Různé složky, jako jsou pigmenty, plniva, chemické přísady, zesíťovací činidla a modifikátory reologie jít do nátěrových a nátěrových prostředků. Ultrazvuk je účinný prostředek pro rozptýlení a emulgační, rozdružování a frézování těchto složek v povlacích.

Ultrazvuk se používají při výrobě povlaků pro:

• emulgace polymerů ve vodných systémech
• dispergační a jemné mletí pigmentů
• zmenšení velikosti nanomateriálů ve vysoce výkonných nátěrových hmotách

Povlaky spadají do dvou širokých kategorií: pryskyřice a nátěry na bázi vody a rozpouštědel. Každý typ má své vlastní výzvy. Pokyny vyzývající ke snížení VOC a vysokým cenám rozpouštědel stimulují růst technologií povlakování vodou ředitelnou pryskyřicí. Použití ultrazvuku může zvýšit výkon takových ekologických systémů.

Vylepšená formulace povlaku díky ultrazvuku

Ultrazvuk může pomoci formulátorům architektonických, průmyslových, automobilových a dřevěných nátěrů ke zlepšení vlastností nátěru, jako je pevnost barev, poškrábání, praskliny a odolnost proti UV záření nebo elektrická vodivost. Některé z těchto charakteristik povlaku jsou dosaženy zahrnutím nano-velkých materiálů, např. oxidů kovů (TiO₂, Oxid křemičitý, Ceria, ZnO, …).

Ultrazvuk dále pomáhá při odmlžování (zachycené bubliny) a odplynění (rozpuštěný plyn) vysoce viskózních produktů. Přečtěte si více o ultrazvukovém odvzdušňování a odplynění kapalin!

Vzhledem k tomu, že ultrazvuková disperzní technologie může být použita na laboratorní, stolní a průmyslové úrovni výroby, což umožňuje rychlost průchodnosti nad 10 tun za hodinu, používá se v R&D fáze a v komerční produkci. Výsledky procesu lze snadno a lineárně škálovat.

Hielscher ultrazvukové přístroje jsou velmi energeticky účinné. Zařízení přeměňují cca 80 až 90% elektrického příkonu na mechanickou aktivitu v kapalině. To vede k podstatně nižším nákladům na zpracování.

Po níže uvedených odkazech si můžete přečíst více o použití vysoce výkonného ultrazvuku pro

• emulgace polymerů ve vodných systémech,
• dispergační a jemné mletí pigmentů,
• a velikost snížení nanomateriálů,

Polymerace emulze pomocí sonikace

Tradiční nátěrové hmoty používají základní polymerní chemii. Přechod na technologii povlakování na vodní bázi má dopad na výběr surovin, vlastnosti a metodiky formulace.

V konvenční emulzní polymerací, např. pro výrobu vodou ředitelných nátěrových hmot, částice jsou postaveny z centra na jejich povrchu. Kinetické faktory ovlivňují homogenitu a morfologii částic.

Ultrazvukový zpracování mohou být použity dvěma způsoby generování polymerové emulze.

• Vzhůru nohama: emulgační/dispergační větších polymerních částic pro vytvoření menších částic redukcí velikosti
• Zdola nahoru: Použití ultrazvuku před nebo během polymerace částic

 

 

Nanočásticové Polymery v Miniemulsions

Polymerace částic v miniemulzích umožňuje výrobu dispergovaných polymerních částic s dobrou kontrolou velikosti částic. Syntéza nanočásticových polymerních částic v miniemulzích (také známých jako nanoreaktory), jak ji představil K. Landfester (2001), je vynikající metodou pro tvorbu polymerních nanočástic. Tento přístup využívá vysoký počet malých nanokompartmentů (disperzní fáze) v emulzi jako nanoreaktory. V nich jsou částice syntetizovány vysoce paralelním způsobem v jednotlivých, uzavřených kapičkách. Landfester (2001) ve svém článku představuje polymeraci v nanoreaktorech ve vysoké dokonalosti pro generování vysoce identických částic téměř jednotné velikosti. Obrázek nahoře ukazuje částice získané ultrazvukem asistovanou polyadicí v miniemulzích.

Malé kapičky generované aplikací vysokého smyku (ultrazvuku) a stabilizované stabilizačními činidly (emulgátory) mohou být vytvrzeny následnou polymerací nebo poklesem teploty v případě nízkoteplotních tavících materiálů. Vzhledem k tomu, že ultrazvuku může produkovat velmi malé kapičky téměř jednotné velikosti v dávkovém a výrobním procesu, umožňuje dobrou kontrolu nad konečnou velikostí částic. Pro polymeraci nanočástic mohou být hydrofilní monomery emulgovány do organické fáze a hydrofobní monomery ve vodě.

Při zmenšování velikosti částic se současně zvětšuje celková plocha povrchu částic. Obrázek vlevo ukazuje korelaci mezi velikostí částic a plochou povrchu v případě sférických částic. Proto se množství povrchově aktivní látky potřebné ke stabilizaci emulze zvyšuje téměř lineárně s celkovou plochou povrchu částic. Typ a množství povrchově aktivní látky ovlivňuje velikost kapiček. Kapičky 30 až 200 nm lze získat pomocí aniontových nebo kationtových povrchově aktivních látek.

Pigmenty v nátěrech

Organické a anorganické pigmenty jsou důležitou složkou nátěrových hmot. Aby se maximalizoval výkon pigmentu, je nutná dobrá kontrola nad velikostí částic. Při přidávání pigmentového prášku do vodou ředitelných, rozpouštědlových nebo epoxidových systémů mají jednotlivé pigmentové částice tendenci tvořit velké aglomeráty. Vysokosmykové mechanismy, jako jsou míchačky rotor-stator nebo míchací housenky, se běžně používají k rozbití takových aglomerátů a k mletí jednotlivých pigmentových částic. Ultrazvuku v extrémně účinné alternativě pro tento krok při výrobě povlaků.

Níže uvedené grafy ukazují dopad sonikace na velikost pigmentu lesku perly. Ultrazvuk brousí jednotlivé pigmentové částice vysokorychlostní kolizí mezi částicemi. Významnou výhodou ultrazvuku je vysoký dopad kavitačních smykových sil, což činí použití brusných médií (např. Korálky, perly) zbytečné. Jak jsou částice urychlovány extrémně rychlými proudy kapaliny až do rychlosti 1000 km / h, prudce se srazí a roztříští se na malé kousky. Oděr částic dává ultrazvukem frézovaným částicím hladký povrch. Celkově ultrazvukové frézování a disperze vede k jemné velikosti a rovnoměrné distribuci částic.

 

Ultrazvukové frézování a dispergace často vyniká vysokorychlostními mixéry a mlýny na média, protože sonikace poskytuje konzistentnější zpracování všech částic. Obecně platí, že ultrazvuku produkuje menší velikosti částic a úzkou distribuci velikosti částic (křivky frézování pigmentu). To zlepšuje celkovou kvalitu pigmentových disperzí, protože větší částice obvykle narušují zpracovatelskou schopnost, lesk, odolnost a optický vzhled.

Vzhledem k tomu, že frézování a broušení částic je založeno na kolizi mezi částicemi v důsledku ultrazvukové kavitace, ultrazvukové reaktory zvládnou poměrně vysoké koncentrace pevných látek (např. Hlavní šarže) a stále produkují dobré účinky na zmenšení velikosti. Níže uvedená tabulka ukazuje obrázky mokrého frézování TiO2.

Níže uvedený graf ukazuje křivky distribuce velikosti částic pro deaglomeraci oxidu titaničitého Degussa anatase ultrazvukem. Úzký tvar křivky po sonikaci je typickým rysem ultrazvukového zpracování.

Nano-Materiály v High Performance Coatings

Nanotechnologie je nově vznikající technologie, která se dostala do mnoha průmyslových odvětví. Nanomateriály a nanokompozity se používají při formulacích povlaků, např. Největší výzvou pro aplikaci v nátěrech je zachování průhlednosti, jasnosti a lesku. Proto jsou nanočástice velmi malé, aby se zabránilo rušení viditelného spektra světla. Pro mnoho aplikací je to podstatně nižší než 100nm.

Mokré broušení vysoce výkonných součástí na nanometrový rozsah se stává zásadním krokem při formulaci nanoinženýrských povlaků. Jakékoli částice, které narušují viditelné světlo, způsobují opar a ztrátu průhlednosti. Proto jsou vyžadovány velmi úzké distribuce velikosti. Ultrazvuku je velmi účinný prostředek pro jemné frézování pevných látek. Ultrazvuková / akustická kavitace v kapalinách způsobuje vysokorychlostní srážky mezi částicemi. Na rozdíl od běžných mlýnů na korálky a oblázkových mlýnů se částice samy o sobě rozmělňují, což činí frézovací média zbytečnými.

Firmy, jako je Panadur (Německo) používat Hielscher ultrasonicators pro dispergaci a deaglomeraci nanomateriálů v nátěrech ve formě. Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukové disperzi povlaků ve formě!

Pro sonikaci hořlavých kapalin nebo rozpouštědel v nebezpečných prostředích jsou k dispozici procesory s certifikací ATEX. Další informace o Atex-certifikovaný ultrasonicator UIP1000-Exd!