استكشاف الطحن الدقيق في أنظمة التشتت المائي

وتشمل نظم التشتت المائي نشر الجسيمات الصلبة غير القابلة للذوبان بالتساوي في الماء لخلق معلقات مستقرة. توجد تطبيقات لهذه التكنولوجيا في صناعات مختلفة، بما في ذلك الطلاءات، والدهانات، والأحبار، والتركيبات. وتحقيق الاستقرار في نظم التشتت المائي أمر بالغ الأهمية لجودة المنتج. وتشمل العوامل التي تؤثر على استقرار النظام استخدام خافضات التوتر السطحي، والبوليمرات القابلة للذوبان في الماء، وظروف الإلكتروليت، والمتغيرات البيئية الأخرى. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على استقرار النظام هو حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات الصلبة. ولضمان وجود معلقات مستقرة على المدى الطويل، يتمثل أحد التحديات الرئيسية في مجال الإنتاج في طحن وطحن الجسيمات الصلبة الدقيقة للغاية بكفاءة.

تستخدم طواحين الرمال بشكل شائع للطحن والطحن الرطب فائق الدقة. ويفضل استخدامها لفعاليتها في الطحن، وكفاءتها العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، مما يجعلها جزءا لا يتجزأ من إنتاج أنظمة التشتت المائي. وتختلف الأنواع المختلفة من طواحين الرمال اختلافًا كبيرًا في خصائص الطحن. ويعد تحقيق الاستخدام الأمثل لطواحين الرمل من أجل الطحن الفائق الجودة والكفء مصدر قلق بالغ في هذا المجال. أعددنا في هذه الدراسة أنظمة التشتت المائية باستخدام أسود الكربون كمرحلة التشتت. وبحثنا تأثير مختلف أنواع طواحين الرمل وطرق الطحن وكمياته على فعالية الطحن وكفاءته، واقترحنا عملية طحن متعددة المراحل تناسب الطحن بالدفعات فائقة الدقة على نطاق واسع.

المواد والمنهجيات

• كابوت كربون بلاك CSX865، شركة شانغهاي تشينتان للتجارة المحدودة.

• فرقة MIO1، شركة روم وهاس

• Dispersant AEC, Daily Chemical Research Institute

• Dispersant 5029، شركة سانتوبو

• بروبيلين غليكول، شركة داو للكيماويات

• ديثيلين جلايكول، يانشان للبتروكيماويات

• البولي إيثيلين جليكول 200, فوشون جياتشوا

• (ثلاثي إيثانولامين، (فوشون جياتشوا

المعدات:

• مطحنة الرمال الأفقية ZWS-5، شركة جيانغيين فاين للكيماويات، المحدودة.

• إم 5 نانوسيج طاحونة الرمال، شركة جيانغيين مايك ماشينيري، المحدودة

• LS-5 سلة طاحونة الرمال، شركة جيانغيين فاين للكيماويات المحدودة

• محلل حجم جسيمات الليزر TopSizer (النطاق: 0.2 µm -2000 µm), Zhuhai Omek Instrument Co., Ltd.

شروط الطحن:

1. وسائط الطحن: تم استخدام خرز الزركونيا النقي كوسائط طحن. وكانت مواصفات خرزات الزركونيا هي 1.8 ملم إلى 2.0 ملم لسلة طاحونة الرمال، و 0.6 ملم إلى 0.8 ملم للطاحونة الرملية الأفقية، و 0.3 ملم للطاحونة الرملية النانوية.

2. معدل ملء غرفة الطحن: كان معدل الملء في غرفة الطحن 75 ٪.

طرق الطحن:

1. الطحن: يشير الطحن إلى الطريقة التي تتدفق بها المادة بين الحاوية والطاحونة الرملية، وينبغي تقليب المادة باستمرار أثناء الطحن.

2. الطحن متعدد الممرات: يضمن الطحن متعدد الممرات تدفق جميع المواد من خلال الطاحونة الرملية عدة مرات في ظل نفس الظروف، وبالتالي تحقيق الطحن الموحد.

توزيع حجم الجسيمات من أنظمة التشتت: تم قياس توزيع حجم الجسيمات من أنظمة التشتت باستخدام محلل حجم الجسيمات الليزر. وتم الحصول على قيمة D90 التي تمثل حجم الجسيمات في نظام التشتت بعد الطحن، كما استخدمت قيمة M لتوصيف عرض منحنى توزيع حجم الجسيمات.

النتائج والتحليل:

منحنيات توزيع حجم الجسيمات: قام محلل حجم جسيمات الليزر بقياس منحنيات توزيع حجم الجسيمات الخاصة بالعينات التجريبية. يمثل منحنى التوزيع التراكمي بالمنحنى 2.

تأثير الأنواع المختلفة لطواحين الرمال على منحنيات توزيع حجم الجسيمات ووقت الطحن: أظهرت النتائج أن أنواع مختلفة من طواحين الرمال لها حدود مختلفة لعينة الطحن. وفي ظل الظروف التجريبية، حققت طاحونة الرمال بحجم النانو أصغر حجم لجسيمات الطحن، مع قيمة D90 منخفضة تصل إلى 0.29 µ متر. وتبع ذلك طاحونة الرمال الأفقية، في حين كان سلة طاحونة الرمال أكبر قيمة D90، والتي كانت 10.82 µ متر. ومن حيث كفاءة الطحن في المرحلة الأولية (من 0 دقيقة إلى 30 دقيقة)، كانت طاحونة الرمل للسلة أكثر كفاءة من طاحونة الرمل الأفقي وطاحونة الرمل بحجم النانو.

تأثير وسائط الطحن على كفاءة الطحن: إن خصائص وسائط الطحن، مثل القطر والكثافة والكروية ولمسة السطح، لها تأثير كبير على كفاءة الطحن. في مطاحن الرمال، يتم سحق المواد من خلال القوة الميكانيكية المتولدة عندما تلامس المواد وسائط الطحن. يتم توليد هذه القوة الميكانيكية داخل منطقة محددة بعد الاتصال بين الاثنين. ولذلك فإن وسائط الطحن الأصغر توفر منطقة اصطدام أكثر تركيزاً، مما يؤدي إلى تحديد حجم الجسيمات بدقة أكبر. وتكون وسائط الطحن الأكبر، مثل تلك المستخدمة في سلال طواحين الرمال، أكثر كفاءة في مرحلة الطحن الأولية. ويؤدي استخدام وسائط طحن أصغر، كما هو الحال في الطاحونة الرملية بحجم النانو، إلى زيادة الكفاءة في مراحل الطحن اللاحقة.

مقارنة طرق الطحن المختلفة: باستخدام طاحونة الرمل بحجم النانو، تم طحن نفس المادة من خلال طحن الممر الواحد والمرور المتعدد، وتم مقارنة منحنيات توزيع حجم الجسيمات ومنحنيات قيمة M. وأشارت النتائج إلى أن الطحن متعدد المسارات حقق كفاءة طحن أعلى قليلا مقارنة بالطحن أحادي المسار، مما أدى إلى توزيع حجم الجسيمات الضيقة. ومع ذلك، لوحظ أن الطحن متعدد الممرات أكثر عرضة لتكوين الرغاوي، مما قد يؤثر على كفاءة الطحن وفعاليته. لذلك، عند استخدام الطحن متعدد التمريرات، يُنصح بعدم استخدام الكثير من التمريرات.

منحنى كفاءة طاحونة الرمال النانوية: إنتاج نظم التشتت فائقة الدقة (D90 < 0.5 µm) يعتمد أساسا على طاحونة الرمال نانو الحجم. تمت دراسة منحنى الكفاءة للطاحونة الرملية بحجم النانو من خلال طحن نفس المادة تحت ظروف تغذية مختلفة ورسم وقت الطحن مقابل منحنيات توزيع حجم الجسيمات (منحنيات D90-T).

الاستنتاج:

1. تنتج أنواع مختلفة من طواحين الرمل تأثيرات طحن مختلفة. ومن حيث نوعية الطحن، فإن طواحين رمل السلة تنتج نتائج أخف، تليها طواحين رمل أفقية، وطواحين رمل النانو تنتج أفضل النتائج. في مرحلة الطحن الأولية، تكون طواحين الرمل بالسلة أكثر كفاءة من طواحين الرمل الأفقية، وتكون طواحين الرمل بحجم النانو أقل كفاءة.

2. ويظهر الطحن متعدد التمريرات كفاءة طحن أعلى قليلاً مقارنة بالطحن أحادي التمريرة، مما يؤدي إلى توزيع حجم جسيمات أقل. ومع ذلك، فإن تكوين الرغوة قد يحد من عدد الدفعات المستخدمة.

3. ومع زيادة كمية المواد المراد طحنها، تنخفض كفاءة الطحن في طواحين الرمل بحجم النانو بشكل ملحوظ.

4. وتعد عملية الطحن التوليفي متعددة المراحل، والتي تشتمل على طواحين رمل ذات سلة وطواحين رمل أفقية وطواحين رمل بحجم النانو، مناسبة لطحن المواد على نطاق واسع ودفعات فائقة الدقة، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الطحن.