Controlar la espuma durante la preparación de dispersiones acuosas de pigmentos

Las dispersiones acuosas de pigmento se crean por la dispersión estable de las partículas de pigmento en el agua a través de procesos como la dispersión y la molienda. Estas dispersiones suelen consistir en pigmentos, dispersantes, agentes humectantes, defoamers, y el medio de dispersión (agua y co-solventes) [1]. El proceso consiste en romper partículas aglomeradas de pigmento en partículas pequeñas, con disperdisperadsoren sus superficies para evitar la reagreg.

Los dispersantes utilizados en este proceso son generalmente basados en polímeros con segmentos hidrofílicos e hidrofóbicos, exhibicierta actividad superficial en la fase acuosa, similar a los surfactantes. Durante la molienda, las fuerzas mecánicas introducen gas en la fase acuosa, y los dispersantes, que actúan como surfac, reducen la tensión superficial de estas burbujas de gas. Esta estabilización atrapa el gas dentro de la fase líquida, formando una espuma estable.

En muchos casos, la espuma puede ser perjudicial, lo que conduce a desborde de material, peligros ambientales, disminución de la eficiencia de la producción, y más. Durante la preparación de dispersiones acuosas de pigmento, el molido puede causar expansión de volumen, lo que potencialmente conduce a desbor. Además, la reducción de la eficiencia de molienda debido al aumento de volumen puede resultar en problemas de finura de dispersión y transferencia de masa por debajo de la par. Por lo tanto, es crucial eliminar rápidamente la espuma durante el molido para mejorar el área de contacto entre los medios de molido y las partículas de pigmento, mejorando la eficiencia de cizall[2], reduciendo el tiempo de molido y promoviendo una mejor adsorde pigmentos en dispersantes. Este artículo explora agentes desespumadecuados para diversos pigmentos, ofreciendo una solución de control de espuma para el proceso de dispersión de pigmentos acuosos.

Sección Experimental

1. Principales materiales y equipos

Dispersantes: DS-194H (40% contenido efectivo), DS-195L (40% contenido efectivo), DS-192L, agentes espumantes: DF-220S, Foamic-024, Foamic-021, Foamic-028 (Tianjin Saifei Chemical Technology Development Co., Ltd); TEGO-760W, TEGO-755W, FOAMEX 810 (Degussa); BYK-190, BYK-2012, BYK-011 (BYK-Chemie); Dispersogen PL 30 (clariante); Negro de carbono de alto pigmento FW-200 (Orion); Pigmento de óxido de hierro rojo (Lansheng); Pigmento de dióxido de titani(Longmang); JSF-550 dispersor versátil (Shanghai Yusheng Electromechanical Equipment Co., Ltd); Perlas de Zirconia (tamaño de partícula 0,8-1,5 mm, superficie específica 2,5 m2/g); (Nantong Puretech Instrument Co., Ltd); Scraper fineness gauge (Tianjin Yongli Testing Machine Factory) (en inglés).

1.2 procedimiento Experimental

Modificación de equipos experimentales 1.2.1

The labory& (en inglés)#39;s tipo cesta disperdispermultifuncional comprende un disco de lijado, motor, y un tambor de lijado de acero de 1 L. Para facilitar la observación y el intercambio de calor durante el rectificado, se sustituyó el tambor de lijado de acero (figura 1a) por un recipiente de reacción de vidrio endurecido con reborde de 2 L (figura 1b), y se utilizó un baño de agua para el intercambio de calor durante el proceso de rectificado. Antes de su uso, se calibró el volumen del recipiente de reacción de vidrio templcon brida, y se hicieron marcas de unidad de volumen en el recipiente#39;s exterior.

1.2.2 proceso Experimental

Según la tabla 1, las cantidades medidas de agua, dispersantes y defoamers se agregal vaso de reacción de vidrio, mezclado a fondo, seguido por la adición de pigmento medido. Posteriormente, una cantidad predeterminada de medios de moli(perlas de zirconia, 500 g, completamente mojado, con un volumen entre 560 y 630 mL) se añadió al recipiente de reacción. El rectificado se llevaba a cabo a 3.000 RPM durante 120 minutos, y el rectificado se detenía inmediatamente si el nivel de líquido se elevaba a la brida del vaso de reacción de vidrio. A lo largo del experimento se monitorecontinuamente el nivel de líquido y se calculó el área de molienda de la unidad de volumen. Se tomaron muestras y la finura de dispersión se midió usando un medidor de finura de raspador, mientras que la viscode la dispersión de pigmento se evaluvisualmente dentro del recipiente de reacción.

1.3 métodos de evaluación

1.3.1 unidad de volumen área de rectificado (SV)

El área de molienda por unidad de volumen se refiere a la relación entre el área total de la superficie del medio rectificado y el volumen del líquido de trabajo y puede calcularse usando la fórmula (1).

SV = (m/S)/V

¿Dónde :SV - volumen unitario de rectificado aream - masa de los medios de recti- superficie específica del rectirectificado mediaV - volumen Total del líquido de trabajo que contiene el rectificado

Un SV más pequeño indica la presencia de más gas en el sistema, lo que resulta en una menor eficiencia de molienda.

1.3.2 duración del proceso de rectificado

La duración del proceso de molienda se refiere al tiempo necesario para que el nivel de líquido en el recipiente de reacción suba a la brida. Un tiempo más corto indica un espummás intenso durante el rectificado.

1.3.3 finura de dispersión

La finura de dispersión se midió usando un medidor de finura de raspador, con un valor numérico más pequeño que indica una dispersión más fina.

1.3.4 evaluación de la viscosidad Visual

Se evaluvisualmente el comportamiento del flujo del líquido dentro del vaso de reacción de vidrio, con mejor fluidez indicando menor visco.

Resultados y discusión

2.1 mecanismo de los agentes desespum[3]

La acción de los agentes desespumimplica dos procesos: desespumy rotura de espuma. Los agentes desespumutilizados en este experimento son todos agentes desespumsin sili, sin aceite o sin grasa. Su principio de acción se basa en explotar las diferencias de tensión superficial para la deformación. Para burbujas de gas dentro del líquido, el proceso de desespumse se ilustra en la figura 2, con la ecuación de Laplace como se muestra en la fórmula (2).

Como se muestra en la figura 2, asumiendo que no hay efectos de visco, dos burbujas de gas de diferentes tamaños dentro del líquido ejercerán diferentes presiones dentro de las burbujas. Desde P1 > P2, las burbujas más pequeñas se fusionen en las más grandes, lo que lleva a la formación de burbujas más grandes. Debido a la flotabilidad, estas burbujas más grandes se mueven hacia arriba, aumentando en volumen, y su velocidad de ascenso se acelera, eventualmente escapdel liquid's interior. Este proceso se conoce como desespum. Sin embargo, si las burbujas formadas dentro del sistema líquido son de tamaño similar, es decir, P1 − P2, se convierte en un reto para las burbujas de fusión, y el proceso de desespumse obstacu. El gas permanece atrapado dentro del líquido, causando una rápida expansión del volumen. Un factor clave que contribuye al tamaño uniforme de la burbuja es la acción de dispersantes o emulsificantes. Los agentes desespumantes, por otro lado, explotan la tensión superficial para lograr la desespum. En relación con los dispersantes y emulsificantes, los agentes desespumtienen diferentes capacidades de migración y se utilizan en cantidades más pequeñas. En consecuencia, no todas las burbujas de gas en el sistema tienen las mismas oportunidades de encontrar agentes desespumo dispersantes, lo que resulta en la variación de la tensión superficial en diferentes superficies de burbujas. Como resultado, los tamaños de estas burbujas difieren, provocando el proceso de desespumy promoviendo un aumento en el volumen de líquido. Esto conduce a un aumento de la velocidad hacia arriba y el escape de la liquid's interior, logrando la ruptura de burbujas para burbujas superficiales, como se muestra en la figura 3, donde el rojo y el blanco representan agentes moleculares de desespum.

Los agentes desespumalteran la estructura de las superficies dentro y fuera de las burbujas, cambiando la tensión superficial de la membrana de la burbuja. Esto inicia el movimiento del líquido superficial y la aparición de puntos débiles. Bajo la acción de la gravedad y el drenaje, la membrana líquida se rompe, liberando gas de las burbujas y logrando la rotura de la burbuja.

2.2 impacto de los agentes desespumen en el estado de molido de las dispersiones de pigmentos

Sin medidas de control de espuma, el aire se dispersa rápidamente en la fase líquida del recipiente de reacción, causando un rápido aumento del nivel de líquido. Los resultados de la caracterización de varios sistemas durante la dispersión se muestran en las tablas 2-4.

La introducción de aire en el sistema de preparación inevitablemente diluirá los volúmenes de pigmento y medios de molienda. Dado que el área total de la superficie del medio de molienda es constante, la dilude volumen resulta en un SV más pequeño, una reducción en el área de molienda efectiva, y una disminución notable en la eficiencia de molienda. Además, las partículas de pigmento se diluyen con el aire, reduciendo sus posibilidades de contacto con el medio de molienda, lo que también conduce a una disminución de la eficacia de molienda.

Las tablas 2-4 revelan que la presencia de espuma tiene un impacto significativo en SV-20, finura, y el tiempo operacional de dispersión para el sistema de negro de carbón, con TEGO-760W exhibiespuma severa. En el caso de la dispersión de óxido de hierro, TEGO-755W también mostró un comportamiento de espumpronunciado, mientras que en la dispersión de dióxido de titani, tanto TEGO-755W y BYK-2012 exhiespuma severa. Se realizaron experimentos con TEGO-760W, TEGO-755W y BYK-2012 como dispersantes de referencia para el control de espuma.

2.3 efectos de Control de espuma de diferentes agentes desespumantes

Al introducir agentes desespumen en el sistema de molienda, eliminan rápidamente el aire atrapado, formando espuma estable, reduciendo el aumento del nivel del líquido, y resultando en cambios mínimos en el volumen de la fase líquida. Por lo tanto, SV se mantiene y la eficiencia de molienda sigue siendo alta. En las tablas 5-7 se presentan los efectos de la adición de agentes desespumantes a diversas dispersiones de pigmentos.

Las tablas 5-7 demuestran que la adición de agentes desespumextiende significativamente el tiempo de operación de molienda para dispersiones de negro de carbono, óxido de hierro rojo y dióxido de titani, que eran inicialmente difíciles de moler. Además, requieren un 20% menos de medios de recti. Los resultados indican una mejora en la eficiencia de rectiy tiempos de servicio más prolongados.