodos, tais como tratamento com surfactante, modificação da superfície e oxidação superficial do negro de fumo, têm sido explorados nacional e internacionalmente para desenvolver dispersões de negro de fumo à base de água. No entanto, ao contrário dos revestimentos, a tinta de escrita tem requisitos mais altos para o tamanho das partículas de pigmento, estabilidade e compatibilidade. Consequentemente, existem dispersões limitadas de tintas à base de água disponíveis no mercado adequadas para canetas neutras, representando um desafio técnico fundamental no desenvolvimento de tintas à base de água para canetas neutras.

Neste experimento, considerando os fundamentos das tintas base água, um experimento ortogonal foi conduzido para analisar os fatores influenciadores durante o experimento e otimizar o processo de preparação e o produto para criar uma tinta aquosa fina preta de fumo adequada para tintas base água. A tinta resultante não é apenas compatível com os processos de formulação madura existentes, mas também é simples de produzir e adequada para produção em escala industrial.

Principais detalhes:

1. Materiais e Equipamentos:

• Negro de fumo de alta cor (Grau 6): Shanghai Wujing Carbon Black Factory

• Trietanolamina: Analiticamente puro, Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd.

• Etilenoglicol: Analiticamente puro, China National Pharmaceutical Group Chemical Reagent Co., Ltd.

• Dispersante: Auto-preparado

• Instrumentos: Zetasizer 3000HS dynamic light scattering laser particle size and ζ-potential analyzer, JEM-2100F transmission electron microscope, SFJ-400C stiring, dispersing, and grinding multipurpose machine, MiniZeta laboratory pin-type grinding machine, writing and drawing instrument: Tianjin Ruihang Electric Machine and Appliance Co., Ltd.

2. Pré-tratamento de Negro de Fumo:

• Após a moagem em argamassa, o negro de fumo foi seco a 105°C por 24 horas e, em seguida, armazenado em gabinete de secagem.

3. Preparação de Tinta Aquosa de Negro de Fumo:

• Um dispersante auto-fabricado foi dissolvido em um solvente misto de água deionizada e etilenoglicol. O negro de fumo foi adicionado gradualmente enquanto se agitava. Após dispersão em alta velocidade por 30 minutos, a mistura foi transferida para um moinho de areia.

4. Medição da distribuição do tamanho das partículas:

• O tamanho médio das partículas e a distribuição de tamanho da tinta foram medidos usando um analisador de tamanho de partícula e potencial de ζ de espalhamento dinâmico de luz Zetasizer 3000HS.

5. ζ-Medição de Potencial:

• O potencial ζ da tinta foi medido usando o mesmo instrumento da análise granulométrica.

6. Observação da morfologia da distribuição de partículas:

• A tinta diluída foi observada em microscópio eletrônico de transmissão (MET) após ser uniformemente agitada e seca em filme carbono suporte.

7. Avaliação de desempenho da aplicação de tinta:

• A tinta foi formulada em tinta de escrita, e seu desempenho de escrita foi testado usando um instrumento de escrita e desenho de acordo com os requisitos do QB/T2625—2003.

Resultados e Discussão:

1. Otimização do Processo de Dispersão:

• Um planejamento experimental ortogonal foi utilizado para estudar a influência de vários fatores na dispersão do negro de fumo. As condições ótimas para dispersão foram a adição de dispersante de 2,5%, a velocidade de moagem da areia de 2.000 r/min e o tempo de moagem de 120 minutos.

2. Impacto do Etilenoglicol (EG):

• O EG foi utilizado como co-solvente e auxiliar dispersante na formulação da tinta. A adição de EG melhorou a dispersão da tinta, reduzindo a tensão superficial e aumentando a umectação das partículas de negro de fumo. No entanto, a adição excessiva de EG levou à redução da eficiência de moagem.

3. Desempenho da tinta otimizada:

• A tinta otimizada teve um tamanho médio de partícula de 117,4 nm com uma distribuição de tamanho estreita. O potencial ζ foi de -38,5 meV. A tinta apresentou boa estabilidade de armazenamento, com apenas um ligeiro aumento no tamanho médio de partículas após 90 dias de armazenamento. Imagens do MET confirmaram a tinta.#39; boas características de dispersão.

4. Desempenho do aplicativo:

• A tinta foi testada em um instrumento de escrita e desenho, mostrando bom desempenho, sem aglomeração ou precipitação.

Este estudo destaca o desenvolvimento bem-sucedido de uma dispersão aquosa de tinta preta de fumo adequada para aplicações de tinta à base de água, com a otimização do processo de dispersão e a inclusão de EG como um co-solvente eficaz e auxiliar dispersante. A tinta resultante exibiu excelente desempenho e estabilidade, tornando-a adequada para uso em canetas neutras e potencialmente outras aplicações. O estudo também introduziu o uso de um planejamento experimental ortogonal para investigar e otimizar sistematicamente o processo de formulação de tintas.