Contrôle de la mousse lors de la préparation de Dispersions de pigments aqueux

Les dispersions de pigments aqueux sont créées par la dispersion stable de particules de pigments dans l’eau par des processus comme la dispersion et le broyage. Ces dispersions sont généralement composées de pigments, de dispersants, d’agents mouillants, d’antimousses et du milieu dispersant (eau et cosolvants) [1]. Le processus consiste à décomposer les particules de pigment agglomérées en minuscules particules, avec des dispersants adsorbant sur leurs surfaces pour empêcher la reagrégation.

Les Dispersants utilisés dans ce procédé sont généralement à base de polymères avec des segments hydrophiles et hydrophobes, présentant une certaine activité de surface dans la phase aqueuse, semblable à des surfactants. Pendant le broyage, des forces mécaniques introduisent du gaz dans la phase aqueuse et des dispersants, agissant comme tensioactifs, réduisent la tension superficielle de ces bulles de gaz. Cette stabilisation piège le gaz dans la phase liquide, formant une mousse stable.

Dans de nombreux cas, la mousse peut être nuisible, entraînant un débordement de matériau, des risques environnementaux, une diminution de l’efficacité de la production, et plus encore. Lors de la préparation de dispersions de pigments aqueux, le broyage peut causer une expansion du volume, ce qui peut entraîner un débordement. De plus, la réduction de l’efficacité de meulage due à l’augmentation du volume peut entraîner une moindre finesse de dispersion et des problèmes de transfert de masse. Par conséquent, il est crucial d’éliminer rapidement la mousse pendant le broyage pour améliorer la zone de contact entre les milieux de broyage et les particules de pigment, améliorer l’efficacité de cisaillement [2], réduire le temps de broyage, et promouvoir une meilleure adsorption des pigments sur les dispersants. Cet article explore les agents antimoussants adaptés à divers pigments, offrant une solution de contrôle de la mousse pour le processus de dispersion aqueuse de pigment.

Section expérimentale

1. Principaux matériaux et équipements

Dispersants: DS-194H (teneur efficace de 40%), DS-195L (teneur efficace de 40%), DS-192L, agents moussants: DF-220S, Foamic-024, Foamic-021, Foamic-028 (Tianjin Saifei Chemical Technology Development Co., Ltd); TEGO-760W, TEGO-755W, FOAMEX 810 (Degussa); BYK-190, BYK-2012, BYK-011 (BYK-Chemie); Dispersogen PL 30 (Clariant); Noir de carbone à haute teneur en pigments FW-200 (Orion); Pigment rouge d’oxyde de fer (Lansheng); Pigment au dioxyde de titane (Longmang); Disperseur polyvalent JSF-550 (Shanghai Yusheng Electromechanical Equipment Co., Ltd); Billes de zircone (taille des particules 0,8-1,5 mm, surface spécifique 2,5 m2/g); Cuve de réaction en verre trempé à bride (Nantong Puretech Instrument Co., Ltd); Calibre de finesse de grattoir (usine de Machine d’essai de Tianjin Yongli).

1.2 procédure expérimentale

1.2.1 Modification de l’équipement expérimental

Le laboratoire&#Le disperseur multifonctionnel de type panier comprend un disque de ponçage, un moteur et un tambour de ponçage en acier de 1 L. Pour faciliter l’observation et l’échange de chaleur pendant le meulage, le tambour de ponçage en acier (Figure 1a) a été remplacé par un récipient de réaction en verre trempé à brides de 2 L (Figure 1b) et un bain d’eau a été utilisé pour l’échange de chaleur pendant le meulage. Avant l’utilisation, le volume de la cuve à réaction en verre trempé à bride a été étalonné et des marques d’unité de volume ont été faites sur la cuve.#39; S extérieur.

1.2.2 processus expérimental

Comme l’indique le tableau 1, des quantités mesurées d’eau, de dispersants et d’antimousses ont été ajoutées à la cuve de réaction en verre, mélangées à fond, puis ajoutées au pigment mesuré. Par la suite, une quantité prédéterminée de milieux de broyage (billes de zircone, 500 g, entièrement mouillées, d’un volume compris entre 560 et 630 mL) a été ajoutée à la cuve de réaction. Le meulage a été effectué à 3000 tr/min pendant 120 minutes, et le meulage a été immédiatement arrêté si le niveau du liquide montait jusqu’à la bride de la cuve de réaction en verre. Tout au long de l’expérience, le niveau du liquide a été surveillé en permanence et la surface de meulage du volume unitaire a été calculée. Des échantillons ont été prélevés et la finesse de dispersion a été mesurée à l’aide d’une jauge de finesse scraper, tandis que la viscosité de la dispersion du pigment a été évaluée visuellement à l’intérieur de la cuve de réaction.

1.3 méthodes d’évaluation

1.3.1 surface de meulage de Volume unitaire (SV)

La surface volumique unitaire se rapporte au rapport entre la surface totale des milieux de meulage et le volume du liquide de travail et peut être calculée à l’aide de la formule (1).

SV = (m/S)/V

Où :SV - surface de meulage du volume unitaire - masse des milieux de meulage - surface spécifique du milieu de meulage - volume Total du liquide de travail contenant les milieux de meulage

Un SV plus petit indique la présence de plus de gaz dans le système, ce qui réduit l’efficacité de meulage.

1.3.2 durée du processus de meulage

La durée du processus de meulage se rapporte au temps nécessaire pour que le niveau du liquide dans la cuve de réaction monte vers la bride. Un temps plus court indique une formation plus intense de mousse pendant le meulage.

