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顏料型納米級色漿闡述與工藝探討

發布:2017-06-20 點擊數:587

一般在制備顏料型納米墨水前,需將顏料制備成均勻、穩定的納米色漿,以便節省成本和質量控制,因此納米色漿作為墨水的主要原材料,納米色漿的參數指標必須滿足墨水生產需要。通常納米色漿分為水溶性和醇溶性兩種,先以不同性質的顏料和原料相匹配,然后采用相適應的設備和方法進行生產。優質納米色漿對制成的墨水后續性能具有十分重要的意義。
??一般而言,色漿是由顏料、分散劑、潤濕劑、及分散介質一溶劑組成。水性色漿有時需加入些許消泡劑。根據使用和儲存的需要有時會添加一些提高性能的助劑,如防腐劑等。對于水性色漿,一般水中含有Ca抖、Mg+等離子,會破環隨后加人使用的分散劑的電荷極性,導致體系的穩定性,所以分散介質一溶劑應選用去離子水。
??色漿是一個分散體系,一般顏料在液體中以懸浮形式保持長時間的穩定狀態是很難的,這是因為在液體中顏料粒子多數絡合成二次粒子聚積成塊;當顏料粒子外包裹或吸附的分散劑受到其他物質的競爭或者其電荷性能受到破壞時,顏料粒子相互問受到外力的牽引時,都容易產生顏料粒子間的凝聚、沉降甚至于沉積分層等等不穩定情況的發生。納米色漿為體系中顆粒平均粒徑在30Onto以下,粒徑分布峰值在lOOnm左右的色漿。因此其本身存在不穩定的傾向。分散劑是通過其潤濕作用和滲透作用,滲入顏料粒子的間隙,在粒子的表面發生定向吸附,從而改變了顏料粒子的表面性能,并使粒子表面帶電,形成了雙電層,阻止了粒子的聚集,而使顏料分散體系形成穩定。
??分散劑的選擇是很重要的,其首要條件就是要能使顏料被分散介質潤濕,使分散劑吸附在粒子表面,降低表面自由能。實驗證明,加入分散劑,能使顏料粒子充分潤濕,進而就易分散。所以,在使用顏料作色漿時,最關鍵的是要加入一定量的分散劑來逐步研磨,打破顏料締合的二次結構,如果沒有分散劑的作用,將不會形成相對穩定的色漿體系。我們經過嚴密的考證,最終選擇了一種精良的韓國產表面活性劑。
顏料分為無機顏料和有機顏料,要根據特定需求篩選出顏色適宜、顆粒松弛、聚合度小、易于分散的顏料作為原料。良好的分散性能要求顏料顆粒變小,且顏料粒子和粒徑分布呈“正態分布”曲線。要獲得良好的顏料應用特性,必須使顏料聚集體粉碎成顏料生產者所要求的晶體粒徑,即力求減少過大或過小的粒子,即顏料粒徑分布盡量集中在一個較窄的范圍內。我們選擇的顏料考慮到成本大多選用國產,個別由于性能的要求需要進口。根據墨水性能的要求,進而選擇合適的助劑,比如防腐劑等。
作為墨水用色漿,為了防止在書寫中造成筆頭堵塞,所以要求顏料粒子必須足夠小(接近納米級)。顏料由于粒徑細小,比表面積大,表面自由能會促使它們以聚集狀態存在,使其在色漿中不易分散,不能充分發揮其著色能力。把顏料制成色漿就是通過加人分散劑等化學助劑,浸潤到顏料粒子中去,再通過機械研磨使其在剪切力作用下,由聚集態解聚成穩定的個體粒子懸浮在分散液中。但被分散的顏料離子間還是有產生凝聚的傾向。因此,選擇一種好的分散劑顯得尤為重要。我們制備出的納米色漿(以黑色水性色漿)為例送檢權威機構,經納米激光粒度儀測試出的結果平均粒徑均在250nm左右,其粒徑分布峰值在100nm以下
??色漿能否有很好的穩定性是制備色漿最關鍵的技術之一。首先要保證顏料充分有效分散,還要促進高度分散的顏料穩定而不重聚,同時還要克服色漿中高聚物對顏料的裹帶而使顏料的分散遭到破壞,這是體系的穩定保證。而分散研磨顏料是保證色漿穩定的第一步,也是制成的重要環節。
??對于我們經過正確的配方和工藝流程制成的色漿,我們會對其進行pH值、黏度、表面張力和粒徑大小等多項指標的測試。但眾所周知,一種好的色漿除了良好的色澤之外,另一個重要的性能就是達到良好的穩定性。同時,這也是目前墨水用色漿的一個難點。制成的色漿在高溫放置,其黏度隨著時間的延長有略微的增大,但沒有出現突然增大的想象。由于墨水用色漿對顏料粒子的粒徑要求較小,而粒子越小其表面張力越大,從而彼此之間而容易團聚,制備過程中加入了一定量的表面活性劑。但在一定高溫下,粒子的布朗運動加大,粒子相互接觸的幾率也提高了很多,從而粒子之間又重新團聚的幾率也增多。因此,色漿的高溫測十分重要。
??制備出一種優良的色漿同時需要從多方面考慮,從選擇顏料,到與之匹配的溶劑、助劑和表面活性劑。另外,各自所需要的量也是各有要求,這些都需要從多種選擇中經過多次嘗試得出;色漿的穩定性是最重要的性能指標,色漿的粒度大小也是一個量性指標。同時色漿的穩定性隨著分散劑的含量先增加后減小,這是由于當分散劑含量太少時,不足量的分散劑不足以在顏料表面形成完整的吸附層,顏料表面未被覆蓋的部分為減小表面能量而聚集,從而使分散不穩定。分散劑的用量進一步增大時,就有足夠多的分散劑吸附在顏料顆粒表面,有足夠的濃度產生位能,可以起到阻止粒子團聚、穩定分散的作用,所有的顏料離子都恰好能形成穩定的雙電層結構,達到單分子層吸附最大值。當分散劑含量增大到超過最佳臨界用量后,不但造成分散劑的浪費,而且溶解在分散介質中的分散劑互相纏結,此時的分散劑多呈卷曲狀散布在粒子周圍,與粒子間的結合力不夠牢固,導致顏料粒子重新聚集,使得顏料的分散性穩定性降低。

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