التحكم في الرغوة أثناء تحضير تشتت الصباغ المائي

يتم إنشاء تشتت الصباغ المائي عن طريق تشتيت جزيئات الصباغ في الماء بثبات من خلال عمليات مثل التشتت والطحن. وتتألف هذه التبعثرات عادة من الأصباغ، والمشتتات، وعوامل الترطيب، ومزيلات الرغوة، ووسيط التشتت (الماء والمذيبات المشتركة) [1]. وتنطوي العملية على تكسير جزيئات الصباغ المتكتل إلى جزيئات صغيرة، مع امتزاز المشتتات على أسطحها لمنع إعادة التجميع.

وعادة ما تكون المشتتات المستخدمة في هذه العملية قائمة على البوليمر مع قطاعات محبة للماء وكارهة للماء، وتظهر بعض النشاط السطحي في المرحلة المائية، أقرب إلى المواد الخافضة للتوتر السطحي. أثناء الطحن، تدخل القوى الميكانيكية الغاز إلى المرحلة المائية، وتقوم المشتتات، التي تعمل كخافضة للتوتر السطحي، بتقليل التوتر السطحي لهذه الفقاعات الغازية. هذا الاستقرار يحبس الغاز في الطور السائل، وتشكيل رغوة مستقرة.

في كثير من الحالات، يمكن أن تكون الرغوة ضارة، مما يؤدي إلى فائض المواد، والمخاطر البيئية، وانخفاض كفاءة الإنتاج، وأكثر من ذلك. أثناء تحضير الصبغات المائية، يمكن أن يتسبب الطحن في توسع الحجم، مما قد يؤدي إلى فيضان. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي انخفاض كفاءة الطحن بسبب زيادة الحجم إلى مشاكل في التشتت دون المستوى ونقل الكتلة. ولذلك، من الأهمية بمكان التخلص فوراً من الرغاوي أثناء الطحن لتعزيز منطقة الاتصال بين وسائط الطحن وجسيمات الصبغة، وتحسين كفاءة القص [2]، وتقليل وقت الطحن، وتشجيع الامتزاز الأفضل للأخضبة على المشتتات. تستكشف هذه المقالة عوامل إزالة الرغوة المناسبة لمختلف الأصباغ، وتقدم محلول التحكم بالرغوة لعملية نشر الأصباغ المائية.

قسم التجارب

1. المواد والمعدات الرئيسية

المشتتون: DS-194H (محتوى فعال بنسبة 40 في المائة)، DS-195L (محتوى فعال بنسبة 40 في المائة)، DS-192L، عوامل الرغوة: DF-220S، Foamic-024، Foamic-021، Foamic-028 (تيانجين Saifei Chemical Development Co., Ltd) ؛ الساتل TEGO-760W، الساتل TEGO-755W، الساتل FOAMEX 810 (Degussa) ؛ BYK-190، BYK-2012، BYK-011 (BYK-Chemie) ؛ المبعثر PL 30 (توضيح) ؛ الكربون الأسود العالي الصباغ FW-200 (أوريون) ؛ صبغة أكسيد الحديد الأحمر (لانشنغ) ؛ صبغة ثاني أكسيد التيتانيوم (لونغمانغ) ؛ جهاز نشر متعدد الاستعمالات (JSF-550) (شركة Shanghai Yusheng ElectroMechanics Equipment Co., Ltd) ؛ خرزات من الزركونيا (حجم الجسيمات 0.8-1.5 ملليمتر، ومساحة السطح النوعية 2.5 متر مربع/غرام) ؛ وعاء تفاعل زجاجي مقوى ذو شفة (شركة نانتونغ بوريتيك للآلات، المحدودة) ؛ مقياس دقة المكشطة (مصنع آلة اختبار تيانجين يونغلي).

1-2 الإجراء التجريبي

1-2-1 تعديل المعدات التجريبية

المختبر#المشتت متعدد الوظائف من نوع سلة 39 يتكون من قرص صنفرة ومحرك وأسطوانة صنفرة فولاذية سعة 1 لتر. ولتيسير الملاحظة والتبادل الحراري أثناء الطحن، تم استبدال برميل الصنفرة الفولاذية (الشكل 1 أ) بوعاء تفاعل زجاجي صلب شفاف سعة 2 لتر (الشكل 1 ب)، واستخدم حمام مائي للتبادل الحراري أثناء عملية الطحن. وقبل الاستخدام، تمت معايرة حجم وعاء التفاعل الزجاجي المقوى الشفاف، ووضعت علامات وحدة الحجم على السفينة#صفحة 39.

1.2.2 العملية التجريبية

ووفقاً للجدول 1، أضيفت كميات مقيسة من الماء، والمشتتات، ومزيلات الرغوة إلى وعاء تفاعل الزجاج، وخلطت تماماً، تلتها إضافة صبغة مقيسة. وفي وقت لاحق، أضيفت إلى وعاء التفاعل كمية محددة مسبقاً من وسائط الطحن (خرزات الزركونيا، 500 غرام، مبللة بالكامل، بحجم يتراوح بين 560 و 630 مل). تم إجراء الطحن بسرعة 3000 دورة في الدقيقة لمدة 120 دقيقة، وتوقف الطحن على الفور إذا ارتفع مستوى السائل إلى حافة وعاء التفاعل الزجاجي. طوال التجربة، تم رصد مستوى السائل بشكل مستمر، وتم حساب مساحة وحدة حجم الطحن. وأخذت عينات وقيست درجة تشتت الصباغ باستخدام جهاز لقياس درجة تشتت الصباغ، في حين قيّمت بصريا درجة لزوجة تشتت الصباغ داخل وعاء التفاعل.

1-3 أساليب التقييم

1-3-1 مساحة طحن الوحدات (SV)

وتشير وحدة حجم مساحة الطحن إلى نسبة مساحة سطح وسائط الطحن الإجمالية إلى حجم السائل العامل، ويمكن حسابها باستخدام الصيغة (1).

SV= (m/S)/V

حيث:SV -مساحة طحن وحدة الحجم -كتلة وسائط الطحن -مساحة سطح محددة لوسائط الطحن -الحجم الكلي للسائل العامل الذي يحتوي على وسائط الطحن

ويشير أصغر V إلى وجود المزيد من الغاز في النظام، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الطحن.

1.3.2 مدة عملية الطحن

وتشير مدة عملية الطحن إلى الوقت الذي يستغرقه ارتفاع مستوى السائل في وعاء التفاعل إلى الشفة. أما الوقت الأقصر فيشير إلى وجود رغوة أكثر حدة أثناء الطحن.

1-3-3 التشتت

وتم قياس دقة التشتت باستخدام مقياس دقة الكاشطة، مع قيمة عددية أصغر تشير إلى تشتت أدق.

1-3-4 تقييم اللزوجة البصرية

تم تقييم سلوك تدفق السائل داخل وعاء التفاعل الزجاجي بصريًا، مع تدفق أفضل يشير إلى لزوجة أقل.

النتائج والمناقشة

2-1 آلية وكلاء نزع السلاح [3]

وينطوي عمل عوامل إزالة الرغوة على عمليتين: إزالة الرغوة وتكسير الرغوة. وجميع عوامل إزالة الرغوة المستخدمة في هذه التجربة هي عوامل إزالة الرغوة غير السيليكون أو غير الزيتية أو غير الدسم. ويعتمد مبدأ عملها على استغلال اختلافات التوتر السطحي لإزالة الرغوة. بالنسبة لفقاعات الغاز داخل السائل، يتم توضيح عملية إزالة الرغوة في الشكل 2، مع معادلة لابلاس كما هو موضح في الصيغة (2).

كما هو موضح في الشكل 2، بافتراض عدم وجود آثار لزوجة، فإن فقاعتين غازيتين بأحجام مختلفة داخل السائل ستمارسان ضغوطا مختلفة داخل الفقاقيع. بما أن P1 > P2، تندمج الفقاعات الصغيرة في فقاعات أكبر، مما يؤدي إلى تشكيل فقاعات أكبر. وبسبب الطفو، تتحرك هذه الفقاعات الأكبر صعودًا، وتزيد في الحجم، ويتسارع معدل صعودها، وفي النهاية تهرب من السائل#صفحة 39. ويشار إلى هذه العملية باسم إزالة الرغوة. ومع ذلك، إذا كانت الفقاعات التي تشكلت داخل النظام السائل ذات حجم مماثل، أي P1 ≈ P2، فإنه يصبح من الصعب دمج الفقاعات، ويتم عرقلة عملية إزالة الرغوة. يبقى الغاز محبوساً داخل السائل، مما يسبب تمدد سريع في الحجم. أحد العوامل الرئيسية التي تسهم في توحيد حجم الفقاعات هو عمل المشتتات أو المستحلبات. من ناحية أخرى، تستغل عوامل إزالة الصمغ التوتر السطحي لتحقيق إزالة الرغوة. وبالنسبة إلى المشتتات والمستحلبات، فإن عوامل إزالة الرغوة لديها قدرات هجرة مختلفة وتستخدم بكميات أصغر. وبالتالي، لا تتمتع جميع فقاعات الغاز في النظام بفرص متساوية لمواجهة عوامل إزالة الرغوة أو المشتتات، مما يؤدي إلى تفاوت التوتر السطحي على أسطح الفقاعات المختلفة. ونتيجة لذلك، تختلف أحجام هذه الفقاعات، مما يؤدي إلى عملية إزالة الرغوة وتعزيز زيادة في حجم السائل. وهذا يؤدي إلى زيادة في السرعة التصاعدية والهروب من السائل#39;s الداخلية، إنجاز كسر الفقاعات للفقاعات السطحية، كما هو موضح في الشكل 3، حيث يمثل الأحمر والأبيض عوامل إزالة الرغوة الجزيئية.

عوامل إزالة التجويف تغير هيكل الأسطح داخل وخارج الفقاعات، مما يغير التوتر السطحي لغشاء الفقاعة. هذا يبدأ حركة سائل السطح وظهور نقاط ضعيفة. تحت تأثير الجاذبية والصرف، يتمزق الغشاء السائل، وإطلاق الغاز من الفقاعات وتحقيق كسر الفقاعات.

2-2 تأثير عوامل إزالة الصمغ على حالة طحن تشوهات الصباغ

بدون تدابير التحكم بالرغوة، يتفرق الهواء بسرعة إلى مرحلة السائل في وعاء التفاعل، مما يسبب ارتفاع سريع في مستوى السائل. وترد في الجداول 2-4 نتائج تحديد خصائص مختلف النظم أثناء تشتتها.

إدخال الهواء في نظام التحضير سيقلل حتما من حجم الصباغ وأوساط الطحن. ونظرًا لأن إجمالي مساحة سطح وسائط الطحن ثابتة، فإن تخفيف الحجم ينتج عنه حجم SV أصغر، وانخفاض في مساحة الطحن الفعالة، وانخفاض ملحوظ في كفاءة الطحن. بالإضافة إلى ذلك، يتم تخفيف جزيئات الصباغ بالهواء، مما يقلل من فرص اتصالها بوسائط الطحن، مما يؤدي أيضًا إلى انخفاض فعالية الطحن.

وتكشف الجداول 2-4 أن وجود الرغوة له تأثير كبير على SV-20 وعلى النعومة ووقت تشتيت النظام الأسود الكروني، مع وجود رغاوي شديدة من طراز TEGO-760W. وفي حالة تشتت أكسيد الحديد، أظهر TEGO-755W سلوك رغوي واضح، بينما أظهر كل من TEGO-755W و BYK-2012 في تشتت ثاني أكسيد التيتانيوم رغوة شديدة. وأجريت تجارب على TEGO-760W و TEGO-755W و BYK-2012 كمشتتات مرجعية لمكافحة الرغاوي.

2-3 آثار مكافحة الرغاوي لمختلف عوامل إلغاء التسمية

وعند إدخال عوامل إزالة الرغوة في نظام الطحن، فإنها تقوم على الفور بإزالة الهواء المحشور، مما يشكل رغوة مستقرة، ويقلل من ارتفاع مستوى السائل، ويؤدي إلى تغييرات طفيفة في حجم الطور السائل. وبالتالي، يتم الحفاظ على SV وكفاءة الطحن تظل عالية. وترد في الجداول 5-7 آثار إضافة عوامل إزالة الرغوة إلى مختلف تشتيت الأصباغ.

وتبين الجداول من 5 إلى 7 أن إضافة عوامل إزالة الرغوة تزيد بشكل كبير من وقت عملية الطحن لانتشار الكربون الأسود، وأكسيد الحديد الأحمر، وثاني أكسيد التيتانيوم، التي كانت في البداية صعبة الطحن. وعلاوة على ذلك، فإنها تتطلب وسائل إعلام أقل بنسبة 20%. وتشير النتائج إلى تحسن كفاءة الطحن وتمديد فترات التشغيل.