1.3.3 finesse de Dispersion

La finesse de dispersion a été mesurée à l’aide d’une jauge de finesse scraper, avec une valeur numérique plus petite indiquant une dispersion plus fine.

1.3.4 évaluation visuelle de la viscosité

Le comportement d’écoulement du liquide à l’intérieur de la cuve de réaction en verre a été évalué visuellement, une meilleure fluidité indiquant une viscosité plus faible.

Résultats et Discussion

2.1 mécanisme des Agents antimoussants [3]

L’action des agents antimoussants implique deux processus: l’antimoussage et la rupture de la mousse. Les agents antimoussants utilisés dans cette expérience sont tous des agents antimoussants sans silicone, sans huile ou sans graisse. Leur principe d’action repose sur l’exploitation des différences de tension superficielle pour la démoussage. Pour les bulles de gaz à l’intérieur du liquide, le procédé d’antimoussage est illustré à la Figure 2, avec l’équation de Laplace comme le montre la formule (2).

Comme le montre la Figure 2, en supposant l’absence d’effets de viscosité, deux bulles de gaz de tailles différentes dans le liquide exerceront des pressions différentes dans les bulles. Depuis P1 > P2, les bulles plus petites fusionnent en bulles plus grandes, conduisant à la formation de bulles plus grandes. En raison de leur flottabilité, ces bulles plus grosses se déplacent vers le haut, augmentant en volume, et leur taux d’ascension s’accélère, finissant par s’échapper du liquide.#39; S intérieur. Ce processus est appelé démoussage. Cependant, si les bulles formées dans le système liquide sont de taille similaire, c.-à-d. P1 ≈ P2, il devient difficile pour les bulles de fusionner, et le processus d’antimoussage est entravé. Le gaz reste piégé dans le liquide, provoquant une expansion rapide du volume. Un facteur clé contribuant à l’uniformité de la taille des bulles est l’action des dispersants ou des émulsifiants. Les agents antimoussants, par contre, exploitent la tension superficielle pour obtenir un antimoussage. Par rapport aux dispersants et aux émulsifiants, les agents antimoussants ont des capacités de migration différentes et sont utilisés en plus petites quantités. Par conséquent, toutes les bulles de gaz dans le système n’ont pas les mêmes chances de rencontrer des agents antimoussants ou des dispersants, ce qui entraîne des tensions superficielles variables sur différentes surfaces de bulles. En conséquence, les dimensions de ces bulles diffèrent, ce qui déclenche le processus d’antimoussage et favorise une augmentation du volume liquide. Cela conduit à une augmentation de la vitesse ascendante et de l’évacuation du liquide et#La Figure 3 montre que le rouge et le blanc représentent des agents antimoussants moléculaires.

Les agents antimoussants modifient la structure des surfaces à l’intérieur et à l’extérieur des bulles, en modifiant la tension superficielle de la membrane des bulles. Cela déclenche un mouvement de liquide de surface et l’apparition de points faibles. Sous l’action de la gravité et du drainage, la membrane liquide est déchirée, libérant le gaz des bulles et réalisant la rupture des bulles.

2.2 Impact des Agents antimoussants sur l’état de broyage des Dispersions pigmentaires

Sans mesures de contrôle de la mousse, l’air se disperse rapidement dans la phase liquide de la cuve de réaction, provoquant une élévation rapide du niveau du liquide. Les résultats de la caractérisation de divers systèmes pendant la dispersion sont présentés dans les tableaux 2-4.

L’introduction d’air dans le système de préparation diluera inévitablement les volumes de pigment et de broyage. Comme la surface totale des milieux de broyage est constante, la dilution volumétrique se traduit par un SV plus petit, une réduction de la surface de broyage efficace et une diminution notable de l’efficacité de broyage. De plus, les particules de pigment sont diluées avec de l’air, ce qui réduit leur risque de contact avec les milieux de broyage, ce qui entraîne également une diminution de l’efficacité de broyage.

Les tableaux 2 à 4 révèlent que la présence de mousse a une incidence importante sur la SV-20, la finesse et le temps de dispersion du système de noir de carbone, le TEGO-760W présentant une forte mousse. Dans le cas de la dispersion d’oxyde de fer, le TEGO-755W présentait également un comportement mousseux prononcé, tandis que dans le cas de la dispersion de dioxyde de titane, le TEGO-755W et BYK-2012 présentaient un comportement mousseux prononcé. Des expériences ont été menées avec le TEGO-760W, le TEGO-755W et le BYK-2012 comme dispersants de référence pour le contrôle de la mousse.

2.3 effets de différents Agents antimoussants sur le contrôle de la mousse

En introduisant des agents antimousseurs dans le système de meulage, ils éliminent rapidement l’air piégé, formant ainsi une mousse stable, réduisant ainsi l’élévation du niveau du liquide et entraînant des changements minimes du volume de la phase liquide. Ainsi, SV est maintenu, et l’efficacité de rectification reste élevée. Les effets de l’ajout d’agents antimoussants à diverses dispersions de pigments sont présentés aux tableaux 5-7.

Les tableaux 5-7 montrent que l’ajout d’agents antimoussant augmente considérablement le temps de broyage des dispersions de noir de carbone, d’oxyde de fer rouge et de dioxyde de titane, qui étaient au départ difficiles à broyer. De plus, ils nécessitent 20pourcent moins de supports de meulage. Les résultats indiquent une meilleure efficacité de meulage et des temps de fonctionnement prolongés.