Effetto delle perline di zirconia sulla distribuzione delle dimensioni delle particelle e sulle proprietà di colorazione delle scorie di pigmento

Le nanoparticelle (come il nano-diossido di titanio, il nano-ossido di ferro e i pigmenti organici nanocoloriti) presentano un'elevata copertura, un'elevata luminosità,e eccellente resistenza al colore quando incorporati in rivestimenti colorati a causa della loro piccola dimensione delle particelle (in genere < 1 μm) e della loro grande superficie specificaTuttavia, il loro processo di dispersione si trova di fronte a due sfide principali:

1. Sfida dell'agglomerazione: le nanoparticelle presentano un'elevata energia superficiale, che le rende inclini a formare agglomerati duri tramite le forze di van der Waals o il legame idrogeno,che si traduce in una scarsa uniformità della pasta colorata;
2. Inerente instabilità del colore: le particelle agglomerate possono interrompere i principi di diffusione e assorbimento della luce, portando a una copertura ridotta, colori più opachi e una diminuzione della lucentezza,impedendo così la piena utilizzazione dei vantaggi prestazionali delle nanoparticelle.

Le perline di zirconia, come mezzo di macinazione ad alta efficienza, sfruttano la loro elevata durezza (durezza di Mohs: 8,5 ‰ 9), basso tasso di usura,e ottima resistenza alla rottura degli agglomerati di pigmento mediante un meccanismo di "friczione da taglio"■ sono inoltre meno inclini a introdurre impurità che potrebbero contaminare la pasta colorante,rendendoli un fattore critico nel controllo della distribuzione delle dimensioni delle particelle e dell'intensità del colore della pasta colorata.

La macinazione dei pigmenti dei nanomateriali dovrebbe rispettare il principio secondo cui "la dimensione delle particelle del mezzo di macinazione deve essere compatibile con la dimensione delle particelle di pigmento bersaglio":più piccola è la dimensione della perla di zirconia, maggiore è la concentrazione della forza di taglio applicata agli agglomerati di pigmento, che consente la scissione di particelle agglomerate più sottili;le perline troppo piccole possono provocare un'energia di impatto insufficiente, prolungando così il ciclo di macinazione. Ad esempio, quando si utilizzano perline di zirconia da 0,1 mm per un processo di macinazione di 2 ore, la dimensione media delle particelle (D50) della pasta colorata può raggiungere 120 nm,con una distribuzione di dimensioni di particelle stretteAl contrario, quando si utilizzano perline da 0,5 mm e da 1,0 mm nelle stesse condizioni di macinazione, i valori di D50 aumentano rispettivamente a 250 nm e a 480 nm,accompagnato dalla formazione di agglomerati più grandiPertanto, per le paste colorate che hanno come obiettivo un intervallo di dimensioni di particelle target di 100-300 nm, si raccomanda di utilizzare perline di zirconia da 0,1 a 0,3 mm.

Il rapporto di riempimento (il rapporto tra il volume delle perline di zirconio e il volume della camera di rettifica) influisce direttamente sia sulla frequenza di collisione tra le perline che sulla loro resistenza al taglio:

• Tasso di riempimento eccessivamente basso (< 60%): l'ampia distanza tra le particelle comporta cicli di taglio ridotti, bassa efficienza di rettifica e mancata adeguata degradazione degli agglomerati di pigmento;
• Velocità di riempimento eccessivamente elevata (> 80%): una scarsa fluidità del corpo della perla può portare ad una "aglomerazione", con conseguente surriscaldamento localizzato (aumento della temperatura di 5 ̊10 °C),che a sua volta compromette la stabilità della dispersione del pigmento;
• Intervallo ottimale: 65%/75%; a questo intervallo, la frequenza di collisione delle perline può raggiungere 104/105 collisioni/min, consentendo un efficiente trasferimento di energia di macinazione.

Le perline di zirconia non trattate in superficie hanno gruppi idrossilici sulla loro superficie che formano facilmente legami idrogeno con nanoparticelle,che porta all'assorbimento dei pigmenti sulla superficie delle perline e si traduce in "agglomerazione secondaria"Al contrario, le perline di zirconio sottoposte a modificazioni superficiali, come quelle rivestite con SiO2 o PDMS (polydimethylsiloxane), possono ridurre efficacemente questo fenomeno di assorbimento.I dati mostrano che le perline di zirconia rivestite con PDMS possono ridurre il tasso di assorbimento del pigmento da 12 a0,5% a meno del 3%, ottimizzare la dimensione delle particelle D50 della pasta colorante da 280 nm a 180 nm e ridurre significativamente il tasso di agglomerazione dopo lo stoccaggio statico.

