Sådan blandes lakker med nanofillers

Lakproduktion kræver kraftigt blandingsudstyr, der kan håndtere nanopartikler og pigmenter, som skal spredes ensartet i formuleringen. Ultralydshomogenisatorer er meget effektive og pålidelige dispergeringsteknikker, der giver en homogen fordeling af nanopartiklerne i polymerer.

Lakproduktion med højtydende ultralydsblandere

En lak beskrives som en klar gennemsigtig hård beskyttende belægning eller film, der er formuleret af harpikser (f.eks. akryl, polyurethan, alkyd, shellak), tørreolie, en metaltørrer og flygtige opløsningsmidler (f.eks. nafta, mineralsk terpentin eller fortynder). Når lakken tørrer, fordamper dets indeholdte opløsningsmiddel, og de resterende bestanddele oxiderer eller polymeriserer for at danne en holdbar gennemsigtig film. Lakker bruges mest som beskyttende belægninger til træoverflader, malerier og forskellige dekorative genstande, mens UV-hærdende lakker bruges i bilbelægninger, kosmetik, fødevarer, videnskab og andre grene.

Ultralydsdispersion af nano-silica i lak

Et almindeligt eksempel på ultralydsdispergering er inkorporeringen af kolloide silicaer, som normalt tilsættes for at give lakker thixotrope egenskaber.
For eksempel viser nano-silicafyldt polyetherimidlak en øget levetid op til tredive gange højere end en standard. Nano-silica forbedrer lakkens egenskaber som dens elektriske ledningsevne, dens DC- og AC-dielektriske styrker og dens bindingsstyrke. Ultralydsdispergeringsmidler anvendes derfor i vid udstrækning til fremstilling af elektrisk ledende belægninger.
Andre silikatmineraler, wollastonit, talkum, glimmer, kaolin, feldspat og nephelinsyenit er billige fyldstoffer og meget udbredt som såkaldte extenderpigmenter, der tilsættes for at modificere reologi (viskositet), sedimentationsstabilitet og filmstyrke i belægninger.

Forskning Dokumenteret overlegenhed af ultralydapparater til Nanofiller Dispersion

Monteiro et al. (2014) sammenlignede almindelige dispergeringsteknologier – nemlig rotor-statorblander, Cowles-pumpehjul og ultralydssonde-type dispergerer – med hensyn til deres effektivitet til dispergering af titandioxid (TiO2, anatase). Ultralydbehandling viste sig at være den mest effektive til at sprede nanopartiklerne i vand ved hjælp af konventionel Na-PAA polyelektrolyt og udmærkede sig ved blanding med en rotor-stator eller Cowles pumpehjul betydeligt.
Detaljerne i undersøgelsen: Forskellige dispersionsteknikker blev sammenlignet for at identificere de mest effektive til at skabe en godt deagglomereret nano-TiO2 vandig suspension. Natriumsalt af polyacrylsyre (Na-PAA), der traditionelt anvendes i industrien til vandige dispersioner af typen TiO2, blev anvendt som referencedispergeringsmiddel. Fig. 1 viser de opnåede volumenpartikelstørrelsesfordelinger (PSD) ved hjælp af Cowles dispergerer (30 min ved 2000 rpm), rotor-statorblander (30 min ved 14000 rpm) og sonde-type ultralydbehandling (Hielscher UIP1000hdT, 2 min ved 50 % amplitude). “Ved hjælp af Cowles dispergerer var partikelstørrelserne i tre forskellige områder: 40-100 nm, 350-1000 nm og 1200-4000 nm. De større agglomerater dominerer klart fordelingen, hvilket viser, at denne teknik er ineffektiv. Rotor-statoren gav også utilfredsstillende resultater, uafhængigt af at nanopartiklerne blev tilsat på én gang eller gradvist i løbet af blandingstiden. Den største forskel, der observeres i Cowles' resultat, er relateret til forskydningen af den midterste top til den højere partikelstørrelse, der delvist smelter sammen med toppen længst til højre. På den anden side gav brugen af ultralyd et meget bedre resultat, med en smal top centreret på 0,1 nm og to meget mindre i områderne 150-280 nm og 380-800 nm.”

