Výroba laku vyžaduje výkonné míchací zařízení, které dokáže zpracovat nanočástice a pigmenty, které musí být rovnoměrně rozptýleny do formulace. Ultrazvukové homogenizátory jsou vysoce účinná a spolehlivá dispergační technika, která poskytuje homogenní distribuci nanočástic do polymerů.

Výroba laků s vysoce výkonnými ultrazvukovými míchačkami

Lak je popsán jako průhledný tvrdý ochranný povlak nebo film, který je formulován z pryskyřic (např. akryl, polyuretan, alkyd, šelak), sušícího oleje, sušičky kovů a těkavých rozpouštědel (např. nafta, minerální líh nebo ředidlo). Když lak zaschne, jeho obsažené rozpouštědlo se odpaří a zbývající složky oxidují nebo polymerizují, aby vytvořily trvanlivý průhledný film. Laky se většinou používají jako ochranné nátěry na dřevěné povrchy, obrazy a různé dekorativní předměty, zatímco laky vytvrzující UV zářením se používají v automobilových nátěrech, kosmetice, potravinářství, vědě a dalších odvětvích.

Ultrazvuková disperze nano-oxidu křemičitého v laku

Běžným příkladem ultrazvukové disperze je začlenění koloidních křemičití, které se obvykle přidávají pro poskytování laků tixotropních vlastností.
Například polyetherimidový lak plněný nanooxidem křemičitým vykazuje až třicetkrát delší životnost než standardní lak. Nano-oxid křemičitý zlepšuje vlastnosti laku, jako je jeho elektrická vodivost, jeho DC a AC dielektrická síla a jeho pevnost lepení. Ultrazvukové dispergátory jsou proto široce používány pro výrobu elektricky vodivých povlaků.
Ostatní silikátové minerály, wollastonit, mastek, slída, kaolin, živec a nefelinový syenit jsou levná plniva a široce se používají jako tzv. prodlužovací pigmenty, které se přidávají k úpravě reologie (viskozity), stability sedimentace a pevnosti filmu v nátěrech.

Výzkum prokázal nadřazenost ultrasonicators pro disperzi nanofilleru

Monteiro et al. (2014) porovnávali běžné dispergační technologie – jmenovitě míchačka rotor-stator, oběžné kolo Cowles a ultrazvukový dispergátor sondy – o jejich účinnosti při dispergaci oxidu titaničitého (TiO2, anatas). Ultrazvuku se ukázalo, že je nejúčinnější pro rozptýlení nanočástic ve vodě pomocí konvenčního polyelektrolytu Na-PAA a výrazně vyniká míchání s rotorovým statorem nebo oběžným kolem Cowles.
Podrobnosti studie: Byly porovnány různé disperzní techniky s cílem identifikovat nejúčinnější při vytváření dobře deaglomerované nano-TiO2 vodné suspenze. Jako referenční dispergátor byla použita sodná sůl kyseliny polyakrylové (Na-PAA), konvenčně používaná v průmyslu pro vodné disperze TiO2. Obr. 1 ukazuje získané distribuce velikosti částic (PSD) pomocí dispergátoru Cowles (30 min při 2000 ot / min), míchačky rotor-stator (30 minut při 14000 ot / min) a ultrazvuku typu sondy (Hielscher UIP1000hdT, 2 min při 50% amplitudě). “Při použití Cowlesova dispergátoru byly velikosti částic rozděleny do tří různých rozsahů: 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, nezávisle na nanočásticích, které byly přidány najednou nebo postupně v průběhu doby míchání. Hlavní rozdíl pozorovaný v Cowlesově výsledku souvisí s posunem středního vrcholu na vyšší velikost částic, částečně splývajícím s pravým vrcholem. Na druhou stranu, použití ultrazvuku přineslo mnohem lepší výsledek, s úzkým vrcholem se středem na 0,1 nm a dvěma mnohem menšími v rozmezí 150–280 nm a 380–800 nm.”

Distribuce velikosti částic vodných disperzí nano-TiO2 (10 mgml−1, pH = 9) připravených různými disperzními technikami. Ultrazvuku dává 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)

TiO2 sušený postřikem před a po ultrazvukovém frézování

Tento výsledek souhlasí s prací Sato et al. (2008), hlásí lepší výsledky s ultrazvuku než s jinými technikami pro rozptýlení nanovelkých částic TiO2 ve vodě. Rázové vlny vytvořené akustickou / ultrazvukovou kavitací vedou k vysoce intenzivním srážkám částic a účinnému frézování částic a deaglomeraci na jednotné fragmenty nano-měřítka.
(srov. Monteiro a kol., 2014)

Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro výrobu laků

Pokud se nanočástice a nanoplniva používají v průmyslových výrobních procesech, jako je výroba laků a nátěrových hmot, musí být suchý prášek homogenně smíchán do kapalné fáze. Disperze nanočástic vyžaduje spolehlivou a účinnou techniku míchání, která používá dostatek energie k rozbití aglomerátů, aby se uvolnily vlastnosti částic v nanoměřítku. Ultrasonicators 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 deaglomeračních aplikací.
Pokud jde o výrobu nanodisperzí, přesná kontrola sonikace a spolehlivé ultrazvukové ošetření suspenze nanočástic jsou nezbytné pro získání vysoce výkonných produktů. Hielscher Ultrazvuk' procesory vám dávají plnou kontrolu nad všemi důležitými parametry zpracování, jako je vstup energie, ultrazvuková intenzita, amplituda, tlak, teplota a retenční čas. Tím můžete upravit parametry na optimalizované podmínky, což následně vede k vysoce kvalitní nanodisperzi, jako je nanokřemičitá nebo nano-TiO2 suspenze.

Pro jakýkoli objem / kapacitu: Hielscher nabízí ultrasonicators a široké portfolio příslušenství. To umožňuje konfiguraci ideálního ultrazvukového systému pro vaši aplikaci a výrobní kapacitu. Od malých injekčních lahviček obsahujících několik mililitrů až po proudy s vysokým objemem tisíců galonů za hodinu, Hielscher nabízí vhodné ultrazvukové řešení pro váš proces.
Vysoké viskozity: Ultrazvukové inline systémy snadno zpracovávají pastovité formulace, např. pigmentové hlavní šarže, kde se pigment mísí při vysokém zatížení částic rovnoměrně ve směsi změkčovadla, monomeru a polymeru.
Robustnost: Naše ultrazvukové systémy jsou robustní a spolehlivé. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou postaveny pro provoz 24/7/365 a vyžadují velmi malou údržbu.
User-friendliness: Propracovaný software našich ultrazvukových zařízení umožňuje předvolení a uložení nastavení ultrazvuku pro jednoduché a spolehlivé použití ultrazvuku. Intuitivní menu je snadno dostupné prostřednictvím digitálního barevného dotykového displeje. Dálkové ovládání prohlížeče umožňuje ovládat a monitorovat prostřednictvím libovolného internetového prohlížeče. Automatické zaznamenávání dat uloží procesní parametry libovolného ultrazvukového spuštění na vestavěné SD kartě.
Vynikající energetická účinnost: Ve srovnání s alternativními disperzními technologiemi, Hielscher ultrasonicators excelují s 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 s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou kompatibilní s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: