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高壓微射流在墨水上的應用
檢測樣品：墨水
檢測項目：制備墨水
方案概述：隨著墨水行業的發展，使得原先多用于醫藥、材料行業的高壓均質機，現已被廣泛用于染料、顏料和噴墨打印墨水等工業生產中。部分取代了砂磨類型的設備，實現了“超細粉碎”工藝的重大變革。數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定性。一定程度上，顏料著色劑分子顆粒越小，墨水的穩定性相對越好。
高壓微射流在墨水上的應用
摘要：隨著墨水行業的發展，，使得原先多用于醫藥、材料行業的高壓均質機，現已被廣泛用于染料、顏料和噴墨打印墨水等工業生產中。部分取代了砂磨類型的設備，實現了“超細粉碎”工藝的重大變革。數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定性。一定程度上，顏料著色劑分子顆粒越小，墨水的穩定性相對越好。
目的：使用微射流技術制備墨水，實現顆粒超細粉碎并對其進行表征。
方法：使用意大利PSI微射流均質機進行制備、采用粒徑分析設備、穩定性分析設備進行表征。
關鍵詞：墨水、粒度、高壓均質、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標準，只有企業內部的質控標準。顆粒大小對于墨水本身的呈色性能以及穩定性能起著至關重要的作用，另外如果墨水本身顆粒過大也易造成墨水噴頭發生堵塞。
1.2 墨水的傳統制作工藝
常規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：在軋碾好的墨膏內分次加入50℃熱水經充分攪拌使其成為流質，再加入樟腦油和太古油，緩緩加入溫水，把墨汁調節到適當濃度，攪拌均勻，靜置到一定時間后，用60目的銅紗鑼篩過濾，經檢驗質量合格，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
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重要的。常規墨水的分散研磨設備有三輥機、球磨機和捏合機。
| 名稱 | 三輥機 | 砂磨機 | 捏合機 |
| 圖片 |
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| 原理 | 三輥研磨機通過水平的三根輥筒的表面相互擠壓及不同速度的摩擦而達到研磨效果。 三輥研磨機是高粘度物料比較有效的研磨、分散設備。 | 在攪拌軸偏心盤高速運轉中，物料和研磨介質的混合物發生高效相對運動，其結果，物料固體顆粒被有效分散、剪切研磨，經動態大流量轉子縫隙分離過濾器后，得到最終產品。 | 捏合機是由一對互相配合和旋轉的Σ槳葉所產生強烈剪切作用，從而使半干狀態或橡膠狀粘稠塑料材料迅速反應從而獲得均勻的混合攪拌。 |
表一 常見分散研磨設備
2.2 PSI微射流制備墨水
常規墨水分散、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的關注。
PSI-20小試型微射流高壓均質機是一款全數字控制的高壓均質機，設計用于乳化、解聚、分散和粒度減小。
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圖一 PSI-20高壓微射流均質機
該系統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至連續進料范圍內的閉環和開環配置中運行。
我們使用1400Bar的壓力均質4次，并采用美國PSS粒度儀公司制造、生產的納米粒度分析儀Nicomp Z3000進行PSD粒度分析，結果如下：
圖二 Gussian粒徑分布圖
上圖四條曲線分別表示均質1~4次的PSD檢測結果譜圖，紫、藍、紅、綠分別代表1400Bar壓力下均質1、2、3、4次，未均質前，原料粒度分析平均粒徑檢測結果為1957nm，當均質1次后，粒徑檢測結果為291.4nm，均質2次后粒徑減小為135.8nm，隨著均質次數的增加，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果為67.5nm。
2.3 PSI微射流的優勢
目前市面上的微射流生產廠家眾多，所使用的基本原理也都一樣，但意大利PSI高壓微射流均質機憑借自身優勢更加受到廣大用戶歡迎。
表二 意大利PSI高壓微射流均質機優勢介紹
| 真實高處理量 |
| 發動機冷卻循環系統確保連續高壓運行超8小時，無需頻繁停機冷卻。 確保實際產量與設備參數相符 |
| 超高剪切力 |
| 金剛石交互容腔 可選孔徑： Y型：75μm Z型：87μm、100μm、200μm 配有不同的固定孔徑的腔體，提供穩定、可靠的壓力。 |
| 多種進料方式 |
| 配有靜態杯、熱交換控溫杯、 循環進料杯等多種規格進料杯，實現不同的進料需求，且符合ASME BPE 衛生級管件標準。 |
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| 全機身、配件采用電拋光316不銹鋼，符合GMP標準。 | |
| 舒適工作環境 |
| 儀器工作產生噪音較小，減輕對操作員的不良影響 |
| 數字屏顯 |
| 數顯壓力，不接觸物料、無污染，增強可視化； 全面控制權限、數據法規溯源。 |
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| 可定制化生產，滿足工藝線性放大生產需求 |
三、結論與總結
據不*統計，截止到2020年，全球墨水市場規模已達到200億美元。我國油墨行業整體產銷量也呈逐步增長趨勢，我國墨水年產量已從 1995 年的 10 萬噸左右，發展到 2015 年的 69.7 萬噸，年均增長率保持在 10%以上。為了使我國墨水產品在激烈的國際市場競爭中有著更大的競爭力，制備環節則至關重要，采用非傳統的先進設備則有著舉足輕重的地位，而意大利PSI公司生產的高壓微射流均質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行業標準-碳素墨水[S]．
[2] QB/T 2730.1-2013，中華人民共和國輕工業行業標準-噴墨打印機用墨水[S]．
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