Ултразвук за диспергиране и шлайфане: боя & Пигменти

Мощният ултразвук е добре известен със своите интензивни и прецизно контролируеми фрезоващи и диспергиращи ефекти. Това прави ултразвуковите хомогенизатори идеални за производство на пигментни пасти и формулировки на бои. Индустриалните ултразвукови апарати осигуряват много равномерно разпределение на размера на частиците в микронния и нанодиапазона. Обработвайте големи обемни потоци с висок вискозитет с ултразвукораздавателите на Hielscher, за да постигнете хомогенно намокряне, диспергиране, деагломерация и фрезоване!

Производство на бои с ултразвук

Подобрете вашите бои, цветове и покрития с Sonication:

• Формулиране: Независимо дали има висок вискозитет, големи натоварвания с частици, водна или разтворителна основа – с индустриалните вградени ултразвукови апарати Hielscher можете да обработвате всяка формула.
• Микрон и наноразмер: Високите сили на срязване, генерирани от акустичната кавитация, намаляват частиците до миниатюрни диаметри на частиците и осигуряват равномерна дисперсия. Адаптирането на параметрите на ултразвука към вашите изисквания за частици и формула позволява надеждно производство на наноразмерни пигменти.
• Оптични свойства: За да се получат правилните оптични свойства, трябва да се контролира размерът на пигментните частици. Обикновено непрозрачността корелира с размера на частиците: колкото по-фин е размерът на частиците, толкова по-голяма е непрозрачността. Например, TiO2 се обработва специално до размер на частиците от 0,20 до 0,3 микрона, което е приблизително еквивалентно на половината от дължината на вълната на светлината. Ултразвукът намалява пигментите TiO2 до оптималния им размер, така че да се получи окончателно скриване.
• Високоефективни частици: По-малките размери на частиците водят до по-голяма наситеност на цветовете, консистенция на цвета и стабилност. Интензивните, но прецизно контролируеми ултразвукови сили позволяват производството на модифицирани и функционализирани наночастици, като частици с покритие, SWNT, MWCNT и частици от сърцевината. Такива частици показват уникални характеристики и издигат формулировките на боята или покритията до ново ниво на качество и функционалност (напр. UV устойчивост, устойчивост на надраскване, здравина, адхезивност, висока устойчивост на топлина, инфрачервена и слънчева отразяваща способност).
• Модифицирани частици: Повърхностно модифицираните пигменти имат много нисък вискозитет при високо натоварване на пигмента (2,5cP при 10% твърди частици), превъзходна стабилност на суспензията и висока чистота. Ултразвуково подпомаганата функционализация на частиците улеснява синтезирането на високоефективни пигменти със специални характеристики.

Пигментните пасти се смилат и диспергират с помощта на ултразвукова кавитация и силите на срязване показват значително намаляване на размера и равномерно разпределение. Графиката по-горе показва увеличаването на намаляването на размера при увеличаване на ултразвуковата енергия.

За производството на боя компонентите като пигменти, свързващи вещества / филмообразуватели, разредители / разтворители, смоли, пълнители и добавки трябва да се смесят заедно в хомогенна формула. Пигментите са определящият компонент, който придава цвета на боята. Най-важният бял пигмент е TiO2, който трябва да бъде смлян до оптимален размер на частиците между 0,2 и 0,3 микрона в диаметър, за да покаже желаната степен на белота, яркост, непрозрачност и много висок индекс на пречупване. Ултразвуковите сили на срязване осигуряват много ефективна и енергийно ефективна деагломерация и дисперсия на частиците TiO2 (вижте изображението по-долу).

TEM на ултразвуково диспергирана суспензия от наночастици TiO2 с различни концентрации на твърдо вещество. Соникацията е извършена с помощта на Ултразвуков уред UIP1000hdT
Вляво: ултразвукова входяща енергия 1,8 × 10⁵ Дж/Л – Вдясно: ултразвукова входяща енергия 5,4 × 10⁵ Дж/Л
(Проучване и изображения: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ултразвуковото фрезоване и диспергиране подобряват качеството на боята, като подобряват нейната сила на цвета, плътност, финост на смилане, дисперсия и реология.

ултразвуково диспергиране & Условия на смилане

Качеството на боите и покритията разчита на хомогенната дисперсия на пигментите. Hielscher Ultrasonics доставя ефективно оборудване за фрезоване и шлайфане за дисперсия на боята, особено за формулировки с високи пигментни натоварвания. Механизмът на ултразвуковите диспергатори за приложения за фрезоване, шлайфане, деагломерация и дисперсия се основава главно на принципа на срязване, генериран от ултразвукова кавитация. Кавитационните сили на срязване, необходими за дисоциацията на частиците, се произвеждат от високи разлики в налягането, локални горещи точки и течни струи, което води до разпадане на частиците чрез сблъсък между частиците.
Индустриалните ултразвукови диспергатори като UIP16000hdT с 16 000 вата на ултразвукова сонда имат капацитета да обработват потоци от бои и покрития с голям обем.

Сонираната тебеширена боя върху гриндометъра демонстрира идеално равномерната деагломерация и разпределението на частиците по размер на пигментите

Дисперсия на наночастици

Ултразвуковото смилане и диспергиране често е единственият метод за ефективна обработка на наночастици, за да се получат диспергирани първични частици. Малкият размер на първичните частици води до голяма повърхност и корелира с изразяването на уникални характеристики и функционалности на частиците. В същото време по-малкият размер на частиците е свързан с висока повърхностна енергия за по-тежка агрегация и реактивност, така че са необходими интензивни ултразвукови дисперсионни сили за разпръскване на наночастиците хомогенно във формулировката.
Освен това, ултразвуковата обработка на повърхността може да модифицира наночастиците, което води до подобрена диспергируемост, стабилност на дисперсия, хидрофобност и други характеристики.
Изследователите препоръчват метода на ултразвукова дисперсия за наночастици като предпочитано решение, “Тъй като материалът, диспергиран по ултразвуков метод, е много по-чист от този, получен чрез фрезоване на перли.” [Kim et al. 2010].

Техниката на ултразвукова дисперсия има много предимства в сравнение с традиционните технологии за фрезоване като тривалцови, топкови или медийни мелници.

Прочетете повече за ултразвуковата хомогенизация и диспергирането на пигменти и оцветители за мастербачи и формулировки на бои!

Caution: Video "duration" is missing

Литература / Препратки