噴墨油墨的顆粒濃度監測

AccuSizer ®

概述

噴墨油墨是顏料在溶液中的膠體分散體。顏料的適當分散是必要的，以避免由于結塊而導致的沉淀、不穩定或噴墨噴嘴故障。確保最佳的配方和制造工藝需要一種可靠的方法來確定最終產品的粒度分布。Entegris AccuSizer® 單顆粒光學傳感技術 （SPOS） 系統非常適合確定最終噴墨墨水是否包含過大顆粒，這些顆粒會帶來噴頭堵塞并導致其他性能下降的風險。本應用說明展示了 Entegris AccuSizer 解決噴墨墨水制造挑戰的幾個示例。

介紹

配制到噴墨油墨中的顏料通常分散成小粒徑（在大約 50 到 200 nm 之間，具體取決于應用），并且需要使其膠體穩定。膠體穩定性可以通過表面改性以形成足夠的表面電荷（zeta 電位）或通過將某些化合物吸附在顏料顆粒表面（空間穩定）來實現。

顏料顆粒的大小至關重要，因為大顆粒可能會堵塞噴嘴和通道，從而損壞打印頭。控制大顆粒含量 （>0.5–1.0 μm）需要一種對少量大顆粒（分布的尾部）敏感的技術。

圖1. AccuSizer A7000 AD。

顆粒大小和計數技術

有幾種方法可以確定油墨分散體的平均粒徑，例如動態光散射 （DLS），但大多數方法無法確定少量超大粒徑的材料。基于對單個顆粒進行定量和計數的方法特別適合這種類型的分析，在這種類型分析中，即使是少量的異常值也會在此過程中進行定量和計數。

AccuSizer SPOS系統是量化噴墨墨水中存在的大顆粒尾部的大小和濃度的理想選擇。根據系統中的傳感器選型，AccuSizer 可以覆蓋 0.15 – 400 μm 的動態范圍。圖 1 所示的系統包括標準的 LE400 光阻結合光散射傳感器，該傳感器測量范圍為 0.5–400 μm，安裝在 AD 進樣器中，可自動將樣品稀釋至最佳測量濃度。

應用實例1：攪拌效果

影響顏料分散的因素有很多，其中之一就是攪拌時間。確定最佳攪拌時間非常重要，以減少分散體中過大顆粒的數量。監測攪拌時間也很重要，因為過度均質化會導致粒徑增加。

分析品紅色和青色兩種顏料分散體，以監測攪拌時間對超大顆粒的影響。圖 2 和圖 3 顯示了攪拌 50、70 和 90 分鐘的洋紅色樣品的結果。尾部顆粒從4×106個/mL減少到2×105顆/mL。

圖2.攪拌對品紅色樣品的影響

圖3.洋紅色樣品的縱坐標放大圖

>1 μm 大顆粒濃度：

50分鐘：4×106粒/mL

70分鐘：5×105粒/mL

90分鐘：2×105粒/mL

圖4所示的青色樣品隨著攪拌時間的延長過大顆粒數量而減少。只需再攪拌 10 分鐘，顆粒濃度從 900 萬個顆粒/mL 降低到大約 300 萬個顆粒/mL。

圖4.攪拌對青色樣品的影響

應用實例2：過濾效果

此示例顯示了使用 2 微米和 5 微米過濾器過濾噴墨墨水的過濾測試結果，請參見圖 5。兩種過濾器都顯示出>1微米顆粒濃度的提高。未過濾的樣品含有大于 1 微米的顆粒 >100,000 個顆粒/mL，而 5 微米和 2 微米分別含有 ~70,000 和 ~20,000 個顆粒/mL。

圖5. 過濾對噴墨墨水的影響

結論

AccuSizer 780 是量化噴墨墨水中大顆粒尾部大小和濃度的理想系統。在本文件中，研究了攪拌和過濾對尾部顆粒濃度的影響，該系統既可以用作一般的質量保證工具，也可以用作研究最佳工藝條件的工藝開發工具。根據應用要求，可提供各種傳感器和配置。