تحسين عملية التصنيع الدقيق لصباغ الكروم الأخضر

الخلاصة

ويستخدم الكروم الأخضر، المعروف بمقاومة الطقس الممتازة وانعكاس الضوء المرئي، استخدامًا واسعًا في طلاء التمويه. تحقيق حجم الجسيمات المطلوبة من هذا الصباغ أمر بالغ الأهمية لخصائصها الطيفية. وتستكشف هذه الدراسة طريقة الطحن الرطب لتحضير مساحيق متناهية الصغر ومتناهية الصغر من صباغ الكروم الأخضر بكفاءة. وهو يطبق نظرية الطحن لتحديد معلمات العملية المثلى ويستخدم التصميم التجريبي المتعامد لتقييم العوامل المختلفة#39 ؛ الاصطدام على حجم الجسيمات. يحدد البحث سرعة الدوران باعتبارها العامل الأكثر تأثيرا، يليها وقت الطحن، ومعدل ملء الوسائط الطحن، وحجم الوسائط الطحن. وتنتج الظروف المحسنة، التي تتحقق من خلال تعديلات تعتمد على هذه العوامل، صباغ أخضر من الكروم مع D90 من 336 نانومتر وتوزيع ضيق. هذه العملية المتحكم بها تمكن من إنتاج الأصباغ مع تغطية محسنة والالتصاق لتطبيقات مثل طلاء التمويه.

1. المقدمة

يشتهر الكروم الأخضر بمقاومة ممتازة للطقس وخصائص انعكاس الضوء المرئي، مما يجعله مكونًا قيمًا في العديد من التطبيقات، لا سيما في طلاء التمويه. وعندما يتم تخفيضها إلى أحجام متناهية الصغر والمتناهية الصغر، يظهر هذا الصباغ تغطية فائقة، وتشبع، والالتصاق في الطلاءات. تحقيق حجم الجسيمات المطلوبة من الصباغ أمر ضروري، كما أنه يؤثر بشكل كبير على الخصائص الطيفية، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص لخلق تمويه مرئي ومتوافق مع الأشعة تحت الحمراء. في حين أن الطحن الرطب هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية الدقيقة، هناك بحوث محدودة على إنتاج الأصباغ متناهية الصغر والنانوية الحجم. وتبحث هذه الدراسة في إعداد أصباغ الكروم الخضراء على هذه المقاييس، وتحلل أثر مختلف بارامترات العمليات وتستكشف الطرق الفعالة لإنتاج هذه الأصباغ.

2. التجربة

2-1 المواد والمعدات الخام

• المواد الخام:الكروم الأخضر (روكوود، الولايات المتحدة الأمريكية)، خرزات أكسيد الزركونيوم (PZC-80).

• المعدات:طاحونة رمل أفقية، محلل حجم جسيمات الليزر (Malvern Instruments, MS3000)، منظف بالموجات فوق الصوتية (KQ2230B, Kunshan Ultrasonic Instruments Co., Ltd., Gongyi Kori Instrument Co., Ltd)، ميزان دقيق إلكتروني (AR2130/C, Shanghai Ohaus Corporation)، مقياس حيود الأشعة السينية (D8Advance، Bruker Instruments، Germany)، مجهر إلكتروني للمسح (SEM, Hitachi S4800, Hitachi Limited)، اليابان.

2-2 الأسلوب التجريبي

2-2-1 إجراء تجريبي

يتضمن التحضير إنشاء معلق عن طريق خلط المذيب والمشتت، يليه إضافة الصبغة. ثم خضع المعلق للطحن في طاحونة الرمال للحصول على أحجام جسيمات مختلفة من الصبغة.

2-2-2 طريقة الإعداد

وقد أعد مسحوق أخضر ميكروي ونانوي الكروم باستخدام طاحن رمل، مع بارامترات عملية مثلى تحدد من خلال التصميم التجريبي المتعامد. وكانت شدة الإجهاد، التي تحددها عوامل مثل قطر كرة الطحن، والكثافة، وسرعة الدوران، وعدد دورات الإجهاد، محددات رئيسية لكفاءة الطحن. وأجريت تجربة من أربعة عوامل وأربعة مستويات (L16)، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل قطر كرة الطحن، وسرعة الدوران، ومعدل ملء وسائط الطحن، ووقت الطحن. وقد خصصت أوزان التأثير لهذه العوامل باستخدام طريقة القيمة K، مما مكن من ضبط تعديلات المعلمات لتحقيق أحجام الجسيمات المرغوبة.

2-2-3 طرق التوصيف

• تحليل التركيب:أجريت باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) مع جهاز D8Advance من بروكر، ألمانيا.

• تحديد الخصائص المورفولوجية:استخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM، Hitachi S4800، Hitachi Limited، اليابان) لمراقبة البنية الدقيقة وحجم الجسيمات للصبغة.

• تحليل حجم الجسيمات:تجري باستخدام محلل حجم جسيمات الليزر (Malvern MS3000) في ظروف قياس محددة.

2-3 التصميم التجريبي

2-3-1 تحديد نطاقات المعلمات لكل عامل مؤثر

واعتبرت الدراسة خرز الزركونيوم بمثابة وسط الطحن، واختبار قطر كرة الطحن من 0.3 ملم، 0.5 ملم، 0.7 ملم، و 0.9 ملم. تراوحت معدلات ملء وسائط الطحن من 70 ٪ إلى 90 ٪، وتم تحديد السرعات الدورانية عند 2000 دورة في الدقيقة، 2500 دورة في الدقيقة، 2800 دورة في الدقيقة، و 3000 دورة في الدقيقة.

2-3-2 الإعداد المحكم لحجم جسيمات الصبغة

تم استخدام التصميم التجريبي المتعامد لإنشاء مصفوفة 4x4 مع 16 تجربة (L16). وأوزان التأثير المحددة من خلال طريقة القيمة K مكنت تعديلات المعلمات للتحكم في حجم جسيمات الصبغة.

3. النتائج والمناقشة

3-1 الخصائص الأولية لصبغة الكروم الخضراء

3-1-1 تكوين الكروم الأخضر

تحليل التركيب عن طريق حيود الأشعة السينية (XRD) حدد الصباغ#تكوين 39، كاشفا زوايا الحيود ومؤشري المستوى البلوري 41.48° (113) و 50.25° (024) (الشكل 1).

3-1-2 التشكل الأولي وحجم جسيمات الصبغة الخضراء للكروم

أظهرت صورة المجهر الإلكتروني الماسح الأولية العديد من الجسيمات الصباغية غير المنتظمة الشكل (الشكل 2)، ويشير توزيع حجم الجسيمات الأولي إلى D90 عند 43.19 ميكرومتر، D50 عند 22 ميكرومتر، و D10 عند 2 ميكرومتر (الشكل 3).

٣ -٢ تأثير العوامل المختلفة على حجم جُسيمات الصبغة

أجرى تصميم تجريبي متعامد مع 16 تجربة (L16) تقييما لتأثير العوامل على حجم جسيمات الصباغ، ورتبها حسب أوزان التأثير على النحو التالي: سرعة الدوران > زمن الطحن > معدل ملء وسائط الطحن > طحن حجم الوسائط.

3-2-1 تأثير سرعة الدوران على حجم جسيمات الخضاب

ظهرت سرعة الدوران كعامل مهم يؤثر على حجم جسيمات الصباغ. أدت الزيادة في سرعة الدوران من 2000 إلى 3000 دورة في الدقيقة إلى جزيئات صباغ أصغر. أنتجت السرعة العالية قوة طحن أقوى في ظل ظروف ثابتة، مما قلل من حجم الجسيمات.

3-2-2 تأثير وقت الطحن على حجم جسيمات الصباغ

وقت الطحن كان له تأثير كبير على حجم الجسيمات. تمديد وقت الطحن من 120 دقيقة إلى 240 دقيقة أدى إلى جزيئات صباغ أصغر. وقد سهلت فترات الطحن الأطول من دورات الإجهاد، مما أدى إلى وجود جسيمات أدق.

3-2-3 معدل ملء وسائط الطحن على حجم جسيمات الصباغ

وكان لمعدل ملء وسائط الطحن تأثير معتدل على حجم الجسيمات. حيث زاد معدل الملء من 70 ٪ إلى 90 ٪، وانخفض حجم جسيمات الصبغة قليلا. ويعزى هذا التأثير إلى زيادة وتيرة الاصطدام وتعزيز كفاءة الطحن في معدلات الملء الأعلى.

3-2-4 تأثير حجم وسائط الطحن على حجم جسيمات الصباغ

ومن بين العوامل التي تمت دراستها، كان لحجم وسائط الطحن أقل تأثير على حجم جسيمات الصباغ. ومع زيادة حجم وسائط الطحن من 0.3 ملم إلى 0.9 ملم، لوحظت زيادة طفيفة في حجم جسيمات الصباغ. وهذا يشير إلى أن حجم وسائط الطحن كان له تأثير ضئيل مقارنة بالعوامل الأخرى.

3-3 تحسين معايير العمليات

تم تحديد معلمات العملية المثلى على أساس أوزان التأثير التي تم الحصول عليها من خلال التصميم التجريبي المتعامد. وتضمنت الظروف المثلى سرعة دوران 3000 دورة في الدقيقة، ووقت طحن 240 دقيقة، ومعدل ملء وسائط الطحن 85 ٪، وحجم وسائط الطحن 0.7 ملم.

3-4 توصيف الصبغة الخضراء المحسنة للكروم

أظهرت صورة SEM للصبغة المحسنة نقصاناً كبيراً في حجم الجسيمات مقارنة بالصبغة الأولية (الشكل 4)، وكشفت توزّع حجم الجسيمات عن D90 بطول 336 نانومتر، مما يشير إلى تحضير ناجح لصبغة الكروم الخضراء متناهية الصغر والنانوية بتوزّع ضيق (الشكل 5).

4. خاتمة

وقد استكشفت هذه الدراسة طريقة الطحن الرطب لإنتاج صبغة الكروم الخضراء متناهية الصغر والحجم النانوي بكفاءة. قام تصميم تجريبي متعامد بتقييم تأثير العوامل المختلفة على حجم جسيمات الصبغة، مع سرعة الدوران، ووقت الطحن، ومعدل ملء وسائط الطحن، وحجم وسائط الطحن المحددة كعوامل رئيسية في ترتيب تنازلي للتأثير. وفي ظل ظروف مثلى لسرعة دوران 3000 دورة في الدقيقة، ووقت طحن 240 دقيقة، ومعدل ملء وسائط الطحن 85 ٪، وحجم وسائط الطحن 0.7 ملم، أعدت الدراسة بنجاح صباغ أخضر من الكروم D90 قدره 336 نانومتر وتوزيع ضيق.

يوفر هذا البحث عملية يمكن التحكم فيها لإنتاج الأصباغ بأحجام جسيمات محددة، وتعزيز التغطية، والتشبع، والالتصاق في تطبيقات الطلاءات. وهو ذو قيمة خاصة لصناعة أصباغ التمويه المرئية والمتوافقة مع الأشعة تحت الحمراء. وتسلط الدراسة الضوء على أهمية حجم جسيمات الصباغ في تحقيق الخصائص الطيفية المرغوبة وتمهد الطريق لمزيد من البحوث في عمليات مطابقة الألوان الكيميائية الدقيقة والتطبيقات المتقدمة للطلاءات.