Jak míchat laky s nanoplnivy

Výroba laků vyžaduje výkonné míchací zařízení, které si poradí s nanočásticemi a pigmenty, které musí být rovnoměrně rozptýleny ve formulaci. Ultrazvukové homogenizátory jsou vysoce účinnou a spolehlivou dispergační technikou, která zajišťuje homogenní distribuci nanočástic do polymerů.

Výroba laku pomocí vysoce výkonných ultrazvukových mixérů

Lak je popisován jako čirý průhledný tvrdý ochranný povlak nebo film, který je vyroben z pryskyřic (např. akrylové, polyuretanové, alkydové, šelakovy), sušicího oleje, sušicího prostředku a těkavých rozpouštědel (např. nafta, minerální líh nebo ředidlo). Když lak zaschne, jeho obsažené rozpouštědlo se odpaří a zbývající složky oxidují nebo polymerují za vzniku odolného průhledného filmu. Laky se většinou používají jako ochranné nátěry na dřevěné povrchy, obrazy a různé dekorativní předměty, zatímco laky vytvrzované UV zářením se používají v automobilových nátěrech, kosmetice, potravinářství, vědě a dalších odvětvích.

Ultrazvuková disperze nanooxidu křemičitého v laku

Běžným příkladem ultrazvukové dispergace je začlenění koloidních oxidů křemičitaných, které se obvykle přidávají, aby lakům dodaly tixotropní vlastnosti.
Například polyetherimidový lak plněný nanooxidem křemičitým vykazuje až třicetkrát vyšší životnost než standardní. Nanooxid křemičitý zlepšuje vlastnosti laku, jako je jeho elektrická vodivost, jeho stejnosměrná a střídavá dielektrická pevnost a jeho spojovací pevnost. Ultrazvukové dispergátory jsou proto široce používány pro výrobu elektricky vodivých povlaků.
Další silikátové minerály, wollastonit, mastek, slída, kaolin, živec a nefelinický syenit, jsou levná plniva a široce se používají jako tzv. nastavovací pigmenty, které se přidávají k úpravě reologie (viskozity), sedimentační stability a pevnosti filmu v nátěrech.

Výzkum prokázal nadřazenost ultrasonicators pro disperzi nanoplniv

Monteiro et al. (2014) porovnávali běžné dispergační technologie – jmenovitě směšovač rotoru a statoru, oběžné kolo Cowles a dispergátor typu ultrazvukové sondy – s ohledem na jejich účinnost při dispergaci oxidu titaničitého (TiO2, anatas). Ultrazvuku se ukázalo jako nejúčinnější pro dispergaci nanočástic ve vodě pomocí konvenčního polyelektrolytu Na-PAA a výrazně vynikl při míchání s rotor-statorem nebo oběžným kolem Cowles.
Podrobnosti studie: Různé disperzní techniky byly porovnány, aby bylo možné identifikovat nejúčinnější při vytváření dobře deaglomerované vodné suspenze nano-TiO2. Jako referenční dispergační činidlo byla použita sodná sůl kyseliny polyakrylové (Na-PAA), běžně používaná v průmyslu pro vodné disperze TiO2. Obr. 1 ukazuje objemové distribuce velikosti částic (PSD) získané pomocí Cowlesova dispergátoru (30 min při 2000 ot./min.), směšovače rotor-stator (30 min při 14000 ot./min) a ultrazvuku typu sondy (Hielscher UIP1000hdT, 2 min při 50% amplitudě). “Při použití Cowlesova dispergátoru byly velikosti částic ve třech různých rozmezích: 40–100 nm, 350–1000 nm a 1200–4000 nm. Větší aglomeráty jasně dominují distribuci, což ukazuje, že tato technika je neefektivní. Rotor-stator také poskytoval neuspokojivé výsledky, a to nezávisle na tom, zda byly nanočástice přidávány najednou nebo postupně v průběhu doby míchání. Hlavní rozdíl pozorovaný ve výsledku Cowles souvisí s posunem středního píku na vyšší velikost částic, částečně se spojujícím s píkem nejvíce vpravo. Na druhou stranu použití ultrazvuku přineslo mnohem lepší výsledek, s úzkým píkem se středem na 0,1 nm a dvěma mnohem menšími v rozsazích 150–280 nm a 380–800 nm.”

Distribuce velikosti částic vodných disperzí nano-TiO2 (10mgml-1, pH = 9) připravené pomocí různých disperzních technik. Ultrazvuku poskytuje nejmenší nanočástice TiO2 a nejužší křivky redukce velikosti částic. Při použití dispergátoru (Na-PAA) byl poměr k nano-TiO2 1:1.
(studie a grafika: © Monteiro et al., 2014)

Rozprašovaný TiO2 před a po ultrazvukovém frézování

Tento výsledek souhlasí s prací Sato et al. (2008), uvádějící lepší výsledky s ultrazvukem než s jinými technikami pro dispergaci nanočástic TiO2 ve vodě. Rázové vlny vytvářené akustickou / ultrazvukovou kavitací vedou k vysoce intenzivním srážkám mezi částicemi a účinnému mletí částic a deaglomeraci na uniformní fragmenty v nanoměřítku.
(srov. Monteiro et al., 2014)

Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro výrobu laků

Pokud se nanočástice a nanoplniva používají v průmyslových výrobních procesech, jako je výroba laků a nátěrů, musí být suchý prášek homogenně smíchán do kapalné fáze. Disperze nanočástic vyžaduje spolehlivou a účinnou techniku míchání, která aplikuje dostatek energie k rozbití aglomerátů, aby se uvolnily vlastnosti částic v nanoměřítku. Ultrasocognators jsou dobře známé jako výkonné a spolehlivé dispergátory, proto se používají k deaglomeraci a distribuci různých materiálů, jako je oxid křemičitý, nanotrubice, grafen, minerály a mnoho dalších materiálů homogenně do kapalné fáze, jako jsou pryskyřice, epoxidy a pigmentové hlavní šarže. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro jakýkoli druh homogenizace a deaglomerace aplikací.
Pokud jde o výrobu nanodisperzí, je pro získání vysoce výkonných produktů nezbytná přesná kontrola sonikace a spolehlivé ultrazvukové ošetření suspenze nanočástic. Procesory Hielscher Ultrasonics vám dávají plnou kontrolu nad všemi důležitými parametry zpracování, jako je vstup energie, ultrazvuková intenzita, amplituda, tlak, teplota a retenční čas. Díky tomu můžete upravit parametry na optimalizované podmínky, což následně vede k vysoce kvalitní nanodisperzi, jako jsou nanočástice nebo nano-TiO2 suspenze.

Pro jakýkoli objem / kapacitu: Hielscher nabízí ultrazvukové přístroje a široké portfolio příslušenství. To umožňuje konfiguraci ideálního ultrazvukového systému pro vaši aplikaci a výrobní kapacitu. Od malých lahviček obsahujících několik mililitrů až po velké objemové proudy tisíců galonů za hodinu, Hielscher nabízí vhodné ultrazvukové řešení pro váš proces.
Vysoká viskozita: Ultrazvukové inline systémy snadno zpracovávají pastovité formulace, např. pigmentové masterbatche, kde je pigment smíchán při vysokém zatížení částic rovnoměrně ve směsi změkčovadla, monomeru a polymeru.
Robustnost: Naše ultrazvukové systémy jsou robustní a spolehlivé. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7/365 a vyžadují velmi malou údržbu.
Uživatelská přívětivost: Propracovaný software našich ultrazvukových zařízení umožňuje předvýběr a uložení nastavení ultrazvuku pro jednoduchou a spolehlivou sonikaci. Intuitivní menu je snadno přístupné pomocí digitálního barevného dotykového displeje. Dálkové ovládání prohlížeče umožňuje ovládat a monitorovat prostřednictvím libovolného internetového prohlížeče. Automatické zaznamenávání dat ukládá procesní parametry jakéhokoli spuštění ultrazvuku na vestavěnou SD kartu.
Vynikající energetická účinnost: Ve srovnání s alternativními disperzními technologiemi vynikají Hielscher ultrasonicators vynikající energetickou účinností a vynikajícími výsledky v distribuci velikosti částic.
Vysoce kvalitní & Robustnost: Hielscher ultrasonicators jsou uznávány pro svou kvalitu, spolehlivost a robustnost. Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: