ΑντζεΠειραματική Έκθεση
Μελέτη της σταθερότητας αποθήκευσης κεραμικών μελανιών
Πειραματικό έργο: Μελέτη της σταθερότητας αποθήκευσης κεραμικών μελανιών
Πειραματική κατηγορία: Δοκιμή διασπαρτικών, αντι-καθιζητικών παραγόντων
Πειραματιστής: Μηχανικός Εφαρμογών Προϊόντων Xinzhong Zhai
Περίληψη:Παρασκευάστηκαν κεραμικά μελάνια χρησιμοποιώντας διασπαρτικούς παράγοντες Anjikang 6042A και 6042B, αντι-καθιζητικούς παράγοντες 4311, 4360, 6701, 972 και βεντονίτη. Η σταθερότητα των κεραμικών μελανιών αξιολογήθηκε μετρώντας το μέγεθος σωματιδίων, το ιξώδες, τον ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης και τον ρυθμό καθίζησης μετά από θερμική αποθήκευση, καθώς και τον ρυθμό σκληρής καθίζησης. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το κεραμικό μελάνι με βάση το λευκό λάδι που παρασκευάστηκε με τον διασπαρτικό παράγοντα Anjeka 6042B παρουσιάζει την καλύτερη σταθερότητα αποθήκευσης.
Λέξεις-κλειδιά: διασπαρτικός παράγοντας, αντι-καθιζητικός παράγοντας, μέγεθος σωματιδίων, ιξώδες, ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης1.
1.Στόχος
Παρασκευάστηκαν κεραμικά μελάνια χρησιμοποιώντας διαφορετικές συνθέσεις που ενσωμάτωναν διασπαρτικούς παράγοντες Anjeka 6042A και 6042B, αντι-καθιζητικούς παράγοντες 4311, 4360, 6701, 972 και βεντονίτη. Η σταθερότητα των κεραμικών μελανιών που παρασκευάστηκαν με διαφορετικές συνθέσεις διερευνήθηκε αξιολογώντας το μέγεθος σωματιδίων, το ιξώδες, τον ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης, καθώς και τον ρυθμό καθίζησης και τον ρυθμό σκληρής καθίζησης μετά από θερμική αποθήκευση.
2. Πειραματικό Πρωτόκολλο
Αντιδραστήρια:
Κεραμικό χρωστικό (ενθυλακωμένο κόκκινο, Guose), διασπαρτικοί παράγοντες Anjeka 6042A και Anjeka 6042B, αντι-καθιζητικοί παράγοντες Anjeka 4311, Anjeka 4360, Anjeka 6701, 972, βεντονίτης, λευκό λάδι, κοκοϊκό, ισοπροπυλική λαουρίνη, κεραμική χρωστική ουσία και δείγμα κεραμικού μελανιού Mirui.
Όργανα:
Φυγοκεντρητής (Μοντέλο 80-2B, Jiangsu Jinyi Instrument Technology Co., Ltd.), αναλυτής μεγέθους νανοσωματιδίων (Μοντέλο BeNano 90, Dandong Bettersize Instruments Co., Ltd.), ταλαντευόμενος διασπαρτής, περιστροφικός ψηφιακός ιξωδομετρητής, υπερηχητικός διασπαρτής, φούρνος.
Παρασκευή Κεραμικού Μελανιού
Το λευκό λάδι Νο. 10, το κοκοϊκό και ο διασπαρτικός παράγοντας αναμίχθηκαν σε μια ορισμένη αναλογία μέχρι να ομογενοποιηθούν. Στη συνέχεια προστέθηκε το κεραμικό χρωστικό και αναμίχθηκε καλά. Προστέθηκαν σφαίρες ζιρκονίου (διαμέτρου 0,3 mm) σε ποσότητα τριπλάσια της μάζας του πολτού και το μείγμα τοποθετήθηκε σε ταλαντευόμενο διασπαρτή για διασπορά.
Θερμική Αποθήκευση
Τα μελάνια αποθηκεύτηκαν σε φούρνο στους 50°C για 72 ώρες.
Μέθοδοι Δοκιμής
Μέτρηση Μεγέθους Σωματιδίων Κεραμικού Χρωστικού στο Μελάνι:
Ο αλεσμένος πολτός αραιώθηκε 10.000 φορές με λευκό λάδι. Το μέγεθος σωματιδίων του χρωστικού στο αραιωμένο μελάνι μετρήθηκε χρησιμοποιώντας αναλυτή μεγέθους νανοσωματιδίων.
Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης:
Τα μελάνια φυγοκεντρήθηκαν σε 3000 σ.α.λ. για 5 ή 10 λεπτά όπως ορίζεται.
Ιξώδες:
Το ιξώδες των μελανιών μετρήθηκε στους 15°C χρησιμοποιώντας περιστροφικό ιξωδομετρητή.
3. Πειραματικές Συνθέσεις και Μέθοδοι
3.1 Επίδραση Διαφορετικών Διασπαρτικών Παραγόντων και Δοσολογιών στον Ρυθμό Φυγοκεντρικής Καθίζησης
Πίνακας 1. Πειραματικές Συνθέσεις για Διαφορετικούς Διασπαρτικούς Παράγοντες και Δοσολογίες
| Πρώτη Ύλη |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
6# |
49 |
| Λευκό Λάδι |
42.5 |
43.35 |
44.2 |
42.5 |
43.35 |
44.2 |
Guose |
| Κοκοϊκό |
7.5 |
7.65 |
10.2 |
7.5 |
7.65 |
10.2 |
0.3 |
| Διασπαρτικός Παράγοντας 6042A |
6 |
4 |
3 |
|
|
|
0.3 |
| 5 |
|
|
|
6 |
4 |
3 |
0.3 |
| Ενθυλακωμένο Κόκκινο |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Guose |
3.1.1 Πειραματικά Αποτελέσματα και Συζήτηση
Μετά από 8 ώρες ταλαντευόμενης άλεσης, μετρήθηκαν το μέγεθος σωματιδίων, το ιξώδες και ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.
Πίνακας 3. Μέγεθος Σωματιδίων, Ιξώδες και Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης
| |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
6# |
| 337.5 |
225.54 |
369.99 |
275.08 |
295.26 |
273.09 |
292.15 |
| Ιξώδες (mpa.s) |
291.9 |
551. 1 |
4340 |
52.64 |
421. 1 |
6076 |
| Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης % (5 λεπτά) |
13. 12 |
13.48 |
21.30 |
5.36 |
12.39 |
21.36 |
| Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης % (10 λεπτά) |
17. 11 |
24.18 |
32.44 |
7.69 |
17.29 |
26.28 |
Σε δοσολογία διασπαρτικού παράγοντα 5%, ο διασπαρτικός παράγοντας 6042A παρουσιάζει ανώτερη απόδοση μείωσης μεγέθους σωματιδίων σε σύγκριση με τον διασπαρτικό παράγοντα 6042B. Ωστόσο, η απόδοση διαβροχής και μείωσης ιξώδους, καθώς και ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης, είναι κατώτερες από αυτές του διασπαρτικού παράγοντα 6042B.
Η δοσολογία του διασπαρτικού παράγοντα έχει σημαντική επίδραση στο μέγεθος σωματιδίων και στο ιξώδες. Εντός ενός ορισμένου εύρους δοσολογίας, η αύξηση της περιεκτικότητας σε διασπαρτικό παράγοντα οδηγεί σε μειωμένο μέγεθος σωματιδίων, χαμηλότερο ιξώδες και μειωμένο ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης.
Όπως φαίνεται από το Δείγμα 4#, όταν η δοσολογία του διασπαρτικού παράγοντα 6042B είναι 5%, τόσο το μέγεθος σωματιδίων όσο και το ιξώδες φτάνουν στις ελάχιστες τιμές τους, και ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης είναι επίσης ελαχιστοποιημένος. Αυτό υποδηλώνει ότι το κεραμικό μελάνι επιτυγχάνει τον χαμηλότερο ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης και τη βέλτιστη σταθερότητα αποθήκευσης όταν ο κεραμικός πολτός που παρασκευάζεται με τον διασπαρτικό παράγοντα παρουσιάζει ταυτόχρονα το καλύτερο μέγεθος σωματιδίων και ιξώδες.
Υπό τις ίδιες συνθήκες, ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης στα 5 λεπτά είναι χαμηλότερος από αυτόν στα 10 λεπτά.
3.5 Επίδραση Διαφορετικών Αντι-Καθιζητικών Παραγόντων στη Σταθερότητα Θερμικής Αποθήκευσης Κεραμικών Μελανιών
3.2 Επίδραση Διαφορετικών Διαλυτών στον Ρυθμό Φυγοκεντρικής Καθίζησης
Πίνακας 4. Πειραματικές Συνθέσεις με Διαφορετικούς Διαλύτες
| Πρώτη Ύλη |
3# |
4# |
5# |
49 |
| Λευκό Λάδι |
48.7 |
42.5 |
42.5 |
Guose |
| Κοκοϊκό |
|
7.5 |
|
0.3 |
| Ισοπροπυλική Λαουρίνη |
|
|
7.5 |
|
| 6042B |
6 |
6 |
6 |
0.3 |
| Ενθυλακωμένο Κόκκινο |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Guose |
Πίνακας 5. Μέγεθος Σωματιδίων, Ιξώδες και Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης
| |
3# |
4# |
5# |
| 337.5 |
242.78 |
295.26 |
309.5 |
| Ιξώδες (mpa.s) |
65 |
52.64 |
60 |
| Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης (%) (5 λεπτά) |
1.9 |
5.36 |
6.75 |
Από τα παραπάνω αποτελέσματα, μπορεί να παρατηρηθεί ότι οι διαφορετικοί διαλύτες έχουν σημαντική επίδραση στον ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης. Μεταξύ των συνθέσεων, το καθαρό λευκό λάδι (Δείγμα 1#) παρουσιάζει την καλύτερη απόδοση, ενώ η ισοπροπυλική λαουρίνη (Δείγμα 3#) παρουσιάζει τη χειρότερη απόδοση.
3.3 Επίδραση του Μεγέθους Σωματιδίων και του Ιξώδους του Κεραμικού Μελανιού στον Ρυθμό Φυγοκεντρικής Καθίζησης
Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα στην Ενότητα 3.1, επιλέχθηκε ο διασπαρτικός παράγοντας 6042B σε δοσολογία 5% και ο χρόνος άλεσης μεταβλήθηκε σε 3, 4 και 5 ώρες. Οι πειραματικές συνθέσεις παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.
Πίνακας 6. Συνθέσεις Κεραμικού Μελανιού
| |
Άλεση 3 ώρες |
Άλεση 4 ώρες |
Άλεση 5 ώρες |
49 |
| 50 |
48.7 |
48.7 |
48.7 |
0.3 |
| 6042B |
6 |
6 |
6 |
0.3 |
| 45 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
0.3 |
Το μέγεθος σωματιδίων, το ιξώδες και ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης μετά την άλεση παρουσιάζονται στον Πίνακα 7.
Πίνακας 7. Μέγεθος Σωματιδίων, Ιξώδες και Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης
| |
Άλεση 3 ώρες |
Άλεση 4 ώρες |
Άλεση 5 ώρες |
305.05 |
| 337.5 |
416.16 |
389. 12 |
306.05 |
0 |
| D50 (nm) |
443.01 |
433.72 |
309.25 |
355.08 |
| D90 (nm) |
8471.96 |
950.22 |
588.35 |
536.82 |
| Ιξώδες (mpa.s) |
32.6 |
39.3 |
46.1 |
43.07 |
| Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης (%) (10 λεπτά) |
24.88 |
10.84 |
42. 12 |
7.28 |
Όσο μεγαλύτερο είναι το μέσο μέγεθος σωματιδίων Z και το μέγεθος σωματιδίων D50, τόσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες.
Το ιξώδες έχει μικρή επίδραση στον ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης.
Το μέσο μέγεθος σωματιδίων Z και το μέγεθος σωματιδίων D90 έχουν σημαντική επίδραση στον ρυθμό φυγοκεντρικής καθίζησης. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος σωματιδίων, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός φυγοκεντρικής καθίζησης.
3.5 Επίδραση Διαφορετικών Αντι-Καθιζητικών Παραγόντων στη Σταθερότητα Θερμικής Αποθήκευσης Κεραμικών Μελανιών
3.4 Επίδραση Διαφορετικών Αντι-Καθιζητικών Παραγόντων στον Ρυθμό Φυγοκεντρικής Καθίζησης Κεραμικών Μελανιών
Πίνακας 8. Πειραματικές Συνθέσεις
| |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
6# |
49 |
| 50 |
48.7 |
48.7 |
49.7 |
49.7 |
49.7 |
49.7 |
0.3 |
| 5 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
6 |
0.3 |
| 45 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
0.3 |
| Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 4311 |
|
1 |
|
|
|
|
0.3 |
| Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 4360 |
|
|
1 |
|
|
|
0.3 |
| Anjeka |
|
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
|
|
0.3 |
| Anjeka |
|
|
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
|
0.3 |
| Fenghong |
|
|
|
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
1# |
Πίνακας 9. Μέγεθος Σωματιδίων και Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης
| |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
6# |
| Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z Μετά από άλεση 3 ωρών (nm) |
416.16 |
321.58 |
465.26 |
334.77 |
673.63 |
435.38 |
| Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z Μετά από άλεση 5 ωρών (nm) |
306.05 |
315.21 |
338.45 |
262.22 |
283.33 |
453 |
| μετά από άλεση 5 ωρών (%) (10 λεπτά) μετά από άλεση 3 ωρών (%) (10 λεπτά)20.40 |
24.88 |
45.23 |
18.70 |
23.19 |
23.93 |
Ρυθμός Φυγοκεντρικής Καθίζησης |
|
μετά από άλεση 5 ωρών (%) (10 λεπτά)7.7320.40
|
42. 12 |
17.46 |
11.69 |
25.49 |
Μετά από 3 ώρες άλεσης, όταν το μέγεθος σωματιδίων των πολτών δεν είχε ακόμη φτάσει την απαιτούμενη προδιαγραφή, όλες οι συνθέσεις εκτός από την 3# παρουσίασαν αντι-καθιζητικά αποτελέσματα, με το Δείγμα 4# να δείχνει την καλύτερη απόδοση. |
Για τους αντι-καθιζητικούς παράγοντες που δοκιμάστηκαν σε αυτό το πείραμα, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι μόλις το μέγεθος σωματιδίων του πολτού φτάσει την απαιτούμενη προδιαγραφή για το προϊόν, οι αντι-καθιζητικοί παράγοντες χάνουν την αποτελεσματικότητά τους. |
3.5 Επίδραση Διαφορετικών Αντι-Καθιζητικών Παραγόντων στη Σταθερότητα Θερμικής Αποθήκευσης Κεραμικών Μελανιών
Παρασκευάστηκαν κεραμικά μελάνια σύμφωνα με τις συνθέσεις στον Πίνακα 10 και αλέστηκαν για 5 ώρες. Η σταθερότητα θερμικής αποθήκευσης αξιολογήθηκε μετά από αποθήκευση σε φούρνο στους 50°C για 72 ώρες. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 11.Ο ρυθμός καθίζησης και ο ρυθμός σκληρής καθίζησης υπολογίστηκαν ως εξής:
Ρυθμός Καθίζησης
= (Αρχικό ύψος μελανιού − Ύψος κάτω στρώματος μετά από διαστρωμάτωση) / Αρχικό ύψος μελανιού × 100%
Ρυθμός Σκληρής Καθίζησης = Μάζα σκληρού ιζήματος / Συνολική μάζα μελανιού × 100%
Πίνακας 10. Πειραματικές Συνθέσεις1#
2#
| |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
49 |
| 50 |
48.7 |
48.7 |
Διασπαρτικός Παράγοντας 6042B |
Διασπαρτικός Παράγοντας 6042B |
Διασπαρτικός Παράγοντας 6042B |
0.3 |
| 5 |
Κεραμική Χρωστική |
6 |
Κεραμική Χρωστική |
Κεραμική Χρωστική |
Κεραμική Χρωστική |
0.3 |
| 45 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
Αντι-Καθιζητικός Παράγοντας 972 |
0.3 |
| Anjeka |
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
|
|
0.3 |
| Anjeka |
|
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
|
0.3 |
| Fenghong |
|
|
|
|
Πίνακας 11. Αποτελέσματα Σταθερότητας Θερμικής Αποθήκευσης |
1# |
2#
| |
3# |
4# |
5# |
Δείγμα Mirui |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (nm) |
305.05 |
| 337.5 |
282.6 |
272.22 |
443 |
324.15 |
Μέσο Μέγεθος Σωματιδίων Z (%) |
0 |
| 7.8 |
8.3 |
10.2 |
53.3 |
9.5 |
Ρυθμός Σκληρής Καθίζησης (%) |
1.3 |
| 5.3 |
2.0 |
2.5 |
5.8 |
4.3 |
Από τον παραπάνω πίνακα και διάγραμμα, μπορούν να γίνουν οι ακόλουθες παρατηρήσεις: |
Για τους αντι-καθιζητικούς παράγοντες που δοκιμάστηκαν σε αυτό το πείραμα, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι δεν παρέχουν αντι-καθιζητικά αποτελέσματα υπό συνθήκες θερμικής αποθήκευσης. |
Η αύξηση της δοσολογίας του διασπαρτικού παράγοντα 6042B βελτιώνει τη σταθερότητα θερμικής αποθήκευσης. Όταν η δοσολογία αυξάνεται σε 6%, η απόδοση είναι ανώτερη από αυτή του δείγματος αναφοράς.
4. Πειραματικά Συμπεράσματα
Ο διασπαρτικός παράγοντας Anjeka 6042A παρουσιάζει ελαφρώς καλύτερη απόδοση μείωσης μεγέθους σωματιδίων από τον Anjeka 6042B, αλλά η απόδοση διαβροχής, μείωσης ιξώδους και σταθερότητας είναι κατώτερη από αυτή του Anjeka 6042B.
Η δοσολογία του διασπαρτικού παράγοντα έχει σημαντική επίδραση στο μέγεθος σωματιδίων και στο ιξώδες. Εντός ενός ορισμένου εύρους δοσολογίας, η αύξηση της περιεκτικότητας σε διασπαρτικό παράγοντα μειώνει το μέγεθος σωματιδίων και το ιξώδες, βελτιώνοντας παράλληλα τη σταθερότητα.
Η επιλογή του διαλύτη έχει σημαντική επίδραση στη σταθερότητα, με το καθαρό λευκό λάδι να αποδίδει την καλύτερη απόδοση.
Όταν το μέγεθος σωματιδίων και το ιξώδες μειώνονται σε ένα ορισμένο εύρος, το ιξώδες έχει μικρή επίδραση στη σταθερότητα, ενώ το μεγαλύτερο μέσο μέγεθος σωματιδίων Z και το μέγεθος σωματιδίων D90 οδηγούν σε χειρότερη σταθερότητα.
Για τους αντι-καθιζητικούς παράγοντες που δοκιμάστηκαν σε αυτό το πείραμα, μόλις το μέγεθος σωματιδίων του πολτού φτάσει την απαιτούμενη προδιαγραφή για το προϊόν, οι αντι-καθιζητικοί παράγοντες χάνουν την σταθεροποιητική τους δράση.
Η αύξηση της δοσολογίας του διασπαρτικού παράγοντα 6042B βελτιώνει τη σταθερότητα θερμικής αποθήκευσης, και σε δοσολογία 6%, η απόδοση είναι ανώτερη από αυτή του δείγματος αναφοράς.
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!