Kako miješati lakove s nanopunilima

Proizvodnja lakova zahtijeva snažnu opremu za miješanje koja može obraditi nanočestice i pigmente, koji se moraju ravnomjerno dispergirati u formulaciju. Ultrazvučni homogenizatori su vrlo efikasna i pouzdana tehnika dispergiranja koja omogućava homogenu raspodjelu nanočestica u polimerima.

Proizvodnja lakova pomoću visokoučinkovitih ultrazvučnih miksera

Lak se opisuje kao providan, tvrd zaštitni premaz ili film, koji se formulira od smola (npr. akrilne, poliuretanske, alkidne, šelak), sušivog ulja, metalnog sikativa i hlapljivih otapala (npr. nafta, mineralni terpentin ili razrjeđivač). Kada se lak suši, otapalo koje sadrži isparava, a preostale sastojke oksidiraju ili polimeriziraju i tako tvore postojan providan film. Lakovi se uglavnom koriste kao zaštitni premazi za drvene površine, slike i razne dekorativne predmete, dok se UV-očvršćavajući lakovi koriste u automobilskim premazima, kozmetici, prehrambenoj industriji, nauci i drugim granama.

Ultrazvučna disperzija nanosilicijevog dioksida u laku

Uobičajen primjer ultrazvučnog dispergiranja je ugradnja koloidnih silicijevih dioksida, koji se obično dodaju kako bi lakovima dali tiksotropna svojstva.
Na primjer, poliéterimidni lak punjen nanosilicijevim dioksidom pokazuje do trideset puta duži vijek trajanja od standardnog laka. Nanosilicijev dioksid poboljšava svojstva laka, poput električne provodljivosti, dielektrične čvrstoće pri istosmjernoj i izmjeničnoj struji te čvrstoće prianjanja. Ultrazvučni dispergatori se stoga široko koriste za proizvodnju električno provodljivih premaza.
Ostali silikatni minerali, volastonit, talk, liskun, kaolin, feldspat i nefelinski sijenit, jeftina su punila i široko se koriste kao takozvani ekstenderski pigmenti, koji se dodaju radi modificiranja reologije (viskoznosti), stabilnosti na sedimentaciju i čvrstoće filma u premazima.

Znanstveno dokazana superiornost ultrazvučnih uređaja za dispergiranje nanopunila

Monteiro et al. (2014) usporedili su uobičajene tehnologije dispergiranja – odnosno rotor-stator mikser, Cowlesov impeler i ultrazvučni disperzer sondnog tipa – u pogledu njihove efikasnosti u dispergiranju titanijevog dioksida (TiO2, anataz). Pokazalo se da je ultrazvučna obrada najefikasnija za dispergiranje nanočestica u vodi uz upotrebu uobičajenog Na-PAA polielektrolita, te da značajno nadmašuje miješanje rotor-stator mikserom ili Cowlesovim impelerom.
Detalji studije: Uspoređene su različite tehnike dispergiranja kako bi se utvrdilo koja je najefikasnija u stvaranju dobro deaglomerirane vodene suspenzije nano-TiO2. Natrijeva sol poliakrilne kiseline (Na-PAA), koja se u industriji uobičajeno koristi za vodene disperzije TiO2, korištena je kao referentni dispergator. Sl. 1 prikazuje dobivene volumne raspodjele veličine čestica (PSD) pri upotrebi Cowlesovog disperzera (30 min pri 2000 o/min), rotor-stator miksera (30 min pri 14.000 o/min) i ultrazvučne obrade sondnog tipa (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri amplitudi od 50%). “Pri upotrebi Cowlesovog disperzera veličine čestica bile su u tri različita raspona: 40–100 nm, 350–1000 nm i 1200–4000 nm. Veći aglomerati jasno dominiraju raspodjelom, što pokazuje da je ova tehnika neefikasna. Rotor-stator je također dao nezadovoljavajuće rezultate, bez obzira na to jesu li nanočestice dodavane odjednom ili postupno tokom vremena miješanja. Glavna razlika uočena u Cowlesovom rezultatu povezana je s pomjeranjem srednjeg pika prema većoj veličini čestica, pri čemu se djelimično spaja s krajnjim desnim pikom. S druge strane, upotreba ultrazvuka dala je mnogo bolji rezultat, s uskim pikom centriranim na 0,1 nm i dva mnogo manja pika u rasponima 150–280 nm i 380–800 nm.”

Raspodjele veličine čestica vodenih disperzija nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) pripremljenih različitim tehnikama dispergiranja. Ultrazvučna obrada daje najmanje nanočestice TiO2 i najuže krivulje smanjenja veličine čestica. Kada je korišten dispergator (Na-PAA), omjer prema nano-TiO2 iznosio je 1:1.
(studija i grafikon: © Monteiro et al., 2014)

Raspršivanjem sušeni TiO2 prije i nakon ultrazvučnog mljevenja

Ovaj rezultat se slaže s radom Sato et al. (2008), koji izvještava o boljim rezultatima ultrazvučne obrade nego drugih tehnika za dispergiranje čestica TiO2 nanometarske veličine u vodi. Udarni talasi nastali akustičnom / ultrazvučnom kavitacijom dovode do vrlo intenzivnih sudara među česticama te efikasnog mljevenja i deaglomeracije čestica na ujednačene fragmente nanometarske skale.
(usp. Monteiro et al., 2014)

Visokoučinkoviti ultrazvučni homogenizatori za proizvodnju lakova

Kada se nanočestice i nanopunila koriste u industrijskim proizvodnim procesima, poput proizvodnje lakova i premaza, suhi prah se mora homogeno umiješati u tekuću fazu. Dispergiranje nanočestica zahtijeva pouzdanu i efikasnu tehniku miješanja, koja unosi dovoljno energije za razbijanje aglomerata kako bi se oslobodila svojstva čestica nanometarske skale. Ultrazvučni uređaji poznati su kao snažni i pouzdani dispergatori, pa se stoga koriste za deaglomeraciju i homogenu raspodjelu raznih materijala, poput silicijevog dioksida, nanocijevi, grafena, minerala i mnogih drugih materijala u tekuću fazu, kao što su smole, epoksidi i pigmentne master šarže. Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne dispergatore za sve vrste primjena homogenizacije i deaglomeracije.
Kada je riječ o proizvodnji nanodisperzija, precizna kontrola ultrazvučne obrade i pouzdana ultrazvučna obrada suspenzije nanočestica ključne su za dobivanje visokoučinkovitih proizvoda. Procesori kompanije Hielscher Ultrasonics daju vam potpunu kontrolu nad svim važnim procesnim parametrima, kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, pritisak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Na taj način parametre možete podesiti na optimalne uvjete, što posljedično dovodi do visokokvalitetnih nanodisperzija, poput suspenzija nanosilicijevog dioksida ili nano-TiO2.

Za bilo koji volumen / kapacitet: Hielscher nudi ultrazvučne uređaje i širok portfolio pribora. To omogućava konfiguraciju idealnog ultrazvučnog sistema za vašu primjenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica koje sadrže nekoliko mililitara do tokova velikog volumena od hiljada galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
Visoke viskoznosti: Ultrazvučni inline sistemi lako obrađuju formulacije nalik pastama, npr. pigmentne master šarže, u kojima se pigment pri visokom udjelu čestica ravnomjerno miješa u smjesi plastifikatora, monomera i polimera.
Robusnost: Naši ultrazvučni sistemi su robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7/365 i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Jednostavnost korištenja: Razrađen softver naših ultrazvučnih uređaja omogućava prethodni odabir i spremanje postavki ultrazvučne obrade za jednostavnu i pouzdanu ultrazvučnu obradu. Intuitivnom meniju lako se pristupa putem digitalnog ekrana osjetljivog na dodir u boji. Daljinsko upravljanje putem preglednika omogućava vam rad i nadzor putem bilo kojeg internetskog preglednika. Automatsko bilježenje podataka sprema procesne parametre svakog ciklusa ultrazvučne obrade na ugrađenu SD karticu.
Izvrsna energetska efikasnost: U usporedbi s alternativnim tehnologijama dispergiranja, Hielscher ultrazvučni uređaji ističu se izvanrednom energetskom efikasnošću i superiornim rezultatima u raspodjeli veličine čestica.
Visoka kvaliteta i robusnost: Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima koji imaju najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnost korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji usklađeni su sa CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tabela u nastavku daje vam okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: