كيفية خلط الورنيش بالمواد المالئة النانوية

يتطلب إنتاج الورنيش معدات خلط قوية قادرة على التعامل مع الجسيمات النانوية والأصباغ، التي يجب تشتيتها بصورة موحدة في التركيبة. وتُعد المجانسات بالموجات فوق الصوتية تقنية تشتيت عالية الكفاءة والموثوقية توفر توزيعًا متجانسًا للجسيمات النانوية داخل البوليمرات.

إنتاج الورنيش باستخدام خلاطات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية

يُوصف الورنيش بأنه طلاء أو غشاء واقٍ صافٍ وشفاف وصلب، يُحضَّر من الراتنجات (مثل الأكريليك والبولي يوريثان والألكيد والشيلاك)، وزيت جفوف، ومجفف معدني، ومذيبات متطايرة (مثل النافثا أو المذيب المعدني أو مخفف الطلاء). وعندما يجف الورنيش، يتبخر المذيب الذي يحتوي عليه، وتتأكسد المكونات المتبقية أو تتبلمر لتكوّن غشاءً شفافًا متينًا. ويُستخدم الورنيش غالبًا كطلاء واقٍ للأسطح الخشبية واللوحات والأشياء الزخرفية المختلفة، بينما يُستخدم الورنيش الذي يتصلب بالأشعة فوق البنفسجية في طلاء السيارات ومستحضرات التجميل والأغذية والعلوم وغيرها من المجالات.

تشتيت السيليكا النانوية في الورنيش بالموجات فوق الصوتية

من الأمثلة الشائعة على التشتيت بالموجات فوق الصوتية إدماج السيليكا الغروية، التي تُضاف عادةً لإكساب الورنيش خصائص ثيكسوتروبية.
فعلى سبيل المثال، يُظهر ورنيش البولي إيثر إيميد المحشو بالسيليكا النانوية زيادة في العمر الافتراضي تصل إلى ثلاثين ضعف عمر الورنيش القياسي. وتُحسّن السيليكا النانوية خصائص الورنيش، مثل موصليته الكهربائية وقوة عزله الكهربائي تحت التيار المستمر والمتناوب وقوة التصاقه. ولذلك تُستخدم أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لإنتاج الطلاءات الموصلة للكهرباء.
وتُعد معادن السيليكات الأخرى، مثل الولاستونيت والتلك والميكا والكاولين والفلسبار وسيانيت النيفيلين، مواد مالئة رخيصة تُستخدم على نطاق واسع بوصفها ما يُسمى بالأصباغ المالئة، التي تُضاف لتعديل الريولوجيا (اللزوجة) وثبات الترسيب وقوة الغشاء في الطلاءات.

تفوق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تشتيت المواد المالئة النانوية المثبت بالأبحاث

قارن Monteiro وآخرون (2014) تقنيات التشتيت الشائعة – وهي خلاط الدوار والعضو الثابت، ودافع Cowles، وجهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار – من حيث كفاءتها في تشتيت ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2، الأناتاز). وتبيّن أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية هي الأكثر كفاءة في تشتيت الجسيمات النانوية في الماء باستخدام متعدد الإلكتروليت التقليدي Na-PAA، وقد تفوقت بدرجة كبيرة على الخلط باستخدام الدوار والعضو الثابت أو دافع Cowles.
تفاصيل الدراسة: قورنت تقنيات تشتيت مختلفة لتحديد أكثرها فعالية في تكوين معلق مائي من nano-TiO2 ذي تكتلات مفككة جيدًا. واستُخدم ملح الصوديوم لحمض البولي أكريليك (Na-PAA)، المستخدم تقليديًا في الصناعة للمشتتات المائية لـ TiO2، بوصفه عامل تشتيت مرجعيًا. ويُظهر الشكل 1 توزيعات أحجام الجسيمات على أساس الحجم (PSD) التي تم الحصول عليها باستخدام جهاز تشتيت Cowles (30 min عند 2000 rpm)، وخلاط الدوار والعضو الثابت (30 min عند 14,000 rpm)، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار (Hielscher UIP1000hdT، 2 min عند سعة 50%). “عند استخدام جهاز تشتيت Cowles، كانت أحجام الجسيمات ضمن ثلاثة نطاقات مختلفة: 40–100 nm و350–1000 nm و1200–4000 nm. وتُهيمن التكتلات الأكبر بوضوح على التوزيع، مما يُظهر عدم كفاءة هذه التقنية. كما أعطى الدوار والعضو الثابت نتائج غير مُرضية، سواء أُضيفت الجسيمات النانوية دفعة واحدة أم تدريجيًا على مدار زمن الخلط. ويرتبط الاختلاف الرئيسي الملحوظ في نتيجة Cowles بانزياح القمة الوسطى نحو حجم جسيمات أكبر، واندماجها جزئيًا مع القمة الواقعة في أقصى اليمين. ومن ناحية أخرى، أدى استخدام الموجات فوق الصوتية إلى نتيجة أفضل بكثير، مع قمة ضيقة تتمركز عند 0.1 nm وقمتين أصغر بكثير ضمن النطاقين 150–280 nm و380–800 nm.”

توزيعات أحجام الجسيمات في المشتتات المائية لـ nano-TiO2 ‏(10mgmL−1، pH = 9) المُحضَّرة باستخدام تقنيات تشتيت مختلفة. وتنتج المعالجة بالموجات فوق الصوتية أصغر جسيمات TiO2 النانوية وأضيق منحنيات خفض حجم الجسيمات. وعند استخدام عامل التشتيت (Na-PAA)، كانت نسبته إلى nano-TiO2 تساوي 1:1.
(الدراسة والرسم: © Monteiro وآخرون، 2014)

TiO2 المجفف بالرش قبل الطحن بالموجات فوق الصوتية وبعده

تتفق هذه النتيجة مع عمل Sato وآخرين (2008)، الذي أفاد بتحقيق نتائج أفضل باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية مقارنةً بالتقنيات الأخرى لتشتيت جسيمات TiO2 النانوية في الماء. وتؤدي موجات الصدمة الناتجة عن التجويف الصوتي / فوق الصوتي إلى تصادمات شديدة الكثافة بين الجسيمات، وإلى طحن الجسيمات وتفكيك التكتلات بكفاءة لتكوين أجزاء موحدة على المقياس النانوي.
(راجع Monteiro وآخرين، 2014)

مجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لإنتاج الورنيش

عند استخدام الجسيمات النانوية والمواد المالئة النانوية في عمليات التصنيع الصناعي، مثل إنتاج الورنيش والطلاءات، يجب خلط المسحوق الجاف بصورة متجانسة في طور سائل. ويتطلب تشتيت الجسيمات النانوية تقنية خلط موثوقة وفعالة تُطبّق طاقة كافية لتفكيك التكتلات بهدف إظهار خصائص الجسيمات ذات المقياس النانوي. وتُعرف أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية بأنها أجهزة تشتيت قوية وموثوقة، ولذلك تُستخدم لتفكيك تكتلات مواد متنوعة، مثل السيليكا والأنابيب النانوية والغرافين والمعادن والعديد من المواد الأخرى، وتوزيعها بصورة متجانسة في طور سائل، مثل الراتنجات والإيبوكسيات ومركزات الأصباغ. وتصمم Hielscher Ultrasonics أجهزة تشتيت عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية وتصنعها وتوزعها لجميع أنواع تطبيقات التجانس وتفكيك التكتلات.
وعند إنتاج المشتتات النانوية، يُعد التحكم الدقيق في المعالجة بالموجات فوق الصوتية والمعالجة الموثوقة لمعلق الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية أمرين أساسيين للحصول على منتجات عالية الأداء. وتمنحك أجهزة المعالجة من Hielscher Ultrasonics تحكمًا كاملًا في جميع معلمات المعالجة المهمة، مثل الطاقة المُدخلة وشدة الموجات فوق الصوتية والسعة والضغط ودرجة الحرارة وزمن المكوث. وبذلك يمكنك ضبط المعلمات لتحقيق الظروف المثلى، مما يؤدي لاحقًا إلى مشتتات نانوية عالية الجودة، مثل معلقات السيليكا النانوية أو nano-TiO2.

لأي حجم / سعة: توفر Hielscher أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية ومجموعة واسعة من الملحقات. ويتيح ذلك تهيئة نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لتطبيقك وطاقتك الإنتاجية. فمن القوارير الصغيرة التي تحتوي على بضعة مليلترات إلى التيارات كبيرة الحجم التي تبلغ آلاف الغالونات في الساعة، توفر Hielscher الحل المناسب بالموجات فوق الصوتية لعمليتك.
اللزوجات العالية: تعالج أنظمة الموجات فوق الصوتية المركبة ضمن خط المعالجة بسهولة التركيبات الشبيهة بالعجائن، مثل مركزات الأصباغ، حيث يُخلط الصباغ بصورة موحدة وبمحتوى مرتفع من الجسيمات في مزيج من الملدّن والمونومر والبوليمر.
المتانة: أنظمتنا للموجات فوق الصوتية متينة وموثوقة. وقد صُممت جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher للتشغيل على مدار 24/7/365، وتتطلب قدرًا ضئيلًا جدًا من الصيانة.
سهولة الاستخدام: تتيح البرمجيات المتطورة لأجهزتنا للموجات فوق الصوتية اختيار إعدادات المعالجة بالموجات فوق الصوتية مسبقًا وحفظها لإجراء معالجة بسيطة وموثوقة. ويمكن الوصول بسهولة إلى القائمة البديهية عبر شاشة لمس رقمية ملونة. ويتيح التحكم عن بُعد عبر المتصفح التشغيل والمراقبة من خلال أي متصفح إنترنت. ويحفظ التسجيل التلقائي للبيانات معلمات العملية لكل دورة معالجة بالموجات فوق الصوتية على بطاقة SD مدمجة.
كفاءة ممتازة في استهلاك الطاقة: عند مقارنتها بتقنيات التشتيت البديلة، تتميز أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بكفاءة استثنائية في استهلاك الطاقة ونتائج متفوقة في توزيع أحجام الجسيمات.
جودة عالية ومتانة: تُعرف أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بجودتها وموثوقيتها ومتانتها. وHielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتمامًا خاصًا لأجهزة المعالجة عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مع CE وتلبي متطلبات UL وCSA وRoHs.

يعطيك الجدول أدناه مؤشرًا على السعة التقريبية للمعالجة بأجهزتنا للموجات فوق الصوتية: