दृश्य: 0 लेखक: साइट संपादक प्रकाशित समय: 2024-12-31 मूल: साइट
टाइटेनियम डाइऑक्साइड (Tio₂) उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणों के साथ एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सफेद वर्णक है, जैसे कि उच्च अपवर्तक सूचकांक, मजबूत छिपने की शक्ति और अच्छी सफेदी। यह कोटिंग्स, प्लास्टिक, कागजात, स्याही और सौंदर्य प्रसाधनों सहित विभिन्न उद्योगों में व्यापक अनुप्रयोग पाता है। हालांकि, Tio₂ से जुड़ी प्रमुख चुनौतियों में से एक इसकी खराब फैलाव है। खराब फैलाव एग्लोमरेशन जैसे मुद्दों को जन्म दे सकता है, जो बदले में अंतिम उत्पादों के प्रदर्शन और गुणवत्ता को प्रभावित करता है। इस व्यापक अध्ययन में, हम टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फैलाव को प्रभावित करने वाले कारकों में गहराई तक पहुंचेंगे और इसे बेहतर बनाने के लिए विभिन्न रणनीतियों का पता लगाएंगे।
टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फैलाव कई कारकों से प्रभावित होती है, दोनों पिगमेंट के लिए आंतरिक और बाहरी दोनों।
Tio₂ कणों का आकार और आकार उनकी फैलाव को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आम तौर पर, छोटे कण आकार में बेहतर फैलाव होता है क्योंकि उनके पास वॉल्यूम अनुपात के लिए एक बड़ा सतह क्षेत्र होता है। उदाहरण के लिए, टाइटेनियम डाइऑक्साइड के नैनोकणों (आमतौर पर 1 - 100 एनएम की सीमा में) संभावित रूप से बड़े माइक्रोन -आकार के कणों की तुलना में बेहतर फैलाव की पेशकश कर सकते हैं। हालांकि, बहुत छोटे नैनोकणों में उच्च सतह ऊर्जा के कारण एग्लोमरेट की प्रवृत्ति भी हो सकती है। आकार के संदर्भ में, गोलाकार कणों को अक्सर अनियमित आकार के कणों की तुलना में बेहतर प्रवाह और फैलाव विशेषताओं के लिए माना जाता है। अनुसंधान डेटा से पता चलता है कि लगभग 20 एनएम के व्यास के साथ गोलाकार tio₂ नैनोकणों ने समान आकार की सीमा के अनियमित आकार के कणों की तुलना में पानी-आधारित कोटिंग प्रणाली में काफी बेहतर फैलाव का प्रदर्शन किया, जिसमें गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन तकनीकों द्वारा मापा गया लगभग 30% की कमी के साथ।
टाइटेनियम डाइऑक्साइड की सतह रसायन विज्ञान एक और महत्वपूर्ण कारक है। Tio₂ कणों की सतह में विभिन्न कार्यात्मक समूह हो सकते हैं, जैसे कि हाइड्रॉक्सिल समूह (-OH)। ये सतह समूह आसपास के माध्यम और अन्य कणों के साथ बातचीत कर सकते हैं। यदि बड़ी संख्या में हाइड्रॉक्सिल समूहों के कारण सतह अत्यधिक हाइड्रोफिलिक है, तो यह जलीय प्रणालियों में अच्छी तरह से फैला सकता है, लेकिन गैर-जलीय सॉल्वैंट्स में चुनौतियों का सामना कर सकता है। दूसरी ओर, यदि सतह बहुत अधिक हाइड्रोफोबिक है, तो यह पानी-आधारित योगों में ठीक से फैल नहीं सकता है। उदाहरण के लिए, मुख्य रूप से हाइड्रोफिलिक सतह के साथ अनुपचारित टाइटेनियम डाइऑक्साइड ने पानी में अच्छी प्रारंभिक फैलाव दिखाया, लेकिन एक कार्बनिक विलायक की एक छोटी मात्रा के अलावा जल्दी से एग्लोमरेट किया गया। सतह ग्राफ्टिंग या कोटिंग जैसी तकनीकों के माध्यम से सतह रसायन विज्ञान को संशोधित करने से फैलाव में काफी सुधार हो सकता है। अध्ययनों से पता चला है कि टियो नैनोकणों की सतह पर एक हाइड्रोफोबिक बहुलक को ग्राफ्ट करके, एक कार्बनिक विलायक-आधारित स्याही प्रणाली में उनकी फैलाव को बढ़ाया गया था, जिसमें एक माइक्रोस्कोप के तहत देखे गए बड़े एग्लोमेरेट्स के गठन में 50% से अधिक की कमी थी।
इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन भी Tio₂ की फैलाव को प्रभावित करते हैं। कई मामलों में, Tio₂ कण माध्यम के PH के आधार पर एक सतह आवेश प्राप्त कर सकते हैं। कुछ पीएच मानों पर, जिसे आइसोइलेक्ट्रिक पॉइंट (IEP) के रूप में जाना जाता है, कणों की शुद्ध सतह चार्ज शून्य है। IEP के आसपास, महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की अनुपस्थिति के कारण कणों को एग्लोमरेट होने की अधिक संभावना है। उदाहरण के लिए, एक सामान्य प्रकार के टाइटेनियम डाइऑक्साइड का आइसोइलेक्ट्रिक पॉइंट पीएच 6 के आसपास होता है। जब फैलाव माध्यम का पीएच 6 के करीब होता है, तो टियो कण एक साथ टकराते हैं। हालांकि, पीएच को IEP से दूर समायोजित करके, या तो अधिक अम्लीय या अधिक क्षारीय क्षेत्र में, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को कणों के बीच प्रेरित किया जा सकता है, जिससे उनकी फैलाव में सुधार होता है। एक Tio₂- आधारित पेंट फॉर्मूलेशन पर एक अध्ययन में, यह पाया गया कि PH 4 (अम्लीय क्षेत्र) में फैलाव के PH को बनाए रखने से, Tio₂ कणों के समूह में काफी कम हो गया था, जिससे एक चिकनी पेंट फिल्म के साथ बेहतर छिपने की शक्ति के साथ, जब PH IEP के करीब था।
टाइटेनियम डाइऑक्साइड के प्रभावी उपयोग के लिए अच्छे फैलाव के महत्व को देखते हुए, कई रणनीतियों को विकसित और पता लगाया गया है।
सतह संशोधन Tio₂ की फैलाव में सुधार करने के लिए एक शक्तिशाली दृष्टिकोण है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सतह रसायन विज्ञान को संशोधित करने से आसपास के माध्यम के साथ कणों की बातचीत को बदल सकता है। एक सामान्य विधि सतह ग्राफ्टिंग है, जहां एक बहुलक या अन्य कार्यात्मक अणु सहसंयोजक रूप से टियो कणों की सतह से जुड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, Tio₂ नैनोकणों की सतह पर एक पॉलीथीन ग्लाइकोल (PEG) श्रृंखला को ग्राफ्ट करना उन्हें अधिक हाइड्रोफिलिक बना सकता है और इस प्रकार जलीय प्रणालियों में उनकी फैलाव में सुधार हो सकता है। एक अन्य तकनीक सतह कोटिंग है, जहां एक अलग सामग्री की एक पतली परत tio₂ कणों की सतह पर जमा की जाती है। प्लास्टिक में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम डाइऑक्साइड के मामले में, एक सिलेन युग्मन एजेंट के साथ कणों को कोटिंग करने से प्लास्टिक मैट्रिक्स के साथ उनकी संगतता बढ़ सकती है और प्लास्टिक के भीतर उनकी फैलाव में सुधार हो सकता है। अनुसंधान से पता चला है कि एक विशिष्ट सिलेन कपलिंग एजेंट के साथ टियो ructions कणों को कोटिंग करके, परिणामस्वरूप प्लास्टिक समग्र की तन्यता ताकत को Tio₂ कणों के बेहतर फैलाव के कारण लगभग 20% तक बढ़ा दिया गया था, जो बदले में समग्र के समग्र यांत्रिक गुणों में सुधार हुआ था।
डिस्पर्सेंट्स ऐसे पदार्थ हैं जो विशेष रूप से टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसी पार्टिकुलेट सामग्री की फैलाव में सुधार करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वे कणों और आसपास के माध्यम के बीच सतह के तनाव को कम करके और स्टेरिक या इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण प्रदान करके काम करते हैं। विभिन्न प्रकार के डिस्पारेंट उपलब्ध हैं, जैसे कि आयनिक, cationic और nonionic डिस्पेंसर। उदाहरण के लिए, आयनिक डिस्पर्सेंट्स, टियो कणों को नकारात्मक शुल्क प्रदान करके काम करते हैं, जो तब इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। Tio₂ युक्त एक कोटिंग सूत्रीकरण में, एक anionic फैलाव का उपयोग कण आकार विश्लेषण द्वारा मापा गया कणों के समूह को 40% तक कम करने में सक्षम था। दूसरी ओर, नॉनोनिक डिस्पर्सेंट, मुख्य रूप से स्टेरिक बाधा के माध्यम से काम करते हैं। उनके पास लंबी बहुलक श्रृंखलाएं हैं जो टियो कणों को घेरती हैं और उन्हें एक दूसरे के साथ निकट संपर्क में आने से रोकती हैं। Tio₂- आधारित स्याही प्रणाली पर एक अध्ययन में, मुद्रण प्रक्रिया के दौरान Tio₂ कणों की फैलाव को बनाए रखने में एक नॉनोनिक डिस्पर्सेंट बहुत प्रभावी पाया गया, जिसके परिणामस्वरूप अधिक सुसंगत और जीवंत प्रिंट गुणवत्ता होती है।
टाइटेनियम डाइऑक्साइड के एग्लोमेरेट्स को तोड़ने और इसकी फैलाव में सुधार करने के लिए मैकेनिकल फैलाव एक और तरीका है। इसमें उच्च गति वाले मिक्सर, बॉल मिल्स और अल्ट्रासोनिक डिवाइस जैसे यांत्रिक उपकरणों का उपयोग शामिल है। हाई-स्पीड मिक्सर तीव्र कतरनी बल प्रदान कर सकते हैं जो बड़े एग्लोमेरेट्स को छोटे कणों में तोड़ सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक प्लास्टिक कंपाउंडिंग प्रक्रिया में जहां Tio₂ को शामिल किया जा रहा था, 10 मिनट के लिए 3000 rpm की घूर्णी गति पर एक उच्च गति वाले मिक्सर का उपयोग करके माइक्रोस्कोपी द्वारा मापा गया एग्लोमेरेट्स के औसत आकार को लगभग 50% तक कम करने में सक्षम था। बॉल मिलों ने कणों को पीसने के साथ -साथ गेंदों को पीसने के साथ कणों को पीसकर काम किया। दूसरी ओर, अल्ट्रासोनिक डिवाइस, अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करते हैं, जो गुहिकायन बुलबुले बनाने के लिए करते हैं जो तीव्र स्थानीय बलों को फंसाते हैं और उत्पन्न करते हैं जो एग्लोमेरेट्स को तोड़ सकते हैं। Tio₂ युक्त पानी-आधारित पेंट फॉर्मूलेशन पर एक अध्ययन में, 20 kHz की आवृत्ति पर 5 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक उपचार Tio₂ कणों की फैलाव में काफी सुधार करने में सक्षम था, नग्न आंखों द्वारा देखे गए लगभग 60% द्वारा दृश्यमान एग्लोमेरेट्स की संख्या में कमी के साथ।
ऊपर चर्चा की गई रणनीतियों की प्रभावशीलता को और अधिक स्पष्ट करने के लिए, आइए कुछ वास्तविक दुनिया के मामले के अध्ययन को देखें।
एक कोटिंग निर्माण कंपनी में, वे टाइटेनियम डाइऑक्साइड की खराब फैलाव के कारण अपने सफेद कोटिंग्स की गुणवत्ता के साथ मुद्दों का सामना कर रहे थे। Tio₂ कणों को एग्लोमेरेटिंग किया गया था, जिससे लेपित सतहों पर एक मोटा और असमान खत्म हो गया था। इस समस्या का समाधान करने के लिए, उन्होंने पहले Tio₂ कणों की सतह रसायन विज्ञान का विश्लेषण किया और पाया कि वे अपेक्षाकृत हाइड्रोफिलिक थे। उन्होंने सतह संशोधन और फैलाव के संयोजन का उपयोग करने का फैसला किया। उन्होंने कोटिंग राल के साथ अपनी संगतता में सुधार करने के लिए एक सिलेन कपलिंग एजेंट के साथ Tio₂ कणों को लेपित किया और फिर फैलाव को और बढ़ाने के लिए एक anionic फैलाव जोड़ा। इन परिवर्तनों को लागू करने के बाद, Tio₂ कणों का समूह काफी कम हो गया था। परिणामी कोटिंग्स में बहुत अधिक चिकनी खत्म हो गई, जिसमें छिपी हुई शक्ति और चमक के साथ। उत्पाद के साथ ग्राहकों की संतुष्टि में भी काफी वृद्धि हुई, जिससे कोटिंग कंपनी के लिए बाजार हिस्सेदारी में वृद्धि हुई।
एक प्लास्टिक निर्माता एक सफेद रंग प्राप्त करने के लिए अपने पॉलीथीन (पीई) उत्पादों में टाइटेनियम डाइऑक्साइड को शामिल कर रहा था। हालांकि, उन्होंने देखा कि Tio₂ कण प्लास्टिक मैट्रिक्स के भीतर समान रूप से फैल नहीं रहे थे, जो अंतिम उत्पादों के यांत्रिक गुणों को प्रभावित कर रहा था। इस मुद्दे को हल करने के लिए, उन्होंने सतह के संशोधन के बाद यांत्रिक फैलाव का विकल्प चुना। उन्होंने पहले टियो कणों के एग्लोमेरेट्स को तोड़ने के लिए एक हाई-स्पीड मिक्सर का इस्तेमाल किया। फिर, उन्होंने शेष कणों की सतह पर एक पॉलीइथाइलीन ग्लाइकोल (पीईजी) श्रृंखला को ग्राफ्ट किया ताकि उन्हें अधिक हाइड्रोफिलिक बनाया जा सके और पीई मैट्रिक्स के भीतर उनकी फैलाव में सुधार हुआ। नतीजतन, अंतिम प्लास्टिक उत्पादों के टूटने पर तन्यता ताकत और बढ़ाव में सुधार हुआ। उत्पादों में अधिक समान सफेद रंग भी था, जो उनके ग्राहकों के लिए अत्यधिक वांछनीय था। इससे बाजार में प्लास्टिक निर्माता की प्रतिस्पर्धा में वृद्धि हुई।
स्याही निर्माण उद्योग में, एक कंपनी को टाइटेनियम डाइऑक्साइड पिगमेंट की खराब फैलाव के कारण अपने सफेद स्याही की प्रिंट गुणवत्ता से परेशानी हो रही थी। Tio₂ कण मुद्रण प्रक्रिया के दौरान एकग्लॉमरेटिंग कर रहे थे, जिससे क्लोग्ड प्रिंट हेड्स और असंगत प्रिंट रंग थे। इस समस्या को दूर करने के लिए, उन्होंने अल्ट्रासोनिक उपचार के साथ -साथ एक नॉनोनिक डिस्पर्सेंट का उपयोग किया। भंडारण और हैंडलिंग के दौरान Tio₂ कणों की फैलाव को बनाए रखने के लिए नॉनोनिक डिस्पर्सेंट को स्याही सूत्रीकरण में जोड़ा गया था। अल्ट्रासोनिक उपचार तब भी किसी भी शेष एग्लोमेरेट्स को तोड़ने के लिए मुद्रण से पहले लागू किया गया था। इन उपायों को लागू करने के बाद, सफेद स्याही की प्रिंट गुणवत्ता में काफी सुधार हुआ था। प्रिंट हेड अनियंत्रित रहे, और रंग अधिक सुसंगत और जीवंत थे। इससे ग्राहकों की संतुष्टि में वृद्धि हुई और स्याही कंपनी के लिए व्यवसाय दोहराया।
जैसा कि टाइटेनियम डाइऑक्साइड को शामिल करने वाले उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों की मांग बढ़ती जा रही है, अनुसंधान और विकास के कई क्षेत्र हैं जो इस महत्वपूर्ण वर्णक की फैलाव में सुधार के लिए वादा करते हैं।
शोधकर्ता लगातार नई और उन्नत सतह संशोधन तकनीकों की खोज कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, टियो कणों की सतह को संशोधित करने के लिए प्लाज्मा उपचार का उपयोग सक्रिय अनुसंधान का एक क्षेत्र है। प्लाज्मा उपचार पारंपरिक सतह संशोधन विधियों की तुलना में अधिक नियंत्रित और सटीक तरीके से कणों की सतह पर विभिन्न कार्यात्मक समूहों को पेश कर सकता है। यह संभावित रूप से विभिन्न मीडिया में और भी बेहतर फैलाव का नेतृत्व कर सकता है। एक और उभरती हुई तकनीक टियो कणों पर एक जटिल सतह संरचना का निर्माण करने के लिए लेयर-बाय-लेयर असेंबली का उपयोग है। सामग्री और बयान के क्रम का सावधानीपूर्वक चयन करके, एक सतह बनाना संभव है जिसमें आसपास के माध्यम के साथ इष्टतम बातचीत हो, जिससे फैलाव में सुधार हो। प्रारंभिक अध्ययनों से पता चला है कि Tio₂ नैनोकणों की सतह को संशोधित करने के लिए लेयर-बाय-लेयर असेंबली का उपयोग करने से जलीय और गैर-जलीय दोनों प्रणालियों में एग्लोमरेशन में महत्वपूर्ण कमी हो सकती है, जिसमें विभिन्न उद्योगों जैसे सौंदर्य प्रसाधन और इलेक्ट्रॉनिक्स में संभावित अनुप्रयोग हैं।
उपन्यास डिस्पर्सेंट्स का विकास ध्यान का एक और क्षेत्र है। वैज्ञानिक ऐसे डिस्पर्सेंट्स को बनाने पर काम कर रहे हैं, जिन्होंने अलग-अलग मीडिया के साथ बेहतर संगतता, एग्लोमेशन को कम करने में उच्च दक्षता और लंबी अवधि की स्थिरता जैसे गुणों को बढ़ाया है। उदाहरण के लिए, पारंपरिक रासायनिक फैलाव के विकल्प के रूप में बायो-आधारित डिस्पारेंट्स का पता लगाया जा रहा है। ये बायो-आधारित डिस्पर्सेंट अक्षय स्रोतों जैसे पौधों या सूक्ष्मजीवों से प्राप्त किए जा सकते हैं। वे कम पर्यावरणीय प्रभाव और बेहतर बायोडिग्रेडेबिलिटी जैसे लाभ प्रदान कर सकते हैं। हाल के एक अध्ययन में, एक पौधे के अर्क से प्राप्त एक जैव-आधारित फैलाव को एक tio₂-आधारित पेंट फॉर्मुलेशन में परीक्षण किया गया था। परिणामों से पता चला कि जैव-आधारित फैलाव एक पारंपरिक रासायनिक फैलाव के रूप में Tio₂ कणों के समूह को एक समान हद तक कम करने में सक्षम था, जबकि बेहतर बायोडिग्रेडेबिलिटी विशेषताओं को भी दिखाता है, जो लंबे समय में पर्यावरण के लिए फायदेमंद हो सकता है।
भविष्य में, यह संभावना है कि टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फैलाव में सुधार करने का सबसे प्रभावी तरीका कई रणनीतियों के एकीकरण के माध्यम से होगा। उदाहरण के लिए, डिस्पर्सेंट्स और मैकेनिकल फैलाव के उपयोग के साथ सतह संशोधन का संयोजन संभावित रूप से अधिक व्यापक समाधान प्रदान कर सकता है। पहले Tio₂ कणों की सतह को संशोधित करके, फिर फैलाव को और अधिक बढ़ाने के लिए डिस्पर्सेंट्स को जोड़कर, और अंत में किसी भी शेष एग्लोमेरेट्स को तोड़ने के लिए यांत्रिक फैलाव का उपयोग करके, एक अत्यधिक छितरी हुई और स्थिर Tio₂ प्रणाली प्राप्त की जा सकती है। इस एकीकृत दृष्टिकोण को कुछ प्रारंभिक अध्ययनों में प्रभावी दिखाया गया है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए एक Tio₂-आधारित समग्र सामग्री पर एक अध्ययन में, सतह संशोधन (एक सिलेन युग्मन एजेंट का उपयोग करके) को एकीकृत करके, एक आयनिक डिस्पर्सेंट का उपयोग, और अल्ट्रासोनिक उपचार (यांत्रिक फैलाव) का उपयोग, Tio₂ कणों की फैलाव में काफी सुधार हुआ था, जो कि बेहतर विद्युत गुणों के लिए बेहतर था।
अंत में, टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फैलाव एक महत्वपूर्ण कारक है जो विभिन्न उद्योगों में इसके प्रदर्शन और अनुप्रयोग को प्रभावित करता है। खराब फैलाव से अंतिम उत्पादों की गुणवत्ता में वृद्धि और बाद में गिरावट हो सकती है। हमने उन कारकों का पता लगाया है जो कण आकार और आकार, सतह रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन सहित Tio₂ की फैलाव को प्रभावित करते हैं। हमने इसकी फैलाव में सुधार करने के लिए विभिन्न रणनीतियों पर भी चर्चा की है, जैसे कि सतह संशोधन, फैलाव का उपयोग, और यांत्रिक फैलाव। वास्तविक दुनिया के मामले के अध्ययन के माध्यम से, हमने इन रणनीतियों के व्यावहारिक कार्यान्वयन और प्रभावशीलता को देखा है। आगे देखते हुए, भविष्य के परिप्रेक्ष्य जैसे कि उन्नत सतह संशोधन तकनीक, उपन्यास डिस्पर्सेंट्स का विकास, और कई रणनीतियों के एकीकरण से टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फैलाव में सुधार के लिए आशाजनक रास्ते प्रदान करते हैं। इस क्षेत्र में निरंतर अनुसंधान और विकास इस महत्वपूर्ण वर्णक को शामिल करते हुए उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों की बढ़ती मांगों को पूरा करने के लिए आवश्यक होगा।
