Ultrazvuk za dispergiranje i mljevenje: boja & Pigmenti

Power ultrazvuk je dobro poznat po svom intenzivnom i precizno kontrolisanom efektu mlevenja i dispergovanja. Ovo čini ultrazvučne homogenizatore idealnim za proizvodnju pigmentnih pasta i formulacija boja. Industrijski ultrazvučni aparati pružaju vrlo ujednačenu distribuciju veličine čestica u mikronskom i nano opsegu. Obradite velike količine tokova visokog viskoziteta sa Hielscher sonikatorima kako biste postigli homogeno vlaženje, dispergiranje, deaglomeraciju i mljevenje!

Proizvodnja boja ultrazvukom

Poboljšajte svoje boje, boje i premaze uz pomoć ultrazvuka:

• Formulacija: Bilo visoke viskoznosti, velikog opterećenja česticama, na bazi vode ili otapala – s Hielscher industrijskim inline ultrasonicatorima možete obraditi bilo koju formulaciju.
• Mikronske i nano-veličine: Velike sile smicanja koje stvara akustična kavitacija smanjuju čestice na male prečnike čestica i osiguravaju jednoliku disperziju. Prilagođavanje parametara ultrazvučne obrade vašim zahtjevima za čestice i formulaciju omogućava pouzdanu proizvodnju pigmenata nano-veličine.
• Optička svojstva: Da bi se postigla ispravna optička svojstva, veličina čestica pigmenta se mora kontrolirati. Obično je neprozirnost u korelaciji s veličinom čestica: što je finija veličina čestice, to je veća neprozirnost. Na primjer, TiO2 se posebno obrađuje do veličine čestica od 0,20 do 0,3 mikrona, što je približno ekvivalentno jednoj polovini talasne dužine svjetlosti. Ultrazvučna obrada smanjuje TiO2 pigmente na njihovu optimalnu veličinu, tako da se postiže krajnje skrivanje.
• Čestice visokih performansi: Manje veličine čestica rezultiraju većom zasićenošću boja, postojanošću i stabilnošću boje. Intenzivne, a ipak precizno kontrolisane ultrazvučne sile omogućavaju proizvodnju modifikovanih i funkcionalizovanih nanočestica, kao što su obložene čestice, SWNT, MWCNT i čestice jezgra-ljuske. Takve čestice pokazuju jedinstvene karakteristike i podižu formulacije boja ili premaza na novi nivo kvaliteta i funkcionalnosti (npr. otpornost na UV zračenje, otpornost na ogrebotine, čvrstoću, ljepljivost, visoku otpornost na toplinu, infracrvenu i sunčevu refleksivnost).
• Modificirane čestice: Površinski modificirani pigmenti imaju vrlo nisku viskoznost pri visokim sadržajima pigmenta (2,5cP pri 10% čvrstih tvari), vrhunsku stabilnost suspenzije i visoku čistoću. Ultrazvučno potpomognuta funkcionalizacija čestica olakšava sintetizaciju pigmenata visokih performansi sa posebnim karakteristikama.

Pigmentne paste se melju i raspršuju uz pomoć ultrazvučne kavitacije i velike sile smicanja pokazuju značajno smanjenje veličine i ujednačenu distribuciju. Gornji grafikon pokazuje povećanje smanjenja veličine pri povećanju ultrazvučne energije.

Za proizvodnju boja, komponente kao što su pigmenti, veziva/tvorci filma, razrjeđivači/rastvarači, smole, punila i aditivi moraju se pomiješati u homogenu formulaciju. Pigmenti su odlučujuća komponenta koja boji daje boju. Najvažniji bijeli pigment je TiO2, koji se mora samljeti do optimalne veličine čestica između 0,2 i 0,3 mikrona u prečniku kako bi se pokazao željeni stepen bjeline, svjetline, neprozirnosti i vrlo visokog indeksa prelamanja. Ultrazvučne smične sile obezbeđuju veoma efikasnu i energetski efikasnu deaglomeraciju i disperziju TiO2 čestica (pogledajte sliku ispod).

TEM ultrazvučno dispergovane suspenzije nanočestica TiO2 sa različitim koncentracijama čvrste supstance. Sonikacija je izvedena korištenjem ultrasonikator UIP1000hdT
Lijevo: ulaz ultrazvučne energije 1,8 × 10⁵ J/L – Desno: ulaz ultrazvučne energije 5,4 × 10⁵ J/L
(Studija i slike: ©Fasaki et al., 2012.)

 
Ultrazvučno mljevenje i dispergiranje poboljšavaju kvalitet boje poboljšavajući njenu jačinu boje, gustoću, finoću mljevenja, disperziju i reologiju.

ultrazvučno raspršivanje & Uslovi brušenja

Kvalitet boja i premaza zavisi od homogene disperzije pigmenata. Hielscher Ultrasonics isporučuje efikasnu opremu za mljevenje i mljevenje za disperziju boje, posebno za formulacije s visokim sadržajem pigmenta. Mehanizam ultrazvučnih disperzatora za primjenu mljevenja, mljevenja, deaglomeracije i disperzije uglavnom se temelji na principu smicanja koji se stvara ultrazvučnom kavitacijom. Kavitacijske smične sile potrebne za disocijaciju čestica nastaju zbog visokih razlika tlaka, lokalnih vrućih tačaka i mlaza tekućine, što rezultira raspadom čestica sudarom između čestica.
Industrijski ultrazvučni disperzatori kao što je UIP16000hdT sa 16.000 vati po ultrazvučnoj sondi imaju kapacitet da obrađuju velike količine tokova boja i premaza.

Sonicirana boja krede na grindometru pokazuje savršeno ujednačenu deaglomeraciju i raspodjelu veličine čestica pigmenata

Disperzija nanočestica

Ultrazvučno mlevenje i dispergovanje je često jedina metoda za efikasnu obradu nanočestica kako bi se dobile jednostruko dispergovane primarne čestice. Mala veličina primarne čestice rezultira velikom površinom i korelira s izražavanjem jedinstvenih karakteristika i funkcionalnosti čestica. U isto vrijeme, manja veličina čestica je povezana s visokom površinskom energijom za veću agregaciju i reaktivnost, tako da su potrebne intenzivne ultrazvučne sile dispergiranja da bi se nano čestice homogeno raspršile u formulaciju.
Nadalje, ultrazvučna površinska obrada može modificirati nano čestice što dovodi do poboljšane disperzibilnosti, stabilnosti disperzije, hidrofobnosti i drugih karakteristika.
Istraživači su preporučili metodu ultrazvučne disperzije za nano čestice kao poželjno rješenje, “jer je materijal raspršen ultrazvučnom metodom mnogo čišći od materijala proizvedenog mljevenjem perli.” [Kim et al. 2010].

Tehnika ultrazvučne disperzije ima mnoge prednosti u poređenju sa tradicionalnim tehnologijama mlevenja kao što su mlinovi sa tri valjka, loptasti ili medijski mlinovi.

Pročitajte više o ultrazvučnoj homogenizaciji i dispergiranju pigmenata i boja za masterbatche i formulacije boja!

Caution: Video "duration" is missing

Literatura / Reference