Le perline in zirconia presentano un tasso di abrasione estremamente basso (≤ 0,005%), che è significativamente inferiore a quello delle perline in vetro e delle perline in allumina.Questo basso tasso di abrasione implica un minor numero di ioni di impurità introdotti durante il processo di macinazione, contribuendo così a mantenere la stabilità chimica e la distribuzione delle dimensioni delle particelle della pasta colorante.che porta ad un aumento della dimensione delle particelle della pasta colorante e a un calo delle sue prestazioni.

La proprietà di produzione di colore delle nanoparticelle deriva dall'"interazione tra particelle di luce e pigmento": più stretta è la distribuzione delle dimensioni delle particelle e più uniforme le particelle,più regolare diventa la diffusione della luce (fonte di copertura) e l'assorbimento (fonte di colore), con conseguente prestazione di colorazione superiore.

Principio: quando la dimensione delle particelle di pigmento è di circa 1/4 della lunghezza d'onda della luce incidente (per la luce visibile, la dimensione ottimale delle particelle varia da circa 100 a 190 nm),la diffusione luminosa raggiunge il suo valore massimoOttimizzando le perline di zirconia per stabilizzare la D50 di nano-diossido di titanio a 150 nm,la sua potenza di copertura (contrasto) può essere aumentata dal 75% a oltre il 90%, raggiungendo un livello di prestazioni leader nel settore.

I pigmenti con dimensioni di particelle uniformi mostrano un assorbimento più concentrato della luce a lunghezze d'onda specifiche e producono colori più saturi.La differenza di colore ΔE è una metrica standard per quantificare la deviazione del coloreNella maggior parte delle applicazioni industriali, un valore ΔE < 1,5 è considerato uno standard di qualità superiore, al di là della capacità di risoluzione dell'occhio umano.è possibile ottenere un valore ΔE per la pasta colorante inferiore a 1.5, raggiungendo un livello indistinguibile ad occhio nudo.

Più le particelle di pigmento sono sottili e più uniformemente distribuite, più la superficie del film dopo il rivestimento sarà liscia e maggiore sarà la sua lucentezza.la lucentezza dello strato di film (a 60°) può essere aumentata da 45 GU a oltre 80 GU.

Rivestimenti architettonici a base d'acqua: si raccomanda di utilizzare perline di zirconia rivestite con SiO2 con una dimensione delle particelle di 0,2 ∼0,3 mm, una velocità di riempimento del 70%, un valore target D50 di 150 ∼250 nm,e un rapporto di copertura> 90%.

Inchiostro di fascia alta: raccomandato per l'uso di perline di zirconia rivestite con PDMS da 0,1 mm e 0,2 mm con una percentuale di riempimento del 65%, dove la dimensione di particella D50 target della pasta di colore è di 100 nm e ΔE < 1.0.

Cosmetici (fondamento): si raccomanda di utilizzare perline di zirconia di alta purezza non rivestite con una dimensione delle particelle di 0,05·0,1 mm; la D50 della pasta di colore target deve essere compresa tra 50·100 nm,assicurando che nessuna impurità venga fuoriuscita.

Verniciatura in ceramica: si raccomanda di utilizzare perline di alluminio di 0,3 ∼0,5 mm o perline composite con una percentuale di riempimento del 75% e una dimensione di particella target D50 per la pasta di colore compresa tra 200 ∼300 nm,per soddisfare i requisiti di resistenza alle alte temperature.

1. Ottimizzazione della tecnologia personalizzata: comprende lo sviluppo di perline di zirconio personalizzate "strutturate a base di guscio", integrazione di un sistema di rettifica intelligente con monitoraggio online delle dimensioni delle particelle,e esplorazione di tecniche ausiliarie di dispersione quali il trattamento ad ultrasuoni per ridurre il consumo di energia.
2. Le sfide attuali comprendono principalmente: la produzione su larga scala e il controllo dei costi di perline di zirconio ultrafine con diametri compresi tra 0,05 e 0,1 mm,nonché come garantire un'eccellente fluidità e una dispersione uniforme delle perline all'interno di sistemi di dispersione dei pigmenti ad alta viscosità.

Zirconia beads leverage a fourfold mechanism— "particle size matching – energy regulation – surface anti-adsorption – low impurity contamination" —to effectively optimize the particle size distribution of nano-color pigments, migliorando in tal modo significativamente la loro capacità di occultamento, la saturazione del colore, la precisione del colore e la lucentezza.è necessaria una scelta precisa del modello appropriato in base a requisiti specificiLe innovazioni tecnologiche in corso nel futuro guideranno ulteriormente il miglioramento delle prestazioni dei pigmenti a nanocolori.