Hielscher Ultralydsteknologi

Ultralyd i Coating Formulering

Forskellige komponenter, såsom pigmenter, fyldstoffer, kemiske additiver, tværbindere og reologimodifikatorer går ind i belægnings- og malingsformuleringer. Ultralyd er et effektivt middel til dispersion og emulgering, deagglomerering og formaling af sådanne komponenter i belægninger.

Ultralyd anvendes til formulering af belægninger til:

Belægninger falder ind i to brede kategorier: vandbaserede og opløsningsmiddelbaserede harpikser og belægninger. Hver type har sine egne udfordringer. Kørselsvejledning kræver VOC reduktion og høje opløsningsmiddelpriser stimulerer væksten i vandbårne harpiksbelægningsteknologier. Anvendelsen af ​​ultralydbehandling kan forbedre ydeevnen af ​​sådanne miljøvenlige systemer.

Ultralyd kan hjælpe formulatorer af arkitektoniske, industrielle, bil- og træbelægninger for at forbedre belægningsegenskaberne, såsom farvestyrke, ridser, revner og UV-resistens eller elektrisk ledningsevne. Nogle af disse belægningsegenskaber opnås af inddragelse af nano-størrelse materialer, f.eks. metaloxider (TiO2, Silica, ceria, znO, …).

Ultralyd hjælper yderligere i afskumning (indesluttede bobler) og afgasning (opløst gas) af højviskøse produkter.

Som ultralyd dispergerende teknologi kan bruges på Lab, Bench-top og produktionsniveau, hvilket giver mulighed for gennemstrømningshastigheder over 10 tons / time, som det anvendes i R&D stadium og i den kommercielle produktion. Procesresultater kan let skaleres (lineær).

(Klik for større udsigt!) Den samlede energieffektivitet er vigtig for ultralydbehandling af væsker. Effektiviteten beskriver, hvor meget af den effekt overføres fra stikket i væsken. Vores lydbehandling enheder har en samlet effektivitet på over 80%.Hielscher ultralyd enheder er meget energieffektiv. Apparaterne konverterer ca. 80 til 90% af den elektriske indgangseffekt til mekanisk aktivitet i væsken. Dette medfører væsentligt lavere forarbejdningsomkostninger.

Nedenfor kan du læse om brugen af ​​ultralyd i emulgering af polymerer i vandige systemer, det dispergering og fin formaling af pigmenter, og størrelsesreduktion af nanomaterialer.

Emulsionspolymerisering

Traditionelle coatingformuleringer anvender basisk polymerkemi. Det skifte til vandbaseret belægningsteknologi har indflydelse på udvælgelse af råmaterialer, egenskaber og formuleringsmetoder.

Ved konventionel emulsionspolymerisation, fx til vandbårne belægninger, er partiklerne bygget fra midten til deres overflade. Kinetiske faktorer påvirker partikel homogenitet og morfologi.

Ultralydbehandling kan anvendes på to måder til dannelse af polymeremulsioner.

  • Oppefra og ned: emulgerende/sprede af større polymerpartikler til dannelse af mindre partikler ved størrelsesreduktion
  • Bunden i vejret: Brug af ultralyd før eller under partikelpolymerisering

Nanopartikulære polymerer i miniemulsioner

(Klik for større billede!) Partikler opnået ved polyaddition i miniemulsioner

Polymerisationen af ​​partikler i miniemulsioner muliggør fremstillingen af ​​dispergerede polymerpartikler med god kontrol over partikelstørrelse. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by K. land fester er fremgangsmåde til dannelse af polymere nanopartikler. Denne fremgangsmåde anvender det høje antal små nanokompartmenter (dispergeringsfase) i en emulsion som nanoreaktorer. I disse syntetiseres partiklerne på en meget parallel måde i individuelle, begrænsede dråber. I sit papir (Generationen på nanopartikler i miniemulsioner) Landfester præsenterer polymeriseringen i nanoreaktorer i høj perfektion til dannelsen af ​​stærkt identiske partikler med næsten ensartet størrelse. Det billede ovenfor viser partikler opnået ved polyaddition i miniemulsioner.

Små dråber genereret ved anvendelse af høj forskydning (ultralyd) og stabiliseret af stabiliseringsmidler (emulgeringsmidler) kan hærdes ved efterfølgende polymerisering eller ved temperaturfald i tilfælde af lavtemperatursmeltende materialer. Som ultralyd kan producere meget små dråber af næsten ensartet størrelse I batch- og produktionsprocessen giver det mulighed for god kontrol over den endelige partikelstørrelse. Til polymerisering af nanopartikler kan hydrofile monomerer emulgeres i en organisk fase og hydrofobe monomerer i vand.

Når partikelstørrelsen reduceres, øges det totale partikeloverfladeareal på samme tid. Billedet til venstre viser korrelationen mellem partikelstørrelse og overfladeareal i tilfælde af sfæriske partikler (Klik for større billede!). Derfor stiger mængden af det overfladeaktive stof, der er nødvendigt for at stabilisere emulsionen, næsten lineært med det totale partikeloverfladeareal. Typen og mængden af overfladeaktivt stof påvirker Dråbestørrelsen. Dråber af 30 til 200Nm kan opnås ved hjælp af anioniske eller kationiske overfladeaktive stoffer.

Pigmenter i belægninger

Organiske og uorganiske pigmenter er en vigtig bestanddel af overtræksformuleringer. For at maksimere pigment ydeevne god kontrol over partikelstørrelsen er nødvendig. Når pigmentpulver tilsættes vandbaserede, opløsningsmiddelbårne eller epoxysystemer, har de enkelte pigmentpartikler tendens til at danne store agglomerater. Højskæringsmekanismer, såsom rotor-statorblandere eller omrørerperler, anvendes sædvanligvis til at bryde sådanne agglomerater og at male de enkelte pigmentpartikler ned. Ultralydning i en ekstremt effektiv alternativ til dette trin i fremstillingen af ​​belægninger.

Billedet til højre (Klik for større billede!) viser effekten af ​​sonication på størrelsen af ​​et perle glanspigment. Ultralydet griner de enkelte pigmentpartikler ved højhastighedskompression mellem partikler. Den fremtrædende fordel ved

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely smal partikelstørrelsesfordeling (pigmentfræsekurver). Dette forbedrer den overordnede kvalitet af pigmentdispersionerne, da større partikler typisk forstyrrer bearbejdningskapacitet, glans, modstand og optisk udseende.

Siden partiklen fræsning og slibning er baseret på interpartikelkollision som et resultat af Ultrasonic kavitation, ultralyd reaktorer kan håndtere retfærdigt høje faste koncentrationer (fx masterbatcher) og producerer stadig god størrelse reduktionseffekter. Tabellen nedenfor viser billeder af vådmaling af TiO2 (Klik på billederne for en større visning!).

Før

Lydbehandling
efter

Lydbehandling

Tio2 fra kuglemølle

sprøjtetørret TiO2

Billedet til højre (Klik for større visning!) viser partikel størrelses fordelingskurver for deagglomerering af Degussa anatase titandioxid ved ultralydbehandling. Den smalle form af kurven efter sonikering er et typisk træk ved ultralydsbehandling.

Nanosize Materialer i High Performance Coatings

Nanoteknologi er en ny teknologi, der gør sin vej ind i mange industrier. Nanomaterialer og nanokompositter anvendes i overfladebehandlings formuleringer, fx for at forbedre slid-og ridsefasthed eller UV-stabilitet. Den største udfordring for anvendelsen i belægninger er fastholdelse af gennemsigtighed, klarhed og glans. Derfor har nanopartiklerne være meget små for at undgå interferens med lysets synlige spektrum. For mange anvendelser, dette er væsentligt lavere end 100nm.

Den våde slibning af højtydende komponenter til nanometer området bliver et afgørende skridt i formuleringen af nanokonstruerede belægninger. Partikler, der forstyrrer det synlige lys, forårsager uklarhed og tab af gennemsigtighed. Derfor er meget smalle størrelsesfordelinger påkrævet. Ultralydbehandling er et meget effektivt middel til fin fræsning af faste stoffer. Ultrasonic kavitation i væsker forårsager høj hastighed mellempartikelkollisioner. Forskelligt fra konventionelle perlefabrikker og stenværker, partiklerne selv er i gang med hinanden, hvilket gør fræsemedier unødvendig.

Virksomheder som Panadur (Tyskland) brug Hielscher ultralyd udstyr til dispergering og deagglomerering af nanomaterialer i in-mold coatings. Klik her for at læse mere om dette.

Til sonikering af brandfarlige væsker eller opløsningsmidler i farlige omgivelser FM og ATEX-certificerede deivces, såsom EKS UIP1000-Exd er ledig.

Anmod om flere oplysninger om denne ansøgning!

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at anmode om yderligere oplysninger vedrørende denne ansøgning. Vi vil være glade for at tilbyde dig en ultralyds-system opfylder dine krav.









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Litteratur

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Indflydelse af kontinuerlig fase viskositet på emulgering ved ultralyd, i: Ultralyd sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Indflydelse af hydrostatisk tryk og gas indhold på kontinuerlig ultralyd emulgering, i: Ultralyd sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Land fester, K. (2001): Generation af nanopartikler i Miniemulsioner; i: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Produktion af Nano-størrelse dispersioner og EmulsionerI: Proceedings of europæiske Nanosystems Conference ENS’05.