المكونات المختلفة، مثل الأصباغ والحشو، والمضافات الكيماوية، crosslinkers ومعدلات الريولوجيا الخوض في الطلاء والطلاء الصيغ. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للتشتت والاستحلاب، deagglomeration والطحن لهذه المكونات في الطلاء.

يستخدم الموجات فوق الصوتية في صياغة الطلاء ل:

• استحلاب من البوليمرات في النظم المائية
• تفريق والطحن غرامة أصباغ
• تقليل حجم المواد النانوية في الطلاءات عالية الأداء

تنقسم الطلاءات إلى فئتين عريضتين: الراتنجات والطلاء التي تنقلها المياه والمذيبات. كل نوع له تحدياته الخاصة. الاتجاهات التي تدعو إلى الحد من المركبات العضوية المتطايرة وارتفاع أسعار المذيبات تحفز النمو في تقنيات طلاء الراتنج المنقولة بالمياه. يمكن أن يؤدي استخدام الموجات فوق الصوتية إلى تعزيز أداء هذه الأنظمة الصديقة للبيئة.

تركيبة طلاء محسنة بسبب الموجات فوق الصوتية

يمكن أن تساعد الموجات فوق الصوتية واضعي الطلاءات المعمارية والصناعية والسيارات والخشب على تعزيز خصائص الطلاء ، مثل قوة اللون والخدش والكراك ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية أو الموصلية الكهربائية. يتم تحقيق بعض خصائص الطلاء هذه من خلال تضمين مواد نانوية الحجم ، مثل أكاسيد المعادن (TiO₂، السيليكا، CERIA، أكسيد الزنك، …).

تساعد الموجات فوق الصوتية بشكل أكبر في إزالة الرغوة (الفقاعات المحاصرة) وإزالة الغاز (الغاز المذاب) من المنتجات عالية اللزوجة. اقرأ المزيد عن إزالة التهوية بالموجات فوق الصوتية وإزالة الغازات من السوائل!

نظرا لأنه يمكن استخدام تقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية على مستوى الإنتاج المختبري وسطح الطاولة والإنتاج الصناعي ، مما يسمح بمعدلات إنتاجية تزيد عن 10 أطنان / ساعة ، يتم تطبيقها في R&مرحلة D وفي الإنتاج التجاري. يمكن توسيع نطاق نتائج العملية بسهولة وخطية.

أجهزة الموجات فوق الصوتية HIELSCHER هي كفاءة كبيرة في استخدام الطاقة. تقوم الأجهزة بتحويل حوالي 80 إلى 90٪ من طاقة الإدخال الكهربائي 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

• استحلاب من البوليمرات في النظم المائية،
• تفريق والطحن غرامة أصباغ،
• و تخفيض حجم المواد النانوية.

بلمرة المستحلب باستخدام الصوتنة

تستخدم تركيبات الطلاء التقليدية كيمياء البوليمر الأساسية. التغيير في تكنولوجيا الطلاء القائم على الماء له تأثير على اختيار المواد الخام وخصائصها ومنهجيات الصياغة.

في بلمرة مستحلب التقليدية، على سبيل المثال لالطلاء التي تنقلها المياه، وبناء الجزيئات من المركز إلى السطح. العوامل الحركية تؤثر التجانس الجسيمات والتشكل.

المعالجة بالموجات فوق الصوتية يمكن استخدامها بطريقتين توليد المستحلبات البوليمر.

• من أعلى إلى أسفل: الاستحلاب/تشتيت جزيئات البوليمر من أكبر لتوليد أصغر الجسيمات بتخفيض حجم
• تصاعدياستخدام الموجات فوق الصوتية قبل أو أثناء بلمرة الجسيمات:

 

 

البوليمرات الجسيمات النانوية في Miniemulsions

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 العدد الكبير من المقصورات النانوية الصغيرة (مرحلة التشتت) في مستحلب كمفاعلات نانوية. في هذه ، يتم تصنيع الجسيمات بطريقة متوازية للغاية في القطرات الفردية المحصورة. في ورقتها ، تقدم Landfester (2001) البلمرة في المفاعلات النانوية في درجة عالية من الكمال لتوليد جزيئات متطابقة للغاية ذات حجم موحد تقريبا. تظهر الصورة أعلاه الجسيمات التي تم الحصول عليها بواسطة polyadd بمساعدة الموجات فوق الصوتية في مستحلبات صغيرة.

يمكن تصلب القطرات الصغيرة الناتجة عن تطبيق القص العالي (الموجات فوق الصوتية) والمستقرة بواسطة عوامل التثبيت (المستحلبات) ، عن طريق البلمرة اللاحقة أو عن طريق انخفاض درجة الحرارة في حالة المواد ذات درجة الحرارة المنخفضة الذوبان. نظرا لأن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تنتج قطرات صغيرة جدا ذات حجم موحد تقريبا في عملية الدفعات والإنتاج ، فإنها تسمح بالتحكم الجيد في حجم الجسيمات النهائي. من أجل بلمرة الجسيمات النانوية ، يمكن استحلاب المونومرات المحبة للماء في مرحلة عضوية ، والمونومرات الكارهة للماء في الماء.

عند تقليل حجم الجسيمات، تزداد مساحة سطح الجسيمات الكلية في نفس الوقت. توضح الصورة إلى اليسار العلاقة بين حجم الجسيمات ومساحة السطح في حالة الجسيمات الكروية. لذلك ، تزداد كمية الفاعل بالسطح اللازمة لتحقيق الاستقرار في المستحلب خطيا تقريبا مع إجمالي مساحة سطح الجسيمات. يؤثر نوع وكمية الفاعل بالسطح على حجم القطرة. يمكن الحصول على قطرات من 30 إلى 200nm باستخدام السطحي الأنيوني أو الكاتيوني.

أصباغ في الطلاء

الأصباغ العضوية وغير العضوية هي عنصر مهم في تركيبات الطلاء. من أجل تحقيق أقصى قدر من أداء الصباغ ، هناك حاجة إلى تحكم جيد في حجم الجسيمات. عند إضافة مسحوق الصباغ إلى الأنظمة المنقولة بالماء أو المذيبات أو الإيبوكسي ، تميل جزيئات الصباغ الفردية إلى تكوين تكتلات كبيرة. تستخدم تقليديا آليات القص العالية ، مثل خلاطات الدوار الثابت أو مصانع الخرز المحرض لكسر هذه التكتلات وطحن 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. الموجات فوق الصوتية تطحن جزيئات الصباغ الفردية عن طريق تصادم عالي السرعة بين الجسيمات. 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. يعطي تآكل الجسيمات الجسيمات المطحونة بالموجات فوق الصوتية سطحا أملسا. بشكل عام ، يؤدي الطحن والتشتت بالموجات فوق الصوتية إلى توزيع جسيمات دقيق الحجم وموحد.

 

غالبا ما يتفوق الطحن والتشتت بالموجات فوق الصوتية على الخلاطات عالية السرعة ومطاحن الوسائط حيث يوفر الصوتنة معالجة أكثر اتساقا لجميع الجسيمات. بشكل عام ، تنتج الموجات فوق الصوتية أحجام جسيمات أصغر وتوزيعا ضيقا لحجم الجسيمات (منحنيات طحن الصباغ). هذا يحسن الجودة الشاملة لتشتت الصباغ ، حيث تتداخل الجسيمات الأكبر عادة مع قدرة المعالجة واللمعان والمقاومة والمظهر البصري.

نظرا لأن طحن الجسيمات وطحنها يعتمد على تصادم الجسيمات بين الجسيمات نتيجة للتجويف بالموجات فوق الصوتية ، يمكن للمفاعلات بالموجات 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 البياني أدناه منحنيات توزيع حجم الجسيمات لإزالة تكتل ثاني أكسيد التيتانيوم Degussa anatase بواسطة الموجات فوق الصوتية. الشكل الضيق للمنحنى بعد الصوتنة هو سمة نموذجية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية.

المواد Nanosize في الطلاء عالية الأداء

تكنولوجيا النانو هي التكنولوجيا الناشئة تشق طريقها إلى العديد من الصناعات. وتستخدم المواد النانوية والمركبات النانوية في تركيبات الطلاء، على سبيل المثال لتعزيز مقاومة الكشط والخدش أو استقرار الأشعة فوق البنفسجية. التحدي الأكبر للتطبيق في الطلاء هو الحفاظ على الشفافية والوضوح واللمعان. لذلك ، تكون الجسيمات النانوية صغيرة جدًا لتجنب التداخل مع الطيف المرئي للضوء. بالنسبة للعديد من التطبيقات ، وهذا هو أقل بكثير من 100nm.

يصبح الطحن الرطب للمكونات عالية الأداء إلى نطاق نانومتر خطوة حاسمة في صياغة الطلاء النانوي. أي جزيئات تتداخل مع الضوء المرئي ، تسبب الضباب وفقدان الشفافية. لذلك ، هناك حاجة إلى توزيعات حجم ضيقة جدا. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة جدا للطحن الدقيق للمواد الصلبة. التجويف بالموجات فوق الصوتية / الصوتية في السوائل يسبب تصادمات عالية السرعة بين الجسيمات. تختلف الجسيمات نفسها عن مطاحن الخرز التقليدية ومطاحن الحصى ، فهي تتصل ببعضها البعض ، مما يجعل وسائط الطحن غير ضرورية.

الشركات، مثل Panadur (ألمانيا) استخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher لتشتت وإزالة تكتل المواد النانوية في الطلاء داخل العفن. انقر هنا لقراءة المزيد عن تشتت الموجات فوق الصوتية للطلاءات داخل العفن!

من أجل صوتنة السوائل أو المذيبات القابلة للاشتعال في البيئات الخطرة ، تتوفر معالجات معتمدة من ATEX. تعرف على المزيد حول جهاز الموجات فوق الصوتية المعتمد من Atex UIP1000-Exd!