تأثیر دانه‌های زیرکونیا بر توزیع اندازه ذرات و خواص رنگی دوغاب‌های رنگدانه

نانوذرات (مانند نانو دی اکسید تیتانیوم، نانو اکسید آهن، و رنگدانهای نانو رنگ آلی) پوشش بالا، روشنایی بالا،و ثبات رنگ عالی هنگامی که در پوشش های رنگی گنجانده می شوند به دلیل اندازه ذرات کوچک (معمولا < 1 μm) و سطح خاص بزرگ آنهادر نتیجه، آنها کاربرد گسترده ای در زمینه هایی مانند پوشش های مبتنی بر آب، جوهر، لوازم آرایشی و سرامیک های پیشرفته دارند.

1. چالش تجمع: نانوذرات انرژی سطحی بالایی دارند، که باعث می شود آنها مستعد تشکیل تجمع های سخت از طریق نیروهای ون در والز یا پیوند هیدروژن باشند.در نتیجه یکنواختی ضعیف پاست رنگ ایجاد می شود.;
2. عدم ثبات رنگ ذاتی: ذرات جمع شده می توانند اصول پراکندگی و جذب نور را مختل کنند، که منجر به کاهش پوشش، رنگ های کم رنگ و کاهش درخشش می شود.بنابراین جلوگیری از استفاده کامل از مزایای عملکرد نانوذرات.

دانه های زرکونیا، به عنوان رسانه های خرد کننده با کارایی بالا، از سختی بالایی که دارند (سختی موه: 8.5 ٪) ، نرخ فرسایش پایین،و مقاومت عالی برای شکستن تجمع رنگدانه از طریق مکانیسم اصطکاک برشعلاوه بر این، آنها کمتر مستعد وارد کردن ناخالصی هستند که می توانند خمیر رنگ را آلوده کنند.که باعث می شود آنها یک عامل حیاتی در کنترل توزیع اندازه ذرات و شدت رنگ پاست رنگ باشند..

خرد کردن رنگدانهای نانومواد باید از این اصل پیروی کند که "سطح ذرات محیط خرد باید با اندازه ذرات هدف رنگدانه سازگار باشد":هرچه اندازه زرکونیا کوچکتر باشد، هرچه نیروی برش روی تجمع رنگدانه متمرکزتر باشد، امکان تجزیه ذرات تجمع نازک را فراهم می کند.گلوله های بیش از حد کوچک ممکن است منجر به انرژی برخورد ناکافی شود.به عنوان مثال، در صورت استفاده از دانه های زیرکونیای 0.1 میلی متری برای یک فرآیند خرد کردن 2 ساعته، متوسط اندازه ذرات (D50) خمیر رنگ می تواند به 120 نانومتر برسد،با توزیع اندازه ذرات باریکدر مقابل، در صورت استفاده از دانه های 0.5 میلی متری و 1.0 میلی متری در شرایط یکسانی، مقادیر D50 به ترتیب به 250 nm و 480 nm افزایش می یابد.همراه با تشکیل تجمع های بزرگتربنابراین، برای خمیر های رنگی که به محدوده اندازه ذرات هدف از 100 ~ 300 نانومتر هدف دارند، استفاده از دانه های زیرکونی 0.1 ~ 0.3 میلی متر توصیه می شود.

نسبت پر کردن (نسبت حجم دانه های زرکونیا به حجم اتاق خرد) به طور مستقیم بر فرکانس برخورد بین دانه ها و مقاومت برش آنها تأثیر می گذارد:

• میزان پر شدن بیش از حد کم (<60٪): فاصله ذرات بزرگ منجر به کاهش چرخه های ضربه ٪ برش، بهره وری خرد کردن پایین و عدم شکستن مناسب تجمعات رنگدانه ای می شود.
• میزان پر شدن بیش از حد بالا (> 80٪): روان بودن ضعیف بدن مروارید ممکن است منجر به "تکثیر" شود که منجر به گرم شدن بیش از حد محلی (افزایش دمای 5 ٪ تا 10 ° C) می شود.که به نوبه خود ثبات پراکندگی رنگدانه را به خطر می اندازد;
• محدوده مطلوب: 65٪ ٪ 75٪؛ در این محدوده، فرکانس برخورد دانه ها می تواند به 104 ٪ 105 برخورد در دقیقه برسد، که انتقال انرژی خرد کردن کارآمد را امکان پذیر می کند.

دانه های زرکونیا بدون درمان سطحی دارای گروه های هیدروکسیلی در سطح خود هستند که به راحتی پیوند هیدروژن را با نانوذرات تشکیل می دهند.که منجر به جذب رنگدانه ها بر روی سطح دانه می شود و منجر به تجمع ثانویه می شود.در مقابل، دانه های زرکونیا که تحت تغییر سطح قرار گرفته اند، مانند آنهایی که با SiO2 یا PDMS (پولی دیمیتیل سیلوکسان) پوشانده شده اند، می توانند به طور موثر این پدیده جذب را کاهش دهند.داده ها نشان می دهد که دانه های زیرکونی که با PDMS پوشانده شده اند می توانند میزان جذب رنگدانه را از 12٪ به 10٪ کاهش دهند..5٪ به کمتر از 3٪، بهینه سازی اندازه ذرات D50 از خمیر رنگ از 280 nm به 180 nm و به طور قابل توجهی کاهش سرعت تجمع پس از ذخیره سازی استاتیک.

دانه های زیرکونیا دارای میزان سایش بسیار پایین (≤0.005%) هستند که به طور قابل توجهی کمتر از دانه های شیشه ای و دانه های آلومینیوم است.این نرخ سایش پایین به معنای یون های کثیف کمتری است که در طول فرآیند خرد شدن وارد می شوند، به این ترتیب به حفظ ثبات شیمیایی و توزیع اندازه ذرات خمیر رنگ کمک می کند. به عنوان مثال باقیمانده های خرد کردن تولید شده توسط رسانه های با سایش بالا ممکن است به عنوان ناخالصی عمل کنند،که باعث افزایش اندازه ذرات خمیر رنگ و کاهش عملکرد آن می شود.

خاصیت تولید رنگ نانوذرات ناشی از "تفاعل بین ذرات نور و رنگدانه" است: هرچه توزیع اندازه ذرات باریکتر باشد و ذرات یکنواخت تر باشند،هرچه بیشتر پخش نور (منبع پوشش) و جذب (منبع رنگ) منظم شود، که منجر به عملکرد رنگ برتر می شود.

اصول: هنگامی که اندازه ذرات رنگدانه تقریباً یک چهارم از طول موج نور حاد است (برای نور مرئی، اندازه ذرات مطلوب تقریباً بین 100 تا 190 نانومتر است)پراکندگی نور به حداکثر ارزش خود می رسدبا بهینه سازی دانه های زیرکونی برای تثبیت D50 از دی اکسید نانو تیتانیوم در 150 نانومتر،توان پوشش آن (تعداد کنتراست) می تواند از 75٪ به بیش از 90٪ افزایش یابد، به سطح عملکرد پیشرو در صنعت می رسد.

رنگدانهایی با اندازه ذرات یکنواخت جذب نور را در طول موج های خاص متمرکز تر نشان می دهند و رنگ های اشباع شده تری تولید می کنند.تفاوت رنگ ΔE یک متریک استاندارد برای کمی کردن انحراف رنگ استدر اکثر کاربردهای صنعتی، مقدار ΔE < 1.5 به عنوان یک استاندارد با کیفیت بالا در نظر گرفته می شود، فراتر از توانایی وضوح چشم انسان.امکان دستیابی به مقدار ΔE برای خمیر رنگ کمتر از 1 وجود دارد..5، به سطحي رسيد که با چشم برهنه قابل تشخيص نيست

هرچه ذرات رنگدانه نازک تر و یکنواخت تر باشند، سطح فیلم پس از پوشش صاف تر خواهد بود و درخشش آن بالاتر خواهد بود.روشنایی لایه فیلم (در 60 درجه) می تواند از 45 GU به بیش از 80 GU افزایش یابد.

پوشش های معماری مبتنی بر آب: توصیه می شود از دانه های زیرکونی با پوشش SiO2 با اندازه ذرات 0.2 ∼0.3 میلی متر، نرخ پر شدن 70٪، مقدار هدف D50 150 ∼250 nm استفاده شود.و نسبت پوشش>90٪.

جوهر پیشرفته: برای استفاده از دانه های زیرکونیایی پوشش داده شده با PDMS 0.1~0.2 میلی متر با نرخ پر شدن 65٪ توصیه می شود که اندازه ذرات هدف D50 از خمیر رنگ 100~180 nm و ΔE < 1 است.0.

لوازم آرایشی (بنیاد): استفاده از دانه های زیرکونیا خالص بدون پوشش با اندازه ذرات 0.05 ∼0.1 میلی متر توصیه می شود. D50 پاست رنگ هدف باید بین 50 ∼100 نانومتر باشد.اطمینان از اینکه هیچ ناخالصی خارج نمی شود.

گلیز سرامیکی: توصیه می شود از دانه های آلومینیوم 0.3 ۰.۵ میلی متری یا دانه های کامپوزیت با میزان پر شدن ۷۵٪ و اندازه ذرات هدف D50 برای خمیر رنگ بین ۲۰۰ ۰.۳۰۰ نانومتر استفاده شود.برای برآورده کردن الزامات مقاومت در برابر دمای بالا.

1. بهینه سازی فناوری سفارشی: شامل توسعه دانه های زیروکونیایی سفارشی با ساختار هسته ای، ادغام یک سیستم خرد هوشمند با نظارت بر اندازه ذرات آنلاین،و اکتشاف تکنیک های پراکندگی کمکی مانند درمان فوق صوتی برای کاهش مصرف انرژی.
2. چالش های موجود در درجه اول عبارتند از: تولید در مقیاس بزرگ و کنترل هزینه های دانه های زرکونیا بسیار نازک با قطر از 0.05 تا 0.1 میلی متر،و همچنین چگونگی اطمینان از جریان عالی و پراکندگی یکنواخت دانه ها در سیستم های پراکندگی رنگدانه ای با لزگی بالا.

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، در نتیجه به طور قابل توجهی قدرت پنهان کردن، اشباع رنگ، دقت رنگ و درخشش آنها را افزایش می دهد. در کاربردهای عملی،انتخاب دقیق مدل مناسب بر اساس الزامات خاص مورد نیاز است• نوآوری های تکنولوژیکی در حال انجام در آینده باعث بهبود عملکرد رنگدانه های نانو می شود.