Kako miješati lakove sa nanopunilima

Proizvodnja lakova zahtijeva moćnu opremu za miješanje koja može podnijeti nano-čestice i pigmente, koji se moraju ravnomjerno raspršiti u formulaciji. Ultrazvučni homogenizatori su visokoefikasna i pouzdana tehnika dispergovanja koja obezbeđuje homogenu distribuciju nanočestica u polimere.

Proizvodnja laka sa ultrazvučnim mikserima visokih performansi

Lak se opisuje kao prozirni, čvrsti zaštitni premaz ili film, koji je formuliran od smola (npr. akril, poliuretan, alkid, šelak), ulja za sušenje, sušača metala i isparljivih otapala (npr. benzin, mineralni špirit ili razrjeđivač ). Kada se lak osuši, rastvarač koji se nalazi u njemu isparava, a preostali sastojci oksidiraju ili polimeriziraju kako bi formirali izdržljiv prozirni film. Lakovi se uglavnom koriste kao zaštitni premazi za drvene površine, slike i razne dekorativne predmete, dok se UV očvršćujući lakovi koriste u automobilskim premazima, kozmetici, prehrambenoj, nauci i drugim granama.

Ultrazvučna disperzija nano-silicijum dioksida u laku

Uobičajeni primjer za ultrazvučno dispergiranje je ugradnja koloidnih silicijum dioksida, koji se obično dodaju za davanje lakova tiksotropnih svojstava.
Na primjer, polieterimidni lak punjen nano-silicijumom pokazuje produženi vijek trajanja do trideset puta duži od standardnog. Nano-silicijum poboljšava svojstva laka kao što su njegova električna provodljivost, DC i AC dielektrična čvrstoća i čvrstoća vezivanja. Ultrazvučni disperzatori se stoga široko koriste za proizvodnju električno provodljivih premaza.
Ostali silikatni minerali, volastonit, talk, liskun, kaolin, feldspat i nefelinski sienit su jeftina punila i naširoko se koriste kao tzv. ekstenzivni pigmenti, koji se dodaju da modificiraju reologiju (viskoznost), stabilnost sedimentacije i čvrstoću filma u premazima.

Istraživanja dokazana superiornost ultrazvučnih aparata za disperziju nanopunila

Monteiro et al. (2014) uporedio je uobičajene tehnologije dispergovanja – naime rotor-stator mikser, Cowles impeler i ultrazvučni raspršivač tipa sonde – u pogledu njihove efikasnosti u dispergovanju titanijum dioksida (TiO2, anataz). Pokazalo se da je ultrazvuk najefikasniji za raspršivanje nanočestica u vodi koristeći konvencionalni Na-PAA polielektrolit, i značajno je izvrsno miješanje s rotor-statorom ili Cowlesovim impelerom.
Detalji studije: Upoređene su različite tehnike disperzije kako bi se identifikovale najefikasnije u stvaranju dobro deaglomerirane nano-TiO2 vodene suspenzije. Kao referentni disperzant korišćena je natrijumova so poliakrilne kiseline (Na-PAA), koja se konvencionalno koristi u industriji za vodene disperzije TiO2. Slika 1 prikazuje raspodjelu zapreminske veličine čestica (PSD) dobijenu korištenjem Cowlesovog disperzatora (30 min pri 2000 o/min), miksera rotor-stator (30 min pri 14000 o/min) i ultrazvučnog tipa sonde (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri 50% amplitude). “Koristeći Cowles disperzer, veličine čestica bile su u tri različita raspona: 40–100 nm, 350–1000 nm i 1200–4000 nm. Veći aglomerati jasno dominiraju distribucijom, što pokazuje da je ova tehnika neefikasna. Rotor-stator je takođe dao nezadovoljavajuće rezultate, nezavisno od dodavanja nanočestica odjednom ili postepeno tokom vremena mešanja. Najveća razlika uočena u Cowlesovom rezultatu povezana je sa pomicanjem srednjeg vrha na veću veličinu čestica, djelimično spajajući se sa krajnjim desnim vrhom. S druge strane, upotreba ultrazvuka je dala mnogo bolji rezultat, sa uskim vrhom sa centrom na 0,1 nm i dva mnogo manja u rasponima od 150–280 nm i 380–800 nm.”

Raspodjela veličine čestica vodenih disperzija nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) pripremljenih različitim tehnikama disperzije. Ultrazvučna obrada daje najmanje nanočestice TiO2 i najuže krivulje smanjenja veličine čestica. Kada se koristio disperzant (Na-PAA), odnos prema nano-TiO2 bio je 1:1.
(studija i grafika: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 sušen raspršivanjem prije i poslije ultrazvučnog mljevenja

Ovaj rezultat se slaže s radom Sato et al. (2008), izvještavajući o boljim rezultatima s ultrazvučnom obradom nego s drugim tehnikama za dispergiranje nanovelikih TiO2 čestica u vodi. Udarni talasi stvoreni akustičnom/ultrazvučnom kavitacijom dovode do visoko intenzivnih sudara između čestica i efikasnog mlevenja i deaglomeracije čestica do ujednačenih fragmenata nano-razmera.
(usp. Monteiro et al., 2014.)

Ultrazvučni homogenizatori visokih performansi za proizvodnju lakova

Kada se nanočestice i nanopunila koriste u industrijskim proizvodnim procesima kao što je proizvodnja lakova i premaza, suhi prah mora biti homogeno pomiješan u tečnu fazu. Disperzija nano-čestica zahteva pouzdanu i efikasnu tehniku mešanja, koja koristi dovoljno energije da razbije aglomerate kako bi se oslobodili kvaliteti čestica nano-razmera. Ultrasonikatori su dobro poznati kao moćni i pouzdani disperzatori, stoga se koriste za deaglomeraciju i distribuciju različitih materijala kao što su silicijum dioksid, nanocevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tečnu fazu kao što su smole, epoksidi i master šarže pigmenta. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne disperzere visokih performansi za bilo koju vrstu primjene homogenizacije i deaglomeracije.
Kada je u pitanju proizvodnja nano-disperzija, precizna kontrola ultrazvuka i pouzdan ultrazvučni tretman suspenzije nanočestica su neophodni kako bi se dobili proizvodi visokih performansi. Hielscher Ultrasonics procesori daju vam potpunu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, pritisak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Na taj način možete prilagoditi parametre optimiziranim uvjetima, što potom dovodi do visokokvalitetnih nano-disperzija kao što su nanosilicijum ili nano-TiO2 suspenzija.

Za bilo koju zapreminu / kapacitet: Hielscher nudi ultrasonikatore i širok asortiman dodatne opreme. Ovo omogućava konfiguraciju idealnog ultrazvučnog sistema za vašu primenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica koje sadrže nekoliko mililitara do velikih protoka od hiljada galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
Visoki viskoznosti: Ultrazvučni inline sistemi lako obrađuju formulacije slične pastama, npr. master šarže pigmenta, gde se pigment meša sa visokim opterećenjem čestica jednolično u mešavini plastifikatora, monomera i polimera.
robusnost: Naši ultrazvučni sistemi su robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrasonikatori su napravljeni za 24/7/365 rad i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Jednostavnost korisnika: Razrađeni softver naših ultrazvučnih uređaja omogućava pred-selekciju i spremanje postavki sonikacije za jednostavnu i pouzdanu sonikaciju. Intuitivni meni je lako dostupan preko digitalnog ekrana osetljivog na dodir u boji. Daljinska kontrola pretraživača vam omogućava da upravljate i nadgledate preko bilo kojeg internet pretraživača. Automatsko snimanje podataka čuva parametre procesa bilo koje ultrazvučne obrade na ugrađenoj SD kartici.
Odlična energetska efikasnost: U poređenju sa alternativnim tehnologijama disperzije, Hielscher ultrasonikatori se ističu izvanrednom energetskom efikasnošću i superiornim rezultatima u distribuciji veličine čestica.
Visoka kvaliteta & robusnost: Hielscher ultrasonicatori su poznati po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: