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高壓微射流在墨水上的應用

摘要：隨著墨水行業(yè)的發(fā)展，，使得原先多用于醫(yī)藥、材料行業(yè)的高壓均質(zhì)機，現(xiàn)已被廣泛用于染料、顏料和噴墨打印墨水等工業(yè)生產(chǎn)中。部分取代了砂磨類型的設備，實現(xiàn)了“超細粉碎”工藝的重大變革。數(shù)碼噴墨和噴墨打印墨水中著色劑的顆粒細度對其有十分重要的影響。若顆粒稍大，必會堵塞打印機的噴頭，也會使顏料著色劑易于沉淀，影響圖像的形成和穩(wěn)定性。一定程度上，顏料著色劑分子顆粒越小，墨水的穩(wěn)定性相對越好。

目的：使用微射流技術(shù)制備墨水，實現(xiàn)顆粒超細粉碎并對其進行表征。

方法：使用意大利PSI微射流均質(zhì)機進行制備、采用粒徑分析設備、穩(wěn)定性分析設備進行表征。

關(guān)鍵詞：墨水、粒度、高壓均質(zhì)、微射流

一、基本概述

1.1 墨水的介紹

墨水是一種含有色素或染料的液體，墨水被用于書寫或繪畫。最早的墨水有使用金屬、胡桃殼或種子制作的染料或使用魚、章魚等水生動物的墨汁。

目前國家對墨水的顆粒大小并未明確相關(guān)標準，只有企業(yè)內(nèi)部的質(zhì)控標準。顆粒大小對于墨水本身的呈色性能以及穩(wěn)定性能起著至關(guān)重要的作用，另外如果墨水本身顆粒過大也易造成墨水噴頭發(fā)生堵塞。

1.2 墨水的傳統(tǒng)制作工藝

常規(guī)墨水的制作工藝主要分為四個部分，分別是溶膠、拌料、軋碾、摻和。

①溶膠：將骨膠、純堿、石碳酸等按比例混合放入攪拌容器中，按定量加入清水，用蒸汽（100℃-120℃）加壓進行攪拌催化，約4小時即可溶為膠液。

②拌料：將膠液移入槳式攪拌器中，按定量加入墨灰，再按比例將熱水兌入膠液中，經(jīng)過充分攪拌，使其成為均勻的墨膏。

③軋碾：將墨膏放入磨機磨細軋勻，以增加墨汁的穩(wěn)定性，研磨得越細，墨汁的光度和色澤就越好，淀性也越小。

④摻和：在軋碾好的墨膏內(nèi)分次加入50℃熱水經(jīng)充分攪拌使其成為流質(zhì)，再加入樟腦油和太古油，緩緩加入溫水，把墨汁調(diào)節(jié)到適當濃度，攪拌均勻，靜置到一定時間后，用60目的銅紗鑼篩過濾，經(jīng)檢驗質(zhì)量合格，即可灌裝。

整個墨水的制備流程大體上遵循配料、預分散、研磨、分散攪拌、過濾充填包裝5個流程。

二、制備技術(shù)

2.1 常見墨水制備設備

分散、研磨步驟是墨水制備過程中至關(guān)重要的。常規(guī)墨水的分散研磨設備有三輥機、球磨機和捏合機。

表一 常見分散研磨設備

2.2 PSI微射流制備墨水

常規(guī)墨水分散、研磨設備為以上所述三種，微射流作為一種新式制備設備越來越受到墨水行業(yè)的關(guān)注。

PSI-20小試型微射流高壓均質(zhì)機是一款全數(shù)字控制的高壓均質(zhì)機，設計用于乳化、解聚、分散和粒度減小。

圖一 PSI-20高壓微射流均質(zhì)機

該系統(tǒng)基于固定幾何形狀的處理室，能夠承受超過2000bar的壓力，每小時的生產(chǎn)量為20升。這提供了精細和均勻的粒度分布。PSI-20可在60 ml至連續(xù)進料范圍內(nèi)的閉環(huán)和開環(huán)配置中運行。

我們使用1400Bar的壓力均質(zhì)4次，并采用美國PSS粒度儀公司制造、生產(chǎn)的納米粒度分析儀Nicomp Z3000進行PSD粒度分析，結(jié)果如下：

圖二 Gussian粒徑分布圖

上圖四條曲線分別表示均質(zhì)1~4次的PSD檢測結(jié)果譜圖，紫、藍、紅、綠分別代表1400Bar壓力下均質(zhì)1、2、3、4次，未均質(zhì)前，原料粒度分析平均粒徑檢測結(jié)果為1957nm，當均質(zhì)1次后，粒徑檢測結(jié)果為291.4nm，均質(zhì)2次后粒徑減小為135.8nm，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，粒徑所減小的幅度越來越小，最終處理4次后該墨水粒徑檢測結(jié)果為67.5nm。

2.3 PSI微射流的優(yōu)勢

目前市面上的微射流生產(chǎn)廠家眾多，所使用的基本原理也都一樣，但意大利PSI高壓微射流均質(zhì)機憑借自身優(yōu)勢更加受到廣大用戶歡迎。

表二  意大利PSI高壓微射流均質(zhì)機優(yōu)勢介紹

三、結(jié)論與總結(jié)

據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2020年，全球墨水市場規(guī)模已達到200億美元。我國油墨行業(yè)整體產(chǎn)銷量也呈逐步增長趨勢，我國墨水年產(chǎn)量已從 1995 年的 10 萬噸左右，發(fā)展到 2015 年的 69.7 萬噸，年均增長率保持在 10%以上。為了使我國墨水產(chǎn)品在激烈的國際市場競爭中有著更大的競爭力，制備環(huán)節(jié)則至關(guān)重要，采用非傳統(tǒng)的先進設備則有著舉足輕重的地位，而意大利PSI公司生產(chǎn)的高壓微射流均質(zhì)機可為墨水用戶提供較好的制備方案。

[1] QB/T 2063—2007，中華人民共和國輕工業(yè)行業(yè)標準-碳素墨水[S]．

[2] QB/T 2730.1-2013，中華人民共和國輕工業(yè)行業(yè)標準-噴墨打印機用墨水[S]．