Ultralyd til dispergering og slibning: maling & Pigmenter

Power ultralyd er kendt for sine intense og præcist kontrollerbare fræse- og dispergeringseffekter. Dette gør ultralydshomogenisatorer ideelle til fremstilling af pigmentpasta og malingsformuleringer. Industrielle ultralydapparater giver en meget ensartet partikelstørrelsesfordeling i mikron- og nanoområdet. Behandl store volumenstrømme med høj viskositet med Hielscher sonikere for at opnå homogen befugtning, dispergering, deagglomerering og formaling!

Malingsfremstilling med ultralyd

Forbedre dine malinger, farver og belægninger med Sonication:

• Formulering: Uanset om det er høje viskositeter, høje partikelbelastninger, vand- eller opløsningsmiddelbaserede – med Hielscher industrielle inline ultralydapparater kan du behandle enhver formulering.
• Mikron- og nanostørrelse: De høje forskydningskræfter, der genereres af akustisk kavitation, reducerer partikler til små partikeldiametre og giver en ensartet spredning. Justering af ultralydbehandlingsparametre til dine partikel- og formuleringskrav giver mulighed for en pålidelig produktion af pigmenter i nanostørrelse.
• Optiske egenskaber: For at opnå de korrekte optiske egenskaber skal pigmentpartikelstørrelsen kontrolleres. Normalt korrelerer opacitet med partikelstørrelse: jo finere partikelstørrelse, jo mere opacitet. For eksempel behandles TiO2 specifikt til en partikelstørrelse på 0,20 til 0,3 mikron, hvilket svarer til omtrent halvdelen af lysets bølgelængde. Ultralydbehandling reducerer TiO2-pigmenterne til deres optimale størrelse, så der opnås ultimativ skjulning.
• Højtydende partikler: Mindre partikelstørrelser resulterer i større farvemætning, farvekonsistens og stabilitet. De intense, men præcist kontrollerbare ultralydskræfter gør det muligt at producere modificerede og funktionaliserede nanopartikler, såsom coatede partikler, SWNT'er, MWCNT'er og kerne-skal-partikler. Sådanne partikler udviser unikke egenskaber og løfter malings- eller belægningsformuleringer til et nyt niveau af kvalitet og funktionalitet (f.eks. UV-bestandighed, ridsefasthed, styrke, klæbeevne, høj varmebestandighed, infrarød og solreflektivitet).
• Modificerede partikler: Overflademodificerede pigmenter har meget lav viskositet ved høje pigmentbelastninger (2,5 cP ved 10 % faste stoffer), overlegen suspensionsstabilitet og høj renhed. Ultralydassisteret partikelfunktionalisering gør det nemt at syntetisere højtydende pigmenter med særlige egenskaber.

Pigmentpastaer males og dispergeres ved hjælp af ultralydskavitation, og høje forskydningskræfter viser en betydelig størrelsesreduktion og ensartet fordeling. Plottet ovenfor viser den stigende størrelsesreduktion ved at øge ultralydsenergien.

Til fremstilling af maling skal komponenter som pigmenter, bindemidler/filmdannere, fortyndingsmidler/opløsningsmidler, harpikser, fyldstoffer og additiver blandes sammen til en homogen formulering. Pigmenter er den afgørende komponent, der giver maling sin farve. Det vigtigste hvide pigment er TiO2, som skal fræses til en optimal partikelstørrelse mellem 0,2 og 0,3 mikron i diameter for at vise den ønskede grad af hvidhed, lysstyrke, opacitet og et meget højt brydningsindeks. Ultralydsforskydningskræfterne giver en meget effektiv og energieffektiv deagglomerering og spredning af TiO2-partikler (se billedet nedenfor).

TEM af ultralydsdispergeret TiO2 nanopartikelsuspension med forskellige faste koncentrationer. Sonikering blev udført ved hjælp af Ultralydsapparat UIP1000hdT
Venstre: ultralydsenergiindgang 1,8 × 10⁵ J/L – Højre: ultralydsenergiindgang 5,4 × 10⁵ J/L
(Undersøgelse og billeder: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ultralydsfræsning og dispergering forbedrer malingskvaliteten ved at forbedre dens farvestyrke, tæthed, finhed af slibning, dispersion og reologi.

ultralyd dispergering & Slibning Betingelser

Kvaliteten af maling og belægninger afhænger af den homogene spredning af pigmenterne. Hielscher Ultrasonics