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颜料型纳米级色浆阐述与工艺探讨
        一般在制备颜料型纳米墨水前,需将颜料制备成均匀、稳定的纳米色浆,以便节省成本和质量控制,因此纳米色浆作为墨水的主要原材料,其参数指标必须满足墨水生产需要。通常纳米色浆分为水溶性和醇溶性两种,先以不同性质的颜料和原料相匹配,然后采用相适应的设备和方法进行生产。优质纳米色浆对制成的墨水后续性能具有十分重要的意义。
一、色浆的定义与制备组成
        一般而言,色浆是由颜料、分散剂润湿剂、及分散介质组成。水性色浆有时需加入些许消泡剂。根据使用和储存的需要有时会添加一些提高性能的助剂,如防腐剂等。
        以水为分散介质,把颜料粒子分散在水中制成的颜料型色浆是水性色浆;同样,以醇类等为分散介质,把颜料粒子分散在溶剂中的色浆是醇溶性色浆;纳米色浆为体系中颗粒平均粒径在300 nm以下,粒径分布峰值在100 nm左右的色浆。
        色浆的制备流程为:水性纳米色浆的制备:按配比及加料顺序准确称取水、分散剂、分散树脂液、消泡剂、颜料等,在高速分散机上分散均匀,然后进行研磨,过滤,经检测研磨细度达标后,即为水性纳米色浆。醇溶性纳米色浆的制备:按一定比例加入溶剂、分散剂、助剂和颜料等,后续过程与水性色浆的制备流程相似。
二、原材料的选择和工艺流程分析
    2.1溶剂的选择
        对于水性色浆,一般水中含有Ca2+、Mg2+ 等离子,会破坏随后加入的分散剂的电荷极性,导致体系的稳定性改变,所以分散介质一溶剂应选用去离子水。对于醇溶性色浆,分散介质一溶剂的纯度一定要高,含杂质量要低于0.5,不然也易导致体系的诸多问题。
    2.2 分散剂的选择
        色浆是一个分散体系,一般颜料在液体中以悬浮形式保持长时间的稳定状态是很难的,这是因为在液体中颜料粒子多数络合成二次粒子聚积成块;当颜料粒子外包裹或吸附的分散剂受到其他物质的竞争或者其电荷性能受到破坏时,颜料粒子相互间受到外力的牵引时,都容易产生颜料粒子间的凝聚、沉降甚至于沉积分层等等不稳定情况的发生。因此其本身存在不稳定的倾向。分散剂是通过其润湿作用和渗透作用,渗入颜料粒子的间隙,在粒子的表面发生定向吸附,从而改变了颜料粒子的表面性能,并使粒子表面带电,形成了双电层,阻止了粒子的聚集,而使颜料分散体系形成稳定。分散剂的选择是很重要的,其首要条件就是要能使颜料被分散介质润湿,使分散剂吸附在粒子表面,降低表面自由能。实验证明,加入分散剂,能使颜料粒子充分润湿,进而就易分散。所以,在使用颜料作色浆时,最关键的是要加入一定量的分散剂来逐步研磨,打破颜料缔合的二次结构,如果没有分散剂的作用,将不会形成相对稳定的色浆体系。
    2.3 颜料及其它助剂的选择
        颜料分为无机颜料和有机颜料,要根据特定需求筛选出颜色适宜、颗粒松弛、聚合度小、易于分散的颜料作为原料。良好的分散性能要求颜料颗粒变小,且颜料粒子和粒径分布呈“正态分布”曲线。要获得良好的颜料应用特性,必须使颜料聚集体粉碎成颜料生产者所要求的晶体粒径,即力求减少过大或过小的粒子,即颜料粒径分布尽量集中在一个较窄的范围内。
三、色浆的主要性能参数
    3.1 粒径要求
        作为墨水用色浆,为了防止在书写中造成笔头堵塞,所以要求颜料粒子必须足够小(接近纳米级)。我们制备出的纳米色浆(以黑色水性色浆)为例送检权威机构,经纳米激光粒度仪测试出的结果平均粒径均在250nm左右,其粒径分布峰值在100 nm以下。
    3.2 色浆的稳定性
        对于我们经过正确的配方和工艺流程制成的色浆,我们会对其进行pH值、黏度、表面张力和粒径大小等多项指标的测试。但众所周知,一种好的色浆除具备良好的色泽之外,另一个重要的性能就是达到良好的稳定性。同时,这也是目前墨水用色浆的一个难点。由于墨水色浆对颜料粒子的粒径要求较小,而粒子越小其表面张力越大,从而彼此之间而容易团聚,所以我们制备过程中加入了一定量的表面活性剂,目的就是减缓粒子之间的团聚,达到均匀细小的分散。但在一定高温下,粒子的布朗运动加大,粒子相互接触的几率也提高了很多,从而粒子之间又重新团聚的几率也增多,进而使我们看到黏度随着时间的延长有略微增大的趋势。因此,色浆的高温测试过程是对粒子能否在整个分散体系中良好地分散的重大考验。试验结果表明,我们制备的色浆的稳定性较好,符合生产墨水的要求。

 

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