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動態表面張力儀用于陶瓷墨水解決拉線、滴墨、團聚的問題

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        陶瓷墨水是一種將陶瓷色料粉體制成多色墨水,將小墨滴從直徑數十微米的噴嘴噴出,以每秒數千滴的速度沉積在坯體,釉面或其他載體上的技術。

       陶瓷墨水由粉料(色料、著色劑)、溶劑、分散劑、結合劑、表面活性劑及其他輔料構成。陶瓷粉料是核心,是無機成分,要求顆粒度小于1微米,墨水要求有一定的固含量,一般不小于30%,粘度在100cp以下,顆粒尺寸分布要窄,顆粒之間不能有強團聚,并具有良好的穩定性,受溶劑等其他的物質影響小。分散劑是保證在噴印前粉體的不發生團聚。

墨水是一個相當快的過程,需要墨水在極短的時間很好的定位在它的位置,表面活性劑還沒有完全遷移到達新界面上就要求表面張力值要降低到一定的數值,使墨水潤濕坯體,這就需要知道墨水在到達靜態表面張力之前的表面活性劑的動態過程。這樣,打印出來的效果才是清晰的。另外,陶瓷墨水中表面活性劑也要起來分散顆粒、防止團聚、沉淀的效果。所以動態表面張力不是越低越好,需要在各性能需要之間取得平衡。

 

一、液體中的表面活性劑濃度有三種情況,

1、液體中的表面活性劑濃度在臨界膠束濃度(CMC)以下,這時,靜態表面張力隨時表面活性劑濃度的增大而減少,如下圖的斜線部份。

2、液體中的表面活性劑濃度等于臨界膠束濃度(CMC),這時,靜態表面張力降到拐點。如下圖的拐點。

3、液體中的表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度(CMC),這時,靜態表面張力只有極輕微的下降,如下圖的橫線部份。

 CMC值與表面張力的關系

圖 表面張力與濃度的關系

 

陶瓷墨水中的表面活性劑濃度總是大于CMC值,才能起來起到包裹顆粒、潤濕等作用。靜態表界面張力儀在測試表活濃度大于CMC時,數值變化極小。也就是說用靜態表面張力儀,并不能反映表面活性劑濃度的變化。

 

一、靜態表面張力法

靜態表面張力如拉環法,是利用一個初始浸在液體的環從液體中拉出一個液體膜,測量環脫離液面時需要施加的力來計算出表面張力。

而當表面活性劑濃度大于CMC值時,表面活性劑不會在氣液界面上增加排布,而會在液體內部形成膠束或游離等狀態,因此拉環法方法不能測出濃度增大時表面張力的區別。

 

 

二、動態表面張力法

德國SITA動態表面張力儀從毛細管中吹出一個氣泡,從而在溶液內部生成一個新的氣液界面,溶液中的表面活性劑遷移到新界面是需要時間的。在CMC值以上時,濃度越高時表面活性劑遷移到新界面的數量越多,測出的表面張力值越低。濃度越低時表面活性劑遷移到新界面的數量越少,測出的表面張力值越高。

因此使用鼓泡法動態表面張力儀,可以測出不同表面活性劑濃度時的表面張力變化,從而指導來料檢驗、研發、生產質檢等。

 張力變化曲線

圖 不同表面活性劑濃度下的表面張力變化曲線


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