Partikelstørrelsesfordelinger af vandige dispersioner af nano-TiO2 (10 mgml−1, pH = 9) fremstillet ved hjælp af forskellige dispersionsteknikker. Ultralydbehandling giver de mindste TiO2 nanopartikler og de smalleste partikelstørrelsesreduktionskurver. Når dispergeringsmiddel (Na-PAA) blev brugt, var forholdet til nano-TiO2 1:1.
(undersøgelse og grafik: © Monteiro et al., 2014)

Spraytørret TiO2 før og efter ultralydsfræsning

Dette resultat stemmer overens med arbejdet af Sato et al. (2008), der rapporterer bedre resultater med ultralydbehandling end med andre teknikker til dispergering af nanostørrelse TiO2-partikler i vand. Chokbølgerne skabt af akustisk / ultralydskavitation fører til meget intense interpartikelkollisioner og effektiv partikelfræsning og deagglomerering til ensartede fragmenter i nanoskala.
(jf. Monteiro et al., 2014)

Højtydende ultralydshomogenisatorer til lakproduktion

Når nanopartikler og nanofillers anvendes i industrielle fremstillingsprocesser som f.eks. fremstilling af lakker og belægninger, skal tørt pulver blandes homogent til en flydende fase. Nanopartikeldispersion kræver en pålidelig og effektiv blandingsteknik, som anvender nok energi til at nedbryde agglomerater for at frigøre kvaliteterne af nanopartikler. Ultralydapparater er velkendte som kraftfulde og pålidelige dispergeringsmidler, der derfor bruges til at deagglomerere og distribuere forskellige materialer såsom silica, nanorør, grafen, mineraler og mange andre materialer homogent i en flydende fase såsom harpikser, epoxyer og pigment master batches. Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsdispergeringsmidler til enhver form for homogeniserings- og deagglomereringsapplikationer.
Når det kommer til produktion af nanodispersioner, er præcis sonikeringskontrol og en pålidelig ultralydsbehandling af nanopartikelsuspensionen afgørende for at opnå højtydende produkter. Hielscher Ultrasonics' processorer giver dig fuld kontrol over alle vigtige behandlingsparametre såsom energitilførsel, ultralydsintensitet, amplitude, tryk, temperatur og retentionstid. Derved kan du justere parametrene til optimerede forhold, hvilket efterfølgende fører til nanodispersion af høj kvalitet såsom nanosilica eller nano-TiO2-opslæmninger.

For enhver volumen/kapacitet: Hielscher tilbyder ultralydapparater og en bred portefølje af tilbehør. Dette giver mulighed for konfiguration af det ideelle ultralydssystem til din applikation og produktionskapacitet. Fra små hætteglas, der indeholder et par milliliter, til store volumenstrømme på tusindvis af liter i timen, tilbyder Hielscher den passende ultralydsløsning til din proces.
Høje viskositeter: Ultralyd inline-systemer behandler let pastalignende formuleringer, f.eks. pigmentmasterbatcher, hvor et pigment blandes ensartet ved høj partikelbelastning i en blanding af blødgøringsmiddel, monomer og polymer.
Robusthed: Vores ultralydssystemer er robuste og pålidelige. Alle Hielscher ultralydapparater er bygget til 24/7/365 drift og kræver meget lidt vedligeholdelse.
Brugervenlighed: Uddybet software til vores ultralydsenheder tillader forvalg og lagring af sonikeringsindstillinger for en enkel og pålidelig sonikering. Den intuitive menu er let tilgængelig via et digitalt farvet touch-display. Den eksterne browserkontrol giver dig mulighed for at betjene og overvåge via enhver internetbrowser. Automatisk dataoptagelse gemmer procesparametrene for enhver sonikering, der køres på et indbygget SD-kort.
Fremragende energieffektivitet: Sammenlignet med alternative dispersionsteknologier udmærker Hielscher ultralydapparater sig med enestående energieffektivitet og overlegne resultater i partikelstørrelsesfordeling.
Høj kvalitet & Robusthed: Hielscher ultralydapparater er anerkendt for deres kvalitet, pålidelighed og robusthed. Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: