الموجات فوق الصوتية في صياغة الطلاء
تدخل المكونات المختلفة ، مثل الأصباغ والحشوات والمضافات الكيميائية والوصلات المتشابكة ومعدلات الريولوجيا في تركيبات الطلاء والطلاء. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة لتشتت واستحلاب ، إزالة التكتل وطحن هذه المكونات في الطلاء.
يستخدم الموجات فوق الصوتية في صياغة الطلاء من أجل:
- استحلاب البوليمرات في الأنظمة المائية
- تشتيت وطحن الأصباغ
- تقليل حجم المواد النانوية في الطلاءات عالية الأداء
تنقسم الطلاءات إلى فئتين عريضتين: الراتنجات والطلاء المنقول بالماء والمذيبات. كل نوع له تحدياته الخاصة. تحفز التوجيهات التي تدعو إلى تقليل المركبات العضوية المتطايرة وارتفاع أسعار المذيبات النمو في تقنيات طلاء الراتنج المنقولة بالماء. استخدام الموجات فوق الصوتية يمكن أن يعزز أداء هذه الأنظمة الصديقة للبيئة.
تعزيز صياغة الطلاء بسبب الموجات فوق الصوتية
يمكن أن تساعد الموجات فوق الصوتية صانعي الطلاءات المعمارية والصناعية والسيارات والخشب على تعزيز خصائص الطلاء ، مثل قوة اللون والخدش والتشقق ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية أو التوصيل الكهربائي. يتم تحقيق بعض خصائص الطلاء هذه من خلال تضمين مواد بحجم النانو ، مثل أكاسيد المعادن (TiO2، السيليكا ، سيريا ، ZnO ، …).
نظرا لأنه يمكن استخدام تقنية التشتيت بالموجات فوق الصوتية على مستوى الإنتاج المختبري وعلى مقاعد البدلاء والإنتاج الصناعي ، مما يسمح بمعدلات إنتاجية تزيد عن 10 أطنان / ساعة ، يتم تطبيقها في R&المرحلة D وفي الإنتاج التجاري. يمكن توسيع نطاق نتائج العملية بسهولة وخطية.
أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher هي كفاءة الطاقة للغاية. تقوم الأجهزة بتحويل حوالي 80 إلى 90٪ من طاقة الإدخال الكهربائية إلى نشاط ميكانيكي في السائل. هذا يؤدي إلى انخفاض كبير في تكاليف المعالجة.
باتباع الروابط أدناه ، يمكنك قراءة المزيد حول استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الأداء ل
مستحلب البلمرة باستخدام Sonication
تستخدم تركيبات الطلاء التقليدية كيمياء البوليمر الأساسية. التغيير في تكنولوجيا الطلاء المائي له تأثير على اختيار المواد الخام وخصائصها ومنهجيات الصياغة.
في بلمرة المستحلب التقليدية ، على سبيل المثال للطلاءات المنقولة بالماء ، يتم بناء الجسيمات من المركز إلى سطحها. تؤثر العوامل الحركية على تجانس الجسيمات والتشكل.
يمكن استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية بطريقتين لتوليد مستحلبات البوليمر.
- من أعلى إلى أسفل: الاستحلاب/تفريق من جزيئات البوليمر الأكبر حجما لتوليد جزيئات أصغر عن طريق تقليل الحجم
- من أسفل إلى أعلىاستخدام الموجات فوق الصوتية قبل أو أثناء بلمرة الجسيمات:
البوليمرات النانوية في المستحلبات الصغيرة
تسمح بلمرة الجسيمات في المستحلبات الصغيرة بتصنيع جزيئات البوليمر المشتتة مع تحكم جيد في حجم الجسيمات. يعد تخليق جزيئات البوليمر النانوية في المستحلبات الصغيرة (المعروفة أيضا باسم المفاعلات النانوية) ، كما قدمها K. Landfester (2001) ، طريقة ممتازة لتشكيل الجسيمات النانوية البوليمرية. يستخدم هذا النهج عددا كبيرا من المقصورات النانوية الصغيرة (مرحلة التشتت) في المستحلب كمفاعلات نانوية. في هذه ، يتم تصنيع الجسيمات بطريقة متوازية للغاية في القطرات الفردية المحصورة. في ورقتها ، تقدم Landfester (2001) البلمرة في المفاعلات النانوية في الكمال العالي لتوليد جزيئات متطابقة للغاية ذات حجم موحد تقريبا. تظهر الصورة أعلاه الجسيمات التي تم الحصول عليها عن طريق الإضافة بمساعدة الموجات فوق الصوتية في المستحلبات الصغيرة.
يمكن تقوية القطرات الصغيرة الناتجة عن تطبيق القص العالي (الموجات فوق الصوتية) وتثبيتها بواسطة عوامل التثبيت (المستحلبات) عن طريق البلمرة اللاحقة أو عن طريق انخفاض درجة الحرارة في حالة المواد ذات درجة الحرارة المنخفضة الذوبان. كما ultrasonication يمكن أن تنتج قطرات صغيرة جدا من حجم موحد تقريبا في دفعة وعملية الإنتاج، فإنه يسمح لسيطرة جيدة على حجم الجسيمات النهائي. لبلمرة الجسيمات النانوية ، يمكن استحلاب المونومرات المحبة للماء إلى طور عضوي ، والمونومرات الكارهة للماء في الماء.
عند تقليل حجم الجسيمات ، تزداد مساحة سطح الجسيمات الإجمالية في نفس الوقت. توضح الصورة الموجودة على اليسار العلاقة بين حجم الجسيمات ومساحة السطح في حالة الجسيمات الكروية. لذلك ، تزداد كمية الفاعل بالسطح اللازمة لتثبيت المستحلب خطيا تقريبا مع إجمالي مساحة سطح الجسيمات. يؤثر نوع وكمية الفاعل بالسطح على حجم القطرة. يمكن الحصول على قطرات من 30 إلى 200 نانومتر باستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية أو الكاتيونية.
أصباغ في الطلاء
الأصباغ العضوية وغير العضوية هي عنصر مهم في تركيبات الطلاء. من أجل تعظيم أداء الصباغ ، هناك حاجة إلى تحكم جيد في حجم الجسيمات. عند إضافة مسحوق الصباغ إلى الأنظمة المنقولة بالماء أو المحمولة بالمذيبات أو الإيبوكسي ، تميل جزيئات الصباغ الفردية إلى تكوين تكتلات كبيرة. يتم استخدام آليات القص العالي ، مثل خلاطات الجزء الثابت الدوار أو مطاحن حبة المحرض تقليديا لكسر هذه التكتلات ولطحن جزيئات الصباغ الفردية. الموجات فوق الصوتية في بديل فعال للغاية لهذه الخطوة في تصنيع الطلاء.
توضح الرسوم البيانية أدناه تأثير الصوتنة على حجم صبغة بريق اللؤلؤ. تقوم الموجات فوق الصوتية بطحن جزيئات الصباغ الفردية عن طريق الاصطدام بين الجسيمات عالي السرعة. الميزة البارزة للموجات فوق الصوتية هي التأثير العالي لقوى القص التجويف ، مما يجعل استخدام وسائط الطحن (مثل الخرز واللؤلؤ) غير ضروري. عندما يتم تسريع الجسيمات بواسطة نفاثات سائلة سريعة للغاية تصل إلى 1000 كم / ساعة ، تصطدم بعنف وتتحطم إلى قطع صغيرة. كشط الجسيمات يعطي الجسيمات المطحونة بالموجات فوق الصوتية سطحا أملسا. بشكل عام ، ينتج عن الطحن والتشتت بالموجات فوق الصوتية توزيع جسيمات دقيق الحجم وموحد.
غالبا ما يتفوق الطحن والتشتيت بالموجات فوق الصوتية على الخلاطات عالية السرعة ومطاحن الوسائط حيث يوفر الصوتنة معالجة أكثر اتساقا لجميع الجزيئات. بشكل عام ، ينتج الموجات فوق الصوتية أحجام جسيمات أصغر وتوزيع ضيق لحجم الجسيمات (منحنيات طحن الصباغ). هذا يحسن الجودة الشاملة لمشتتات الصباغ ، حيث تتداخل الجسيمات الأكبر عادة مع قدرة المعالجة واللمعان والمقاومة والمظهر البصري.
نظرا لأن طحن الجسيمات وطحنها يعتمد على التصادم بين الجسيمات نتيجة للتجويف بالموجات فوق الصوتية ، يمكن للمفاعلات فوق الصوتية التعامل مع تركيزات صلبة عالية إلى حد ما (مثل الدفعات الرئيسية) ولا تزال تنتج تأثيرات جيدة لتقليل الحجم. يوضح الجدول أدناه صورا للطحن الرطب ل TiO2.
يوضح الرسم أدناه منحنيات توزيع حجم الجسيمات لإزالة تكتل ثاني أكسيد التيتانيوم Degussa anatase بواسطة الموجات فوق الصوتية. الشكل الضيق للمنحنى بعد صوتنة هو سمة نموذجية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية.
مواد نانوية الحجم في طلاءات عالية الأداء
تكنولوجيا النانو هي تقنية ناشئة تشق طريقها إلى العديد من الصناعات. يتم استخدام المواد النانوية والمركبات النانوية في تركيبات الطلاء ، على سبيل المثال لتعزيز مقاومة التآكل والخدش أو استقرار الأشعة فوق البنفسجية. التحدي الأكبر للتطبيق في الطلاء هو الحفاظ على الشفافية والوضوح واللمعان. لذلك ، تكون الجسيمات النانوية صغيرة جدا لتجنب التداخل مع الطيف المرئي للضوء. بالنسبة للعديد من التطبيقات ، يكون هذا أقل بكثير من 100 نانومتر.
يصبح الطحن الرطب للمكونات عالية الأداء إلى نطاق النانومتر خطوة حاسمة في صياغة الطلاءات المهندسة بالنانو. أي جزيئات تتداخل مع الضوء المرئي ، تسبب الضباب وفقدان الشفافية. لذلك ، هناك حاجة إلى توزيعات ضيقة الحجم للغاية. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للغاية للطحن الدقيق للمواد الصلبة. يتسبب التجويف بالموجات فوق الصوتية / الصوتية في السوائل في تصادم عالي السرعة بين الجسيمات. تختلف عن مطاحن الخرز التقليدية ومصانع الحصى ، فإن الجسيمات نفسها تتواصل مع بعضها البعض ، مما يجعل وسائط الطحن غير ضرورية.
الشركات ، مثل بانادور (ألمانيا) استخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher لتشتيت و deagglomeration من المواد النانوية في الطلاء في القالب. انقر هنا لقراءة المزيد عن التشتت بالموجات فوق الصوتية للطلاء داخل العفن!
لصوتنة السوائل أو المذيبات القابلة للاشتعال في البيئات الخطرة ، تتوفر معالجات معتمدة من ATEX. تعرف على المزيد حول الموجات فوق الصوتية المعتمدة من Atex UIP1000-Exd!
اتصل بنا! / اسألنا!
أدب
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001. 271-276.
- Landfester, K. (2001): The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.
- Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.