AccuSizer 780系列仪器在喷墨墨水粒度检测中的应用返回目录

2021-03-12

综述  

喷墨墨水的色素是在溶液中呈胶态分布的。色素的一定分散对避免沉降、不稳定或结块引起的喷墨失败都是很有必要的。为了确保最佳配比并生产,我们需要一个可靠的方法来确定最终产品的粒度分布。PSS 的 AccuSizer 系统——单颗粒计数原理(SPOS)是一个理想的工具,它可以测出喷墨墨水是否包含任何可能构成阻塞喷射器、导致性能降低等风险的粒子。本应用阐述了 AccuSizer 在解决喷墨墨水制造业方面问题的一些例子。 


引言  

将色素按配方加入到墨水中通常要分散成小颗粒形式(大约在 50 到 200nm 之间,根据应用不同而变化)并且需要呈胶态稳定。这种胶体稳定状态可以通过修饰表面形成适当的表面电荷(Zeta 电位)来实现, 也可以通过色素颗粒表面吸附一定量的化合物(空间稳定性)实现。  

色素颗粒的大小非常重要,因为大颗粒会阻塞喷射器和通道,对印刷头造成损害。对大颗粒 (> 0.5-1.0 μm) 含量的控制就需要一个对极少量大颗粒敏感的方法——尾部大颗粒的分布。

颗粒大小和计数方法 

有很多方法可以测定油墨分散体的平均粒度,比如光散射法(DLS),但是这里的大多数方法并不能测定出少数的大颗粒。而基于单颗粒计数的方法就特别适合这类分析,测试中甚至可以测出极少量异常值的大小和数量。 

AccuSizer 的单颗粒计数技术(SPOS)可以很好地对油墨中大颗粒定量大小和浓度,具体取决于传感器的检测范围。系统如图 1 所示,包括标准的LE400 消光和散射传感器——可以测定加入到可自动稀释样液的AD采样器的 0.5-400μm 之间的颗粒,也可以测定试验的最佳浓度。 

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应用实例1:搅拌的作用 

有很多因素会影响色素的分散,其中之一就是搅拌时间,因此,很有必要设定一个最佳搅拌时间以减少分散系中的超大颗粒。同时对搅拌时间的控制也很重要,因为过度均质会导致粒度增大。我们用两种色素分散液样品—红色和蓝色溶液,来研究搅拌时间对超大颗粒的影响。图 2 和 3 显示了红样液分别搅拌 50、70 和 90min 的 结果。尾部颗粒从 4 x 106 particles/mL 减少到了 2 x 105 particles/mL。

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大于>1μm 颗粒的浓度: 

50 min: 4 x 106 particles/mL  

70 min: 5 x 105 particles/mL 

90 min: 2 x 105 particles/mL 

图 4 所示的蓝色溶液,同样存在随着搅拌时间延长而超大颗粒减少的现象。多搅拌了 10min,颗粒浓度就由 9 x 106 particles/mL 减少到大约 3x 106 particles/mL。 

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应用实例 2:过滤的作用 

这个例子显示了过滤前后试验的结果,试验中将喷墨用 2 微米和 5 微 米的过滤器进行过滤,如图 5. 两种过滤器都显示可以大大提高对大于 1 微米颗粒的过滤作用。未经过滤的样品中大于 1 微米的颗粒浓度 大于 100,000 个/mL,而经过 5 微米、2 微米过滤器过滤的样品分别 大约为 70,000 和 20,000 个/mL。 

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结论  AccuSizer 780 在量化油墨中大粒子粒度和浓度方面是很理想的系统。本文研究了搅拌和过滤的作用,然而,该系统还可以作为一般的质量控制工具,以及研究最佳工艺条件的工艺研发工具。我们还可以根据应用、需求的不同从多种传感器和配置中选择。

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