Research on Dispersion Process of Aqueous Carbon Black Ink (باللغة الإنجليزية)

وباستخدام عملية نشر طحن الرمل، تم تطوير حبر أسود كربوني مائي مناسب للأحبار المائية. تم استخدام تصميم تجريبي متعامد لتحسين عملية تشتت الحبر الأسود الكربوني المائي، وتم بحث تأثير جليكول الإثيلين (EG) على تشتت اللون الأسود الكربوني. وتشير النتائج إلى أن الظروف المثلى للانتشار هي إضافة مشتتات بنسبة 2.5 ٪، وسرعة طحن الرمال 2000 ر/دقيقة، ووقت الطحن 120 دقيقة. عندما تمت إضافة 10 ٪ من EG، كان للحبر الأسود للكربون المائي الناتج جهد ζ-38.5 ميغافولت ومتوسط حجم الجسيمات 117.1 نانومتر، والذي زاد إلى 159.6 نانومتر بعد 90 يومًا من التخزين، مما يشير إلى استقرار التخزين الجيد وأداء التطبيق.

عملية التصنيع العامة للحبر مماثلة لتلك الخاصة بطبقات الطلاء. يعتبر اختيار تشتيت الحبر المناسب والثابت أمرًا هامًا لتحسين استقرار منتج الحبر النهائي وتحسين أدائه. ومع ذلك، فإن الخضاب الأسود الكربوني، بسبب بنيته الفريدة، وصغر حجم الجسيمات الأولية، ومساحة السطح المحددة الكبيرة، وقوى ما بين الجسيمات القوية، لا يتفرق بسهولة في الماء ويميل إلى تشكيل المواد الهلامية أثناء عملية الطحن، مما يجعله أحد الأصباغ الصعبة للتشتت. وقد تم استكشاف طرق مختلفة، مثل معالجة المواد الخافضة للتوتر السطحي، وتعديل السطح، وأكسدة سطح أسود الكربون، على الصعيدين المحلي والدولي على حد سواء لتطوير تشتت أسود الكربون القائم على المياه. ومع ذلك، على عكس الطلاءات، فإن حبر الكتابة لديه متطلبات أعلى لحجم جسيمات الصباغ، والاستقرار، والتوافق. ونتيجة لذلك، هناك تشتت محدود للحبر القائم على الماء في السوق المناسب للأقلام المحايدة، مما يشكل تحدياً تقنيًا رئيسيًا في تطوير الأحبار القائمة على الماء للأقلام المحايدة.

في هذه التجربة، وبالنظر إلى أساسيات الأحبار المائية، أجريت تجربة متعامدة لتحليل العوامل المؤثرة أثناء التجربة وتحسين عملية التحضير والمنتج لخلق حبر أسود كربوني دقيق مناسب لأحبار المياه. ولا يتوافق الحبر الناتج مع عمليات الصياغة الناضجة القائمة فحسب، بل إنه سهل الإنتاج ومناسب للإنتاج على نطاق صناعي.

التفاصيل الرئيسية:

1. المواد والمعدات:

• الكربون الأسود عالي اللون (الدرجة 6): مصنع شانغهاي ووجينغ للكربون الأسود

• ثلاثي إيثانولامين: نقي تحليلي، شركة شنغهاي لينغفينغ للكواشف الكيميائية المحدودة

• إيثيلين غليكول: نقي تحليلي، مجموعة الكاشف الكيميائي الوطنية الصينية، المحدودة.

• (بالإنجليزية: Self-prepare) تحريرها

• الأجهزة: زيتاسيزر 3000HS حجم جسيمات الليزر الدينامية لتشتت الضوء ومقوم التحليل ζ-potential microscope، مجهر إلكتروني للإرسال JEM-2100F، آلة متعددة الأغراض SFJ-400C للتحريك والتشتيت والطحن، آلة طحن مختبر من نوع دبابي MiniZeta، آلة كتابة ورسم: تيانجين رويهانغ للكهرباء والآلات، Ltd.

2. "ما قبل المعالجة بالكربون الأسود"

• بعد الطحن في هاون، كان يتم تجفيف الكربون الأسود عند درجة حرارة 105 مئوية لمدة 24 ساعة ثم تخزينه في خزانة تجفيف.

3. تحضير حبر الكربون الأسود المائي:

• وتم ذوبان مشتت ذاتي الصنع في مذيب مختلط من الماء غير المتأين والإيثيلين جليكول. تمت إضافة الكربون الأسود تدريجياً أثناء التحريك. وبعد تشتته بسرعة عالية لمدة 30 دقيقة، يُنقل الخليط إلى طاحونة رمل.

4. قياس توزيع حجم الجسيمات:

• تم قياس متوسط حجم الجسيمات والتوزيع الحجمي للحبر باستخدام حجم جسيمات الليزر الديناميكي للضوء المبعثر Zetasizer 3000HS ومحلل إمكانات ζ-potential.

5. ζ-المحتملة للقياس:

• تم قياس جهد ζ-potential للحبر باستخدام نفس الأداة المستخدمة في تحليل حجم الجسيمات.

6. رصد المورفولوجيا لتوزيع الجسيمات:

• وقد لوحظ الحبر المخفف باستخدام المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) بعد هزه وتجفيفه بالتساوي على غشاء داعم للكربون.

7. تقييم أداء تطبيقات الحبر:

• وقد صيغ الحبر في شكل حبر للكتابة، وتم اختبار أدائه في الكتابة باستخدام أداة للكتابة والرسم وفقا لمتطلبات QB/T2625-2003.

النتائج والمناقشة:

1. تحسين عملية التشتيت إلى الحد الأمثل:

• تم استخدام تصميم تجريبي متعامد لدراسة تأثير العوامل المختلفة على تشتت أسود الكربون. وقد وجد أن الظروف المثلى للتشتت هي إضافة مشتتات بنسبة 2.5 ٪، وسرعة طحن الرمال 2000 ر/دقيقة، ووقت الطحن 120 دقيقة.

2. تأثير إيثيلين غلايكول:

• وقد استخدمت EG كمذيب مساعد ومشتت مساعد في تركيبة الحبر. وأدت إضافة G إلى تحسين تشتت الحبر عن طريق الحد من التوتر السطحي وتعزيز ترطيب جزيئات الكربون الأسود. ومع ذلك، أدت الإضافة المفرطة إلى تقليل كفاءة الطحن.

3. أداء الحبر المحسن

• وكان متوسط حجم الجسيمات في الحبر المحسن 117.4 نانومتر مع حجم توزيع ضيق. كان جهد اللجنة -38.5 ميغا فولت. أظهر الحبر ثباتاً جيداً في التخزين، مع زيادة طفيفة فقط في متوسط حجم الجسيمات بعد 90 يوماً من التخزين. الصور المجهرية أكدت الحبر#خصائص التشتت الجيدة.

4. أداء التطبيق:

• تم اختبار الحبر في أداة الكتابة والرسم، حيث أظهر أداء جيد دون تكتل أو ترسيب.

وتسلط هذه الدراسة الضوء على التطور الناجح لتشتيت الحبر الأسود الكربوني المائي المناسب لتطبيقات الحبر المائي، مع تحسين عملية التشتت وإدراج EG كمادة مساعدة فعالة للمذيبات والمشتتات. أظهر الحبر الناتج أداء واستقرارًا ممتازًا، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في الأقلام المحايدة وربما في تطبيقات أخرى. كما قدمت الدراسة استخدام التصميم التجريبي المتعامد للتحقيق المنهجي وتحسين عملية صياغة الحبر.