Các hạt nano (như nano-titanium dioxide, nano-iron oxide và sắc tố màu nano hữu cơ) có độ phủ sóng cao, độ sáng cao,và độ bền màu tuyệt vời khi được kết hợp vào lớp phủ màu do kích thước hạt nhỏ (thường < 1 μm) và diện tích bề mặt đặc trưng lớnTuy nhiên, quá trình phân tán của chúng phải đối mặt với hai thách thức cốt lõi lớn:
- Thách thức tập hợp: Các hạt nano có năng lượng bề mặt cao, khiến chúng dễ hình thành các tập hợp cứng thông qua lực van der Waals hoặc liên kết hydro,do đó dẫn đến sự đồng nhất kém của bột màu;
- Không ổn định màu sắc vốn có: Các hạt tích tụ có thể phá vỡ các nguyên tắc phân tán và hấp thụ ánh sáng, dẫn đến giảm phủ sóng, màu sắc mờ hơn và giảm độ bóng,do đó ngăn chặn việc sử dụng đầy đủ các lợi thế hiệu suất của hạt nano.
Các hạt zirconia, như phương tiện nghiền hiệu quả cao, tận dụng độ cứng cao của chúng (sự cứng của Mohs: 8,5 ′′ 9), tỷ lệ mòn thấp,và độ dẻo dai tuyệt vời để phá vỡ các chất kết hợp sắc tố thông qua một cơ chế "săn kéo"; hơn nữa, chúng ít có khả năng nhập các tạp chất có thể gây ô nhiễm cho miếng dán màu,làm cho chúng trở thành một yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát sự phân bố kích thước hạt và cường độ màu của dán màu.
Việc nghiền các sắc tố nano vật liệu nên tuân thủ nguyên tắc rằng "kích thước hạt của môi trường nghiền phải tương thích với kích thước hạt sắc tố mục tiêu":kích thước hạt zirconia càng nhỏ, càng tập trung lực cắt áp dụng cho các chất ưng tụ sắc tố, cho phép phá vỡ các hạt ưng tụ mịn hơn; tuy nhiên,Các hạt quá nhỏ có thể dẫn đến năng lượng va chạm không đủVí dụ, khi sử dụng hạt zirconia 0,1 mm cho quá trình nghiền 2 giờ, kích thước hạt trung bình (D50) của bột màu có thể đạt 120 nm,với phân bố kích thước hạt hẹpNgược lại, khi sử dụng hạt 0,5 mm và 1,0 mm trong cùng một điều kiện mài, các giá trị D50 tăng lên 250 nm và 480 nm, tương ứng,đi kèm với sự hình thành của các tập hợp lớn hơnDo đó, đối với các loại mực màu nhắm mục tiêu một phạm vi kích thước hạt mục tiêu là 100 ~ 300 nm, nên sử dụng hạt zirconia 0.1 ~ 0.3 mm.
Tỷ lệ lấp (tỷ lệ khối lượng hạt zirconia so với khối lượng của buồng nghiền) ảnh hưởng trực tiếp đến tần suất va chạm giữa các hạt và sức mạnh cắt của chúng:
- Tốc độ lấp đầy quá thấp (< 60%): khoảng cách hạt lớn dẫn đến giảm chu kỳ cắt đứt tác động, hiệu quả mài thấp và không phân hủy đầy đủ các phân khối sắc tố;
- Tốc độ lấp đầy quá cao (> 80%): Độ lỏng kém của thân ngọc trai có thể dẫn đến "hấp nập", dẫn đến quá nóng tại chỗ (tăng nhiệt độ 5 ∼ 10 °C),do đó làm tổn hại đến sự ổn định phân tán của sắc tố;
- Phạm vi tối ưu: 65%~75%; ở phạm vi này, tần số va chạm hạt có thể đạt 104~105 va chạm / phút, cho phép truyền năng lượng mài hiệu quả.
Các hạt zirconia không được xử lý bề mặt có các nhóm hydroxyl trên bề mặt của chúng dễ dàng tạo ra các liên kết hydro với các hạt nano,dẫn đến sự hấp thụ của sắc tố lên bề mặt hạt và dẫn đến "các tập hợp thứ cấp"Ngược lại, các hạt zirconia chịu biến đổi bề mặt, chẳng hạn như các hạt được phủ SiO2 hoặc PDMS (polydimethylsiloxane) có thể làm giảm hiệu quả hiện tượng hấp thụ này.Dữ liệu cho thấy các hạt zirconia được sơn bằng PDMS có thể làm giảm tỷ lệ hấp thụ sắc tố từ 120,5% xuống dưới 3%, tối ưu hóa kích thước hạt D50 của miếng dán màu từ 280 nm đến 180 nm và giảm đáng kể tốc độ tụng sau khi lưu trữ tĩnh.
Các hạt zirconia có tỷ lệ mòn cực kỳ thấp (≤ 0,005%), thấp hơn đáng kể so với hạt thủy tinh và hạt nhôm.Tốc độ mài mòn thấp này có nghĩa là ít ion tạp chất được đưa vào trong quá trình nghiền, do đó giúp duy trì sự ổn định hóa học và phân bố kích thước hạt của miếng dán màu. Ví dụ, các mảnh vụn nghiền được tạo ra bởi các phương tiện mài mòn cao có thể hoạt động như tạp chất,dẫn đến sự gia tăng kích thước hạt của miếng dán màu và giảm hiệu suất của nó.
Tính chất tạo màu của hạt nano bắt nguồn từ "tương tác giữa các hạt ánh sáng và sắc tố": phân bố kích thước hạt càng hẹp và các hạt càng đồng nhất,Phân tán ánh sáng (nguồn phủ sóng) và hấp thụ (nguồn màu sắc) trở nên thường xuyên hơn, dẫn đến hiệu suất màu sắc vượt trội.
Nguyên tắc: Khi kích thước hạt sắc tố là khoảng 1/4 bước sóng ánh sáng rơi vào (đối với ánh sáng nhìn thấy, kích thước hạt tối ưu dao động từ khoảng 100 đến 190 nm),Phân tán ánh sáng đạt đến giá trị tối đa của nóBằng cách tối ưu hóa các hạt zirconia để ổn định D50 của nano-titanium dioxide ở 150 nm,khả năng che phủ của nó (tỷ lệ tương phản) có thể tăng từ 75% lên hơn 90%, đạt mức hiệu suất hàng đầu trong ngành.
Các sắc tố có kích thước hạt đồng đều cho thấy sự hấp thụ ánh sáng tập trung hơn ở các bước sóng cụ thể và tạo ra màu sắc bão hòa hơn.Sự khác biệt màu ΔE là một thước đo tiêu chuẩn để định lượng độ lệch màuTrong hầu hết các ứng dụng công nghiệp, giá trị ΔE < 1,5 được coi là một tiêu chuẩn chất lượng cao, vượt quá khả năng phân giải của mắt người.có thể đạt được giá trị ΔE cho miếng dán màu dưới 1.5, đạt đến một mức không thể phân biệt với mắt thường.
Các hạt sắc tố càng mịn và phân bố đồng đều, bề mặt của phim sau khi sơn sẽ mịn hơn và độ bóng của nó sẽ cao hơn.độ sáng của lớp phim (ở 60 °) có thể tăng từ 45 GU lên trên 80 GU.
Lớp phủ kiến trúc dựa trên nước: Nên sử dụng các hạt zirconia có lớp SiO2 với kích thước hạt 0,2 ∼0,3 mm, tốc độ lấp đầy 70%, giá trị D50 mục tiêu 150 ∼250 nm,và tỷ lệ bảo hiểm> 90%.
Mực cao cấp: Được khuyến cáo sử dụng các hạt zirconia có lớp phủ PDMS 0,1 ∼ 0,2 mm với tỷ lệ lấp đầy 65%, trong đó kích thước hạt D50 mục tiêu của miếng dán màu là 100 ∼ 180 nm và ΔE < 1.0.
Các loại mỹ phẩm (đá nền): Nên sử dụng các hạt zirconia tinh khiết cao không sơn với kích thước hạt 0,05 ∼0,1 mm; D50 của miếng dán màu mục tiêu nên nằm trong khoảng 50 ∼100 nm,đảm bảo rằng không có tạp chất được xả ra.
Ghi gốm: Nên sử dụng hạt nhôm 0,3 ∼0,5 mm hoặc hạt composite với tỷ lệ lấp 75% và kích thước hạt mục tiêu D50 cho miếng dán màu trong khoảng 200 ∼300 nm,để đáp ứng các yêu cầu chống nhiệt độ cao.
- Tối ưu hóa công nghệ tùy chỉnh: bao gồm việc phát triển các hạt zirconia "cốt lõi cấu trúc vỏ" tùy chỉnh, tích hợp một hệ thống nghiền thông minh với giám sát kích thước hạt trực tuyến,và khám phá các kỹ thuật phân tán phụ trợ như xử lý siêu âm để giảm tiêu thụ năng lượng.
- Các thách thức hiện tại chủ yếu bao gồm: sản xuất quy mô lớn và kiểm soát chi phí của hạt zirconia siêu mỏng với đường kính từ 0,05 đến 0,1 mm,cũng như làm thế nào để đảm bảo khả năng lưu thông tuyệt vời và phân tán đồng đều của các hạt trong các hệ thống phân tán sắc tố độ nhớt cao.
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, do đó làm tăng đáng kể khả năng ẩn của chúng, độ bão hòa màu sắc, độ chính xác màu sắc và độ sáng.Cần lựa chọn chính xác mô hình phù hợp dựa trên các yêu cầu cụ thểCác đổi mới công nghệ đang diễn ra trong tương lai sẽ thúc đẩy việc cải thiện hiệu suất sắc tố màu nano.