Введение к работе
Актуальность. Увеличение скорости полиграфической и текстильной печати потребовало улучшения качества используемых красок. Неоднородность цветового покрытия формируется за счет наличия в краске частиц, склонных к миграции при изменении скорости их нанесения. Для устранения этого явления необходимо уменьшить размеры частиц пигмента и повысить адгезионные свойства частиц пигмента – лаковое связующее. Уменьшение размера частиц приведет к потере колористической концентрации. Адгезионные свойства частиц пигмента к связующему зависят от наличия водорастворимых примесей (хлоридов и сульфатов натрия), образующих на поверхности частицы пигмента микрокристаллы, наличие которых ухудшает смачиваемость частиц связующим и приводит к образованию агломератов.
Поэтому разработка способа, обеспечивающего удаление водорастворимых примесей с поверхности частиц пигментов, имеет как теоретическую, так и практическую значимость.
Предложенный способ удаления водорастворимых примесей из суспензий пигментов многократной репульпацией-декантацией с использованием в качестве промывной жидкости дисперсии наночастиц металлов позволяет получить пигменты
с низким содержанием водорастворимых примесей при одновременном снижении расхода промывной жидкости и уменьшении длительности процесса.
Работа выполнялась в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 – 2009 гг.); ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007 – 2012 гг.»
(государственный контракт № 02.513.11.3377 от 26 ноября 2007 г.); ФЦП «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России» (2010–2011 гг.) и в рамках программы «У.М.Н.И.К.», проект № 10155 от 01.02. 2010 г. НИОКР по теме № 1.
Целью работы является разработка способа удаления водорастворимых примесей из суспензий пигментов многократной репульпацией-декантацией с использованием в качестве промывной жидкости дисперсии наночастиц металлов, обеспечивающей десорбцию ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигмента.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие
задачи:
выявлены природа и концентрации примесей в суспензии Пигмента оранжевого Ж;
определены формы частиц Пигмента оранжевого Ж, их удельная поверхность и влияние на нее присутствия в суспензии водорастворимых примесей;
установлено влияние температуры процесса репульпации на скорость
десорбции ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигмента;
найдено количество промывной жидкости, обеспечивающей требуемое
содержание водорастворимых примесей в готовом продукте;
определена форма, гранулометрический состав наночастиц платины и никеля и их удельная поверхность;
исследован процесс десорбции ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигмента при использовании в качестве промывной жидкости дисперсий, содержащих наночастицы платины, никеля и их смесь при различной концентрации (0,005…0,1 мас. %) и температуре (4…40 С);
предложена физическая модель процесса переноса ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигментов в жидкую фазу и на поверхность наночастиц платины и никеля;
разработано математическое описание процесса переноса ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигментов в жидкую фазу и на поверхность наночастиц, позволяющее определить концентрации водорастворимых примесей
в жидкой фазе и на поверхности частиц пигмента в процессе репульпации, время процесса репульпации и количество циклов промывки;
осуществлена идентификация предложенного математического описания и проведена оценка его адекватности реальному процессу на промышленной установке.
Научная новизна работы заключается в том, что:
предложен способ удаления водорастворимых примесей с частиц пигмента многократной репульпацией-декантацией с использованием в качестве промывной жидкости дисперсии наночастиц платины и никеля;
предложена физическая модель процесса переноса ионов водорастворимых примесей, сорбированных на частицах пигмента, в жидкую фазу и на наночастицы платины и никеля, теоретическая обоснованность которой доказана квантово-химическими расчетами;
определены размеры, гранулометрический состав и удельная поверхность частиц пигмента и наночастиц платины и никеля;
определено влияние концентрации водорастворимых примесей в суспензии на удельную поверхность частиц пигмента;
разработано математическое описание процесса переноса ионов водорастворимых примесей с поверхности частиц пигмента в жидкую фазу суспензии и на поверхность наночастиц.
Практическая ценность результатов работы:
разработана методика определения концентрации водорастворимых примесей в суспензии пигментов ионоселективным методом;
предложена методика определения размеров частиц пигментов с использованием микроскопа отраженного света и лазерного анализатора размеров частиц;
разработана методика исследования кинетики процесса переноса водорастворимых примесей с частиц пигмента в жидкую фазу суспензии и на наночастицы металлов;
определены технологические параметры процесса многократной репульпации-декантации с использованием в качестве промывной жидкости дисперсии наночастиц металлов, позволяющие сократить объем промывных вод на 43% при достижении требуемых показателей качества готового продукта;
разработана инженерная методика расчета основных технологических параметров процесса удаления водорастворимых примесей многократной репульпацией-декантацией суспензии пигментов с использованием водной дисперсии наночастиц металлов, позволяющая определить количество промывной жидкости, необходимое для достижения требуемой концентрации водорастворимых примесей в готовом продукте, определить количество циклов промывки, время проведения процесса репульпации, концентрацию водорастворимых примесей в промывной жидкости и сгущенной суспензии в конце каждого цикла;
осуществлена идентификация разработанной инженерной методики и проверена ее адекватность реальному процессу на промышленной установке – расхождение между значениями, полученными расчетным и экспериментальным путем, составило 15%;
выданы рекомендации по организации процесса удаления водорастворимых примесей многократной репульпацией-декантацией суспензии пигментов с использованием водной дисперсии наночастиц металлов в производстве Пигмента оранжевого Ж в ОАО «Пигмент» г. Тамбова.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных научно-практических конференциях, семинарах и конкурсах: Вода – источник жизни (Павлодар, 2009), Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2009, Санкт-Петербург), Наука на рубеже тысячелетий (Тамбов, 2009), Актуальные проблемы естественных наук (Тамбов, 2010), Современные направления теоретических
и прикладных исследований (Одесса, 2010), Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-23 (Саратов, 2010), Приоритетные направления развития науки
и технологий (Тула, 2010), Научный потенциал XXI века (Ставрополь, 2011), конкурс аспирантов и молодых ученых в области энергосбережения в промышленности
(Новочеркасск, 2010).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, предусмотренных перечнем ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка используемых источников и приложений. Диссертация содержит 177 страниц машинописного текста, в том числе 71 рисунок и 11 таблиц. Список использованных источников включает 170 работ отечественных и зарубежных авторов.
