Des chercheurs du monde entier s’efforcent d’améliorer la dispersion du noir de carbone dans l’eau. Diverses méthodes, y compris l’utilisation de dispersants, le greffage de surface et la modification de l’oxydation de surface, ont été explorées pour améliorer le noir de carbone et#39; S dispersion. Cependant, greffage de surface et modification d’oxydation de surface, tout en étant efficace pour atteindre la stabilité en modifiant le pigment' S de surface, sont complexes et coûteuses, ce qui les rend impropre à la production de pâte de couleur à encre neutre. En revanche, la méthode de dispersion par dispersion présente des avantages tels que la rentabilité, la simplicité des procédés et un contrôle facile du rendement, ce qui en fait une approche largement adoptée.
Notre étude a porté sur la création d’encre noir de carbone pour des encres neutres avec une distribution granulométrique (D50) de 100-120nm, une teneur en pigments de 30% et une viscosité de 350 mPa· S. La recherche s’est penchée sur plusieurs aspects critiques:
Nous avons examiné trois types de noir de carbone, le fw200, le Printex U et le ma-100, chacun ayant des propriétés physico-chimiques distinctes. En évaluant leurs caractéristiques de mouillage et leur impact sur la viscosité et la distribution granulométrique de l’encre, nous avons déterminé que le MA-100 est le pigment approprié pour la production d’encre neutre.
Nous avons étudié trois dispersants représentatifs: le NNO anionique à petite molécule, le PVP non ionique polymère et le SMA-NH4 anionique polymère. Grâce à des mesures du potentiel ζ-, du taux de sédimentation et des propriétés rhéologiques du noir de carbone MA-100 dans différentes conditions, nous avons étudié comment la structure du dispersant influe sur la stabilité de la dispersion. Nos résultats soulignent que SMA-NH4, à pH 8 avec un dosage de 4%, a produit de l’encre avec des performances exceptionnelles.
En tenant compte des différentes méthodes de broyage (fraisage à billes, homogénéisation à haute pression et fraisage à goupille) et des paramètres du procédé, nous avons cherché à identifier l’approche optimale pour la préparation de l’encre noir de carbone pour les encres neutres. Le procédé le plus efficace consistait en une combinaison de dispersion à grande vitesse, d’homogénéisation à haute pression et de fraisage à goupille. Nous avons utilisé des billes de zircone d’un diamètre de 0,5 mm dans la broyeuse à goupille, fonctionnant à une vitesse de 1500tr/min, avec un taux de remplissage de 70%, et un temps de fraisage de 1 heure, ce qui donne une encre avec la distribution granulométrique désirée (D50) de 100-120nm.
Par la suite, nous avons rempli l’encre préparée dans des stylos et les avons soumis à un stockage dans des conditions variées, y compris à température ambiante, à haute température et à température modérée, pendant deux mois. Des tests réguliers ont été effectués pour évaluer les performances d’écriture. Les résultats ont démontré que l’encre préparée avec du SMA-NH4 comme dispersant conserve d’excellentes propriétés physico-chimiques et rhéologiques. Même après deux mois de stockage, ses performances d’écriture sont restées satisfaisantes.
Une quantité spécifiée de dispersant est ajoutée à l’eau désionisée, suivie d’un mélange approfondi pour dissoudre le dispersant à une vitesse spécifique à l’aide d’un agitateur électrique. On ajoute ensuite des antimousses et des conservateurs et on introduit du pigment. Après mélange complet, on obtient une solution de prémélange.
On utilise de l’eau désionisée pour dissoudre une quantité déterminée de dispersant (SMA-NH4), puis on l’agite. Le noir de carbone est ajouté graduellement, le dispersant ajouté constituant 20% du poids du noir de carbone et le noir de carbone représentant 30% du poids total du lisier. Des temps de dispersion différents sont utilisés avec les trois méthodes de fraisage (fraisage à billes, homogénéisation à haute pression et fraisage à goupille) pour préparer l’encre noir de carbone à base d’eau.
Analyse de la taille et de la Distribution des particules: la taille et la Distribution des particules ont été mesurées à l’aide de l’analyseur de la taille des nanoparticules NANOPHOX, qui utilise la spectroscopie de corrélation croisée des photons. Le système utilise comme source lumineuse un laser hélium-néon, d’une longueur d’onde de 632,8 nm, d’une puissance laser de 10 mV et d’un angle de détection de 90°. La température d’essai est maintenue à 25°C et le volume de l’échantillon est ajusté pour assurer un taux de dispersion supérieur à 0,5 pour une précision accrue.
Une comparaison des différentes méthodes de broyage, y compris le fraisage à billes, l’homogénéisation à haute pression et le fraisage à goupilles, A révélé que le fraisage à goupilles permettait d’obtenir les plus petites tailles de particules et la plus grande efficacité de broyage.
Pour déterminer les effets de facteurs tels queTaille des perlesEt la vitesse de broyage sur la taille des particules d’encre, des expériences ont été menées. Les paramètres optimaux identifiés étaient des billes de zircone d’un diamètre de 0,5mm, une vitesse de meulage de 1500tr/min et un taux de remplissage de 70%.
Reconnaissant les limites des différentes méthodes de fraisage, un procédé combiné a été choisi. Cette approche implique la création initiale d’une pâte fixe souple avec une partie du liquide et du pigment, suivie d’une dispersion à grande vitesse, d’un broyage grossier dans un broyeur à sable horizontal et d’un broyage fin dans un broyeur à goupilles. Cette combinaison maximise l’efficacité tout en obtenant une taille de particules fines et une forme uniforme dans les particules d’encre.
La quête de l’excellence dans la préparation de l’encre noir de carbone révèle un acteur clé dans le processus: les billes de broyage en céramique. Alors que les chercheurs du monde entier s’efforcent d’accroître la dispersion du noir de carbone dans l’eau, notre étude met en évidence le rôle indispensable joué par ces sphères céramiques dans l’optimisation des caractéristiques de l’encre.
Les chercheurs ont rencontré de nombreux défis pour disperser efficacement le noir de carbone. Bien que des méthodes comme le greffage de surface et la modification par oxydation offrent de la stabilité, elles sont complexes et coûteuses. En revanche, la méthode de dispersion à base de dispersants, associée à l’utilisation stratégique de billes de broyage en céramique, émerge comme un changement de jeu. Ces billes facilitent la précision dans le processus de broyage, assurant l’obtention de la taille de particules désirées et la distribution critique pour des performances d’encre supérieures.
Notre étude a approfondi les aspects critiques, en commençant par la sélection du noir de carbone. L’évaluation de trois types distincts - FW200, Printex U et MA-100 - a révélé que MA-100 se distinguait par ses caractéristiques de mouillage, son impact minimal sur la viscosité de l’encre et sa capacité à atteindre la distribution granulométrique ciblée. Le processus de broyage ultérieur, renforcé par des billes de broyage en céramique, s’est avéré déterminant dans l’optimisation de l’efficacité.
L’influence de la structure du dispersant était un élément clé, le SMA-NH4 étant considéré comme le dispersant optimal. Son interaction avec le noir de carbone a été renforcée par l’action efficace des billes de broyage en céramique pendant le processus de dispersion. Le broyage précis a permis à l’encre de conserver des propriétés physico-chimiques et rhéologiques exceptionnelles, même après un stockage prolongé.
Le cœur de notre processus d’optimisation se trouvait dans les méthodes de broyage d’affinage, et les billes de broyage en céramique ont joué un rôle crucial dans cette entreprise. La combinaison de la dispersion à grande vitesse, de l’homogénéisation à haute pression et du fraisage à broche, facilitée par ces sphères en céramique, a produit de l’encre avec la distribution granulométrique désirée (D50) de 100-120nm. L’utilisation méticuleuse de billes de zircone, d’un diamètre de 0,5 mm, a encore accentué l’efficacité du processus de broyage.
Après la préparation de l’encre, l’encre a été soumise à diverses conditions de stockage, démontrant que l’utilisation de billes de broyage en céramique a contribué de manière significative à l’encre et#39; S longévité. L’encre préparée avec le SMA-NH4 comme dispersant, associée à des billes de broyage en céramique, présentait des performances d’écriture constantes même après deux mois de stockage dans des conditions variables.
Le choix des billes de meulage en céramique dans notre étude n’a pas été arbitraire. L’utilisation de billes de zircone, avec leur taille optimale et leurs caractéristiques matérielles, a joué un rôle essentiel dans l’obtention de la taille des particules fines et de la forme uniforme dans les particules d’encre. Ces billes de broyage en céramique ont joué un rôle de catalyseur pour la précision, assurant que l’encre répondait aux spécifications strictes pour la production d’encre neutre.
Nos recherches ont permis de produire de l’encre noir de carbone pour des encres neutres aux caractéristiques de performance exceptionnelles. L’étude a couvert divers aspects, y compris la sélection du noir de carbone, l’influence de la structure du dispersant, et l’impact des méthodes et des paramètres de meulage. La combinaison de la dispersion à grande vitesse, de l’homogénéisation à haute pression et du fraisage à goupilles s’est avérée être une approche très efficace pour atteindre la taille et la distribution des particules désirées. L’encre obtenue, préparée avec du SMA-NH4 comme dispersant, a conservé sa qualité même après deux mois d’entreposage dans des conditions différentes.
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