Как да смесваме лакове с нанопълнители

Производството на лакове изисква мощно смесително оборудване, което може да обработва наночастици и пигменти, които трябва да бъдат равномерно диспергирани в състава. Ултразвуковите хомогенизатори представляват високоефективна и надеждна техника за диспергиране, която осигурява хомогенно разпределение на наночастиците в полимерите.

Производство на лакове с високопроизводителни ултразвукови смесители

Лакът се описва като бистро, прозрачно, твърдо защитно покритие или филм, чийто състав включва смоли (напр. акрилни, полиуретанови, алкидни, шеллак), съхнещо масло, метален сикатив и летливи разтворители (напр. нафта, минерален терпентин или разредител). При съхненето на лака съдържащият се в него разтворител се изпарява, а останалите съставки се окисляват или полимеризират, за да образуват траен прозрачен филм. Лаковете се използват предимно като защитни покрития за дървени повърхности, картини и различни декоративни предмети, докато UV-втвърдяващите се лакове се използват в автомобилните покрития, козметиката, хранителната промишленост, науката и други отрасли.

Ултразвуково диспергиране на наносилициев диоксид в лак

Често срещан пример за ултразвуково диспергиране е включването на колоидни силициеви диоксиди, които обикновено се добавят, за да придадат на лаковете тиксотропни свойства.
Например полиетеримиден лак с пълнител от наносилициев диоксид показва увеличен експлоатационен живот, до тридесет пъти по-дълъг от този на стандартен лак. Наносилициевият диоксид подобрява свойства на лака като електропроводимостта, диелектричната якост при постоянен и променлив ток и адхезионната якост. Поради това ултразвуковите диспергатори се използват широко за производството на електропроводими покрития.
Други силикатни минерали – воластонит, талк, слюда, каолин, фелдшпат и нефелинов сиенит – са евтини пълнители и се използват широко като т.нар. пигменти-пълнители, които се добавят за модифициране на реологията (вискозитета), седиментационната стабилност и якостта на филма в покритията.

Доказано чрез изследвания превъзходство на ултразвуковите апарати при диспергиране на нанопълнители

Monteiro и съавт. (2014) сравняват разпространени технологии за диспергиране – а именно роторно-статорен смесител, работно колело Cowles и ултразвуков диспергатор със сонда – по отношение на ефективността им при диспергиране на титанов диоксид (TiO2, анатаз). Ултразвуковата обработка се оказва най-ефективна за диспергиране на наночастиците във вода с използване на обичайния полиелектролит Na-PAA и значително превъзхожда смесването с роторно-статорен смесител или работно колело Cowles.
Подробности за изследването: Сравнени са различни техники за диспергиране, за да се установи най-ефективната за създаване на добре деагломерирана водна суспензия на нано-TiO2. Натриевата сол на полиакриловата киселина (Na-PAA), обичайно използвана в промишлеността за водни дисперсии на TiO2, е използвана като референтен диспергиращ агент. Фиг. 1 показва получените обемни разпределения на частиците по размер (PSD) при използване на диспергатор Cowles (30 min при 2000 rpm), роторно-статорен смесител (30 min при 14 000 rpm) и ултразвукова обработка със сонда (Hielscher UIP1000hdT, 2 min при 50% амплитуда). „При използване на диспергатор Cowles размерите на частиците са в три различни диапазона: 40–100 nm, 350–1000 nm и 1200–4000 nm. По-големите агломерати ясно доминират в разпределението, което показва, че тази техника е неефективна. Роторно-статорният смесител също дава незадоволителни резултати, независимо дали наночастиците се добавят наведнъж или постепенно по време на смесването. Основната разлика, наблюдавана в резултата от Cowles, е свързана с изместването на средния пик към по-голям размер на частиците, като той частично се слива с най-десния пик. От друга страна, използването на ултразвук дава много по-добър резултат, с тесен пик с център при 0,1 nm и два много по-малки пика в диапазоните 150–280 nm и 380–800 nm.“

Разпределения на частиците по размер във водни дисперсии на нано-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9), приготвени чрез различни техники за диспергиране. Ултразвуковата обработка дава най-малките наночастици TiO2 и най-тесните криви на намаляване на размера на частиците. При използване на диспергиращ агент (Na-PAA) съотношението му спрямо нано-TiO2 е 1:1.
(изследване и графика: © Monteiro и съавт., 2014)

TiO2, изсушен чрез разпръскване, преди и след ултразвуково смилане

Този резултат е в съответствие с работата на Sato и съавт. (2008), които съобщават за по-добри резултати при ултразвукова обработка в сравнение с други техники за диспергиране на наноразмерни частици TiO2 във вода. Ударните вълни, създадени от акустичната / ултразвуковата кавитация, водят до изключително интензивни сблъсъци между частиците и ефективно смилане и деагломерация на частиците до еднородни фрагменти с наномащабни размери.
(вж. Monteiro и съавт., 2014)

Високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за производство на лакове

Когато наночастици и нанопълнители се използват в промишлени производствени процеси, като производството на лакове и покрития, сухият прах трябва да бъде хомогенно смесен с течна фаза. Диспергирането на наночастици изисква надеждна и ефективна техника за смесване, която прилага достатъчно енергия за разрушаване на агломератите, за да се проявят качествата на наномащабните частици. Ултразвуковите апарати са добре познати като мощни и надеждни диспергатори, поради което се използват за деагломерация и хомогенно разпределяне на различни материали, като силициев диоксид, нанотръби, графен, минерали и много други материали, в течна фаза, като смоли, епоксидни смоли и пигментни концентрати. Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни ултразвукови диспергатори за всякакви приложения за хомогенизация и деагломерация.
При производството на нанодисперсии прецизният контрол на ултразвуковата обработка и надеждната ултразвукова обработка на суспензията от наночастици са от съществено значение за получаването на продукти с високи експлоатационни характеристики. Процесорите на Hielscher Ultrasonics ви предоставят пълен контрол върху всички важни параметри на обработката, като вложена енергия, ултразвуков интензитет, амплитуда, налягане, температура и време на престой. По този начин можете да настроите параметрите за оптимизирани условия, което впоследствие води до висококачествени нанодисперсии, като суспензии на наносилициев диоксид или нано-TiO2.

За всеки обем / капацитет: Hielscher предлага ултразвукови апарати и широка гама от принадлежности. Това позволява конфигурирането на идеалната ултразвукова система за вашето приложение и производствен капацитет. От малки флакони, съдържащи няколко милилитра, до потоци с голям дебит от хиляди галони на час, Hielscher предлага подходящото ултразвуково решение за вашия процес.
Висок вискозитет: Ултразвуковите системи за обработка в поток лесно обработват пастообразни състави, напр. пигментни концентрати, при които пигментът се смесва равномерно при високо съдържание на частици в смес от пластификатор, мономер и полимер.
Устойчивост: Нашите ултразвукови системи са устойчиви и надеждни. Всички ултразвукови апарати Hielscher са конструирани за работа 24/7/365 и изискват много малко поддръжка.
Удобство при използване: Усъвършенстваният софтуер на нашите ултразвукови устройства позволява предварителен избор и запаметяване на настройките за ултразвукова обработка, за да бъде тя лесна и надеждна. Интуитивното меню е леснодостъпно чрез цифров цветен сензорен дисплей. Дистанционното управление чрез браузър ви позволява да управлявате и наблюдавате работата чрез всеки интернет браузър. Автоматичното записване на данни съхранява параметрите на процеса при всеки цикъл на ултразвукова обработка върху вградена SD карта.
Отлична енергийна ефективност: В сравнение с алтернативните технологии за диспергиране ултразвуковите апарати Hielscher се отличават с изключителна енергийна ефективност и превъзходни резултати по отношение на разпределението на частиците по размер.
Високо качество и устойчивост: Ултразвуковите апарати Hielscher са признати за своето качество, надеждност и устойчивост. Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати, които се отличават с най-съвременна технология и удобство при използване. Разбира се, ултразвуковите апарати Hielscher съответстват на CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: