Örtük tərkiblərinin hazırlanmasında ultrasəs

Örtük və boya tərkiblərinə piqmentlər, doldurucular, kimyəvi əlavələr, çarpaz bağlayıcılar və reologiya modifikatorları kimi müxtəlif komponentlər daxil edilir. Ultrasəs örtüklərdə bu cür komponentlərin dispersləşdirilməsi və emulsiyalaşdırılması, deaqlomerasiyası və üyüdülməsi üçün effektiv vasitədir.

Ultrasəs örtük tərkiblərinin hazırlanmasında aşağıdakı məqsədlərlə istifadə olunur:

• sulu sistemlərdə polimerlərin emulsiyalaşdırılması
• piqmentlərin dispersləşdirilməsi və incə üyüdülməsi
• yüksək funksional göstəricilərə malik örtüklərdə nanomaterialların ölçüsünün kiçildilməsi

Örtüklər iki geniş kateqoriyaya bölünür: su əsaslı və həlledici əsaslı qatranlar və örtüklər. Hər növün öz çətinlikləri var. Uçucu üzvi birləşmələrin (VOC) azaldılmasını tələb edən göstərişlər və həlledicilərin yüksək qiymətləri su əsaslı qatran örtük texnologiyalarının inkişafını stimullaşdırır. Ultrasəslə emalın istifadəsi bu cür ekoloji cəhətdən təmiz sistemlərin funksional göstəricilərini yaxşılaşdıra bilər.

Ultrasəslə emal sayəsində örtük tərkiblərinin təkmilləşdirilməsi

Ultrasəs memarlıq, sənaye, avtomobil və ağac örtüklərinin tərkiblərini hazırlayan mütəxəssislərə rəng intensivliyi, cızılmaya, çatlamaya və UV şüalarına davamlılıq və ya elektrik keçiriciliyi kimi örtük xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaqda kömək edə bilər. Bu örtük xüsusiyyətlərindən bəziləri nanoölçülü materialların, məsələn, metal oksidlərinin (TiO₂, silisium dioksid, serium dioksid, ZnO, …) əlavə edilməsi ilə əldə olunur.

Ultrasəs həmçinin yüksək özlülüklü məhsullarda köpüyün aradan qaldırılmasına (daxildə qalmış qabarcıqlar) və deqazasiyaya (həll olmuş qaz) kömək edir. Mayelərin ultrasəslə havasızlaşdırılması və deqazasiyası haqqında daha ətraflı oxuyun!

Ultrasəslə dispersləşdirmə texnologiyası laboratoriya, masaüstü avadanlıq və sənaye istehsalı səviyyəsində istifadə oluna bildiyinə və saatda 10 tondan artıq emal məhsuldarlığına imkan verdiyinə görə, elmi tədqiqat və işlənmə mərhələsində və kommersiya istehsalında tətbiq olunur. Proses nəticələri asanlıqla və xətti şəkildə daha böyük miqyasa keçirilə bilər.

Hielscher ultrasəs cihazları enerji baxımından çox səmərəlidir. Cihazlar daxil olan elektrik gücünün təxminən 80 ilə 90%-ni mayedə mexaniki fəaliyyətə çevirir. Bu, emal xərclərinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına gətirib çıxarır.

Aşağıdakı keçidlərə daxil olaraq yüksək güclü ultrasəsin aşağıdakı məqsədlərlə istifadəsi haqqında daha ətraflı oxuya bilərsiniz:

• sulu sistemlərdə polimerlərin emulsiyalaşdırılması,
• piqmentlərin dispersləşdirilməsi və incə üyüdülməsi,
• və nanomaterialların ölçüsünün kiçildilməsi.

Ultrasəslə emal vasitəsilə emulsiya polimerləşməsi

Ənənəvi örtük tərkiblərində əsas polimer kimyasından istifadə olunur. Su əsaslı örtük texnologiyasına keçid xammal seçiminə, xüsusiyyətlərə və tərkib hazırlama metodlarına təsir göstərir.

Ənənəvi emulsiya polimerləşməsində, məsələn, su əsaslı örtüklər üçün, hissəciklər mərkəzdən səthə doğru formalaşır. Kinetik amillər hissəciklərin homogenliyinə və morfologiyasına təsir göstərir.

Polimer emulsiyalarını yaratmaq üçün ultrasəslə emaldan iki üsulla istifadə oluna bilər.

• Yuxarıdan aşağıya: Emulsiyalaşdırma/dispersləşdirmə yolu ilə daha böyük polimer hissəciklərinin ölçüsünü kiçildərək daha kiçik hissəciklərin yaradılması
• Aşağıdan yuxarıya: Hissəciklərin polimerləşməsindən əvvəl və ya polimerləşmə zamanı ultrasəsdən istifadə

 

Bu videoda qazla yuyula bilən şkafda axın rejimində işləyən 2 kilovatt gücündə ultrasəs sistemini göstəririk. Hielscher kimya sənayesi, əczaçılıq, kosmetika, neft-kimya prosesləri, eləcə də həlledici əsaslı ekstraksiya prosesləri daxil olmaqla demək olar ki, bütün sənaye sahələrinə ultrasəs avadanlığı təchiz edir. Qazla yuyula bilən bu paslanmayan polad şkaf təhlükəli zonalarda işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu məqsədlə müştəri alışan qazların və ya buxarların şkafa daxil olmasının qarşısını almaq üçün hermetik şkafı azot və ya təmiz hava ilə yuya bilər.

 

Miniemulsiyalarda nanohissəcikli polimerlər

Miniemulsiyalarda hissəciklərin polimerləşməsi hissəcik ölçüsünə yaxşı nəzarət etməklə dispersləşdirilmiş polimer hissəciklərinin istehsalına imkan verir. K. Landfester (2001) tərəfindən təqdim edildiyi kimi, miniemulsiyalarda (nanoreaktorlar kimi də tanınır) nanoölçülü polimer hissəciklərinin sintezi polimer nanohissəciklərinin əmələ gəlməsi üçün əla üsuldur. Bu yanaşmada emulsiyadakı çoxsaylı kiçik nanobölmələrdən (dispers faza) nanoreaktorlar kimi istifadə olunur. Bunlarda hissəciklər ayrı-ayrı, məhdud həcmli damcıların daxilində yüksək dərəcədə paralel şəkildə sintez olunur. Landfester (2001) öz məqaləsində demək olar ki, eyni ölçülü, bir-birinə çox oxşar hissəciklərin yaradılması üçün nanoreaktorlarda polimerləşməni yüksək mükəmməllik səviyyəsində təqdim edir. Yuxarıdakı şəkildə miniemulsiyalarda ultrasəsin köməyi ilə poliaddisiya nəticəsində əldə edilən hissəciklər göstərilir.

Yüksək kəsici təsirin (ultrasəslə emalın) tətbiqi ilə yaradılan və stabilləşdirici maddələrlə (emulqatorlarla) stabilləşdirilən kiçik damcılar sonrakı polimerləşmə ilə və ya aşağı temperaturda əriyən materiallar halında temperaturun azaldılması ilə bərkidilə bilər. Ultrasəslə emal partiyalı emalda və istehsal prosesində demək olar ki, eyni ölçülü çox kiçik damcılar yarada bildiyinə görə, son hissəcik ölçüsünə yaxşı nəzarət etməyə imkan verir. Nanohissəciklərin polimerləşməsi üçün hidrofil monomerlər üzvi fazada, hidrofob monomerlər isə suda emulsiyalaşdırıla bilər.

Hissəcik ölçüsü kiçildikdə hissəciklərin ümumi səth sahəsi də eyni zamanda artır. Soldakı şəkil sferik hissəciklər halında hissəcik ölçüsü ilə səth sahəsi arasındakı əlaqəni göstərir. Buna görə də emulsiyanı stabilləşdirmək üçün lazım olan səthi aktiv maddənin miqdarı hissəciklərin ümumi səth sahəsi ilə demək olar ki, xətti şəkildə artır. Səthi aktiv maddənin növü və miqdarı damcı ölçüsünə təsir göstərir. Anion və ya kation səthi aktiv maddələrdən istifadə etməklə 30 ilə 200nm arasında ölçülü damcılar əldə edilə bilər.

Örtüklərdə piqmentlər

Üzvi və qeyri-üzvi piqmentlər örtük tərkiblərinin mühüm komponentidir. Piqmentin funksional göstəricilərini maksimuma çatdırmaq üçün hissəcik ölçüsünə yaxşı nəzarət etmək lazımdır. Piqment tozu su əsaslı, həlledici əsaslı və ya epoksi sistemlərə əlavə edildikdə ayrı-ayrı piqment hissəcikləri böyük aqlomeratlar əmələ gətirməyə meyilli olur. Bu cür aqlomeratları parçalamaq və ayrı-ayrı piqment hissəciklərini üyüdüb kiçiltmək üçün ənənəvi olaraq rotor-stator qarışdırıcıları və ya qarışdırıcılı muncuqlu dəyirmanlar kimi yüksək kəsici təsirli mexanizmlərdən istifadə olunur. Ultrasəslə emal örtüklərin istehsalında bu mərhələ üçün son dərəcə effektiv alternativdir.

Aşağıdakı qrafiklər ultrasəslə emalın mirvari parıltılı piqmentin ölçüsünə təsirini göstərir. Ultrasəs ayrı-ayrı piqment hissəciklərini hissəciklərarası yüksək sürətli toqquşmalar vasitəsilə üyüdür. Ultrasəslə emalın mühüm üstünlüyü kavitasiya nəticəsində yaranan kəsici qüvvələrin güclü təsiridir ki, bu da üyüdücü vasitələrdən (məsələn, muncuqlar, kürəciklər) istifadəni gərəksiz edir. Hissəciklər sürəti 1000km/hr-ə qədər çatan son dərəcə sürətli maye şırnaqları ilə sürətləndirildiyinə görə, güclü şəkildə toqquşur və kiçik parçalara bölünür. Hissəciklərin aşınması ultrasəslə üyüdülmüş hissəciklərə hamar səth verir. Ümumilikdə, ultrasəslə üyütmə və dispersləşdirmə incə və bərabər hissəcik paylanması ilə nəticələnir.

 

Ultrasəslə üyütmə və dispersləşdirmə çox vaxt yüksək sürətli qarışdırıcılardan və üyüdücü vasitəli dəyirmanlardan üstün olur, çünki ultrasəslə emal bütün hissəciklərin daha bərabər emalını təmin edir. Ümumiyyətlə, ultrasəslə emal daha kiçik hissəcik ölçüləri və dar hissəcik ölçüsü paylanması yaradır (piqmentlərin üyüdülmə əyriləri). Bu, piqment dispersiyalarının ümumi keyfiyyətini yaxşılaşdırır, çünki daha böyük hissəciklər adətən emal imkanlarına, parlaqlığa, davamlılığa və optik görünüşə mənfi təsir göstərir.

Hissəciklərin üyüdülməsi və xırdalanması ultrasəs kavitasiyası nəticəsində baş verən hissəciklərarası toqquşmalara əsaslandığına görə, ultrasəs reaktorları kifayət qədər yüksək bərk maddə konsentrasiyalarını (məsələn, konsentrat qarışıqları) emal edə və yenə də ölçünün kiçildilməsində yaxşı nəticələr verə bilər. Aşağıdakı cədvəldə TiO2-nin yaş üyüdülməsinin şəkilləri göstərilir.

Aşağıdakı qrafik Degussa anataz titan dioksidinin ultrasəslə deaqlomerasiyası üçün hissəcik ölçüsü paylanması əyrilərini göstərir. Ultrasəslə emaldan sonra əyrinin dar forması ultrasəslə emalın səciyyəvi xüsusiyyətidir.

Yüksək funksional göstəricilərə malik örtüklərdə nanoölçülü materiallar

Nanotexnologiya bir çox sənaye sahəsinə daxil olan inkişaf etməkdə olan texnologiyadır. Nanomateriallar və nanokompozitlər örtük tərkiblərində, məsələn, aşınmaya və cızılmaya davamlılığı və ya UV dayanıqlığını artırmaq üçün istifadə olunur. Örtüklərdə tətbiq üçün ən böyük çətinlik şəffaflığın, aydınlığın və parlaqlığın qorunmasıdır. Buna görə də işığın görünən spektrinə mane olmamaq üçün nanohissəciklər çox kiçik olmalıdır. Bir çox tətbiqdə bu ölçü 100nm-dən xeyli aşağıdır.

Yüksək funksional göstəricilərə malik komponentlərin nanometr diapazonuna qədər yaş üyüdülməsi nanomühəndislik üsulları ilə hazırlanmış örtüklərin tərkiblərinin hazırlanmasında həlledici mərhələyə çevrilir. Görünən işığa mane olan istənilən hissəciklər bulanıqlığa və şəffaflığın azalmasına səbəb olur. Buna görə də çox dar ölçü paylanmaları tələb olunur. Ultrasəslə emal bərk maddələrin incə üyüdülməsi üçün çox effektiv vasitədir. Mayelərdə ultrasəs / akustik kavitasiya hissəciklərarası yüksək sürətli toqquşmalara səbəb olur. Ənənəvi muncuqlu və çınqıllı dəyirmanlardan fərqli olaraq, hissəciklərin özləri bir-birini xırdalayır və üyüdücü vasitələri gərəksiz edir.

Məsələn, Panadur (Almaniya) kimi şirkətlər qəlibdaxili örtüklərdə nanomaterialların dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası üçün Hielscher ultrasəs cihazlarından istifadə edirlər. Qəlibdaxili örtüklərin ultrasəslə dispersləşdirilməsi haqqında daha ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!

Təhlükəli mühitlərdə alışan mayelərin və ya həlledicilərin ultrasəslə emalı üçün ATEX sertifikatlı emal cihazları mövcuddur. Atex sertifikatlı UIP1000-Exd ultrasəs cihazı haqqında daha ətraflı məlumat əldə edin!