Recherche sur le procédé de Dispersion de l’encre noire de carbone aqueuse

En utilisant un procédé de dispersion par broyage de sable, une encre noire de carbone aqueuse adaptée aux encres à base d’eau a été mise au point. Un plan expérimental orthogonal a été utilisé pour optimiser le processus de dispersion de l’encre noire de carbone aqueuse, et l’influence de l’éthylène glycol (EG) sur la dispersion du noir de carbone a été étudiée. Les résultats indiquent que les conditions optimales pour la dispersion sont un ajout de dispersant de 2,5%, une vitesse de broyage du sable de 2000 r/min et un temps de broyage de 120 minutes. Lorsque 10% d’eg a été ajouté, l’encre aqueuse de noir de carbone résultante avait un potentiel de ζ-38,5 meV et une taille moyenne de particules de 117,1 nm, qui a augmenté à 159,6 nm après 90 jours de stockage, ce qui indique une bonne stabilité de stockage et des performances d’application.

Le procédé général de fabrication de l’encre est similaire à celui des revêtements. Le choix de dispersions d’encre appropriées et stables est crucial pour améliorer la stabilité du produit d’encre final et améliorer ses performances. Cependant, le pigment noir de carbone, en raison de sa structure unique, de sa petite taille de particules primaires, de sa grande surface spécifique et de ses fortes forces interparticulaires, ne se disperse pas facilement dans l’eau et a tendance à former des gels pendant le processus de broyage, ce qui en fait l’un des pigments difficiles à disperser. Diverses méthodes, comme le traitement des tensioactifs, la modification de la surface et l’oxydation de la surface du noir de carbone, ont été explorées à l’échelle nationale et internationale pour mettre au point des dispersions de noir de carbone à base d’eau. Cependant, contrairement aux revêtements, l’encre à écrire a des exigences plus élevées en ce qui concerne la taille des particules de pigment, la stabilité et la compatibilité. Par conséquent, il y a peu de dispersions d’encre à base d’eau disponibles sur le marché pour les stylos neutres, ce qui pose un défi technique clé dans le développement d’encres à base d’eau pour les stylos neutres.

Dans cette expérience, qui tient compte des bases des encres à base d’eau, une expérience orthogonale a été menée pour analyser les facteurs d’influence pendant l’expérience et optimiser le processus de préparation et le produit pour créer une fine encre noire de carbone aqueuse convenant aux encres à base d’eau. L’encre ainsi obtenue est non seulement compatible avec les processus de formulation matures existants, mais aussi simple à produire et adaptée à une production à l’échelle industrielle.

Détails clés:

1. Matériel et équipement:

• Noir de carbone haute couleur (Grade 6): Shanghai Wujing carbon black Factory

• Triéthanolamine: analytiquement pur, Shanghai Lingfeng Chemical réactif Co., Ltd.

• Éthylène glycol: analytiquement pur, réactif chimique du groupe pharmaceutique National de la Chine Co., Ltd.

• Dispersant: auto-préparé

• Instruments: Zetasizer 3000HS dynamic light scattering laser particle size and ζ-potential analyzer, microscope électronique de transmission JEM-2100F, machine polyvalente d’agitation, de dispersion et de broyage SFJ-400C, machine de broyage de type pince de laboratoire MiniZeta, instrument d’écriture et de dessin: Tianjin Ruihang Electric machine and Appliance Co., Ltd.

2. Prétraitement noir de carbone:

• Après broyage dans un mortier, le noir de carbone a été séché à 105°C pendant 24 heures puis stocké dans une armoire de séchage.

3. Préparation de l’encre noire de carbone aqueuse:

• Un dispersant auto-fabriqué A été dissous dans un solvant mélangé d’eau désionisée et d’éthylène glycol. Le noir de carbone a été ajouté graduellement en remuant. Après une dispersion à haute vitesse pendant 30 minutes, le mélange a été transféré dans un moulin à sable.

4. Mesure de la Distribution granulométrique:

• La taille moyenne des particules et la distribution granulométrique de l’encre ont été mesurées à l’aide d’un analyseur de la taille des particules et du potentiel ζ-laser à diffusion dynamique Zetasizer 3000HS.

5. Mesure de ζ-potentiel:

• Le potentiel ζ de l’encre a été mesuré à l’aide du même instrument que pour l’analyse granulométrique.

6. Observation de la morphologie de la Distribution des particules:

• L’encre diluée a été observée à l’aide d’un microscope électronique à transmission (TEM) après avoir été régulièrement secouée et séchée sur un film de support de carbone.

7. Évaluation des performances des applications d’encre:

• L’encre a été formulée en encre à écrire, et son rendement en écriture a été testé à l’aide d’un instrument d’écriture et de dessin conformément aux exigences QB/ T2625-2003.

Résultats et Discussion:

1. Optimisation du processus de Dispersion:

• Un plan expérimental orthogonal a été utilisé pour étudier l’influence de divers facteurs sur la dispersion du noir de carbone. Les conditions optimales de dispersion se sont avérées être une addition de dispersant de 2,5 %, une vitesse de broyage du sable de 2 000 r/min et un temps de broyage de 120 minutes.

2. Impact de l’éthylène Glycol (EG):

• EG a été utilisé comme co-solvant et dispersant dans la formulation de l’encre. Par exemple, l’ajout d’encre a amélioré la dispersion en réduisant la tension superficielle et en améliorant le mouillage des particules de noir de carbone. Toutefois, l’ajout excessif de EG a réduit l’efficacité du fraisage.

3. Performance de l’encre optimisée:

• L’encre optimisée avait une taille moyenne de particules de 117,4 nm avec une distribution de taille étroite. Le potentiel ζ était de -38,5 meV. L’encre présentait une bonne stabilité d’entreposage, avec seulement une légère augmentation de la taille moyenne des particules après 90 jours d’entreposage. TEM images a confirmé l’encre ' S bonnes caractéristiques de dispersion.

4. Performance des applications:

• L’encre a été testée sur un instrument d’écriture et de dessin, montrant de bonnes performances sans agglomération ni précipitation.

Cette étude met en évidence le succès du développement d’une dispersion aqueuse d’encre noire de carbone adaptée aux applications d’encre à base d’eau, avec l’optimisation du processus de dispersion et l’inclusion de EG en tant que co-solvant efficace et dispersant aide. L’encre résultante présentait d’excellentes performances et une excellente stabilité, ce qui la rendait adaptée à une utilisation dans des stylos neutres et potentiellement dans d’autres applications. L’étude a également introduit l’utilisation d’un plan expérimental orthogonal pour étudier et optimiser systématiquement le processus de formulation de l’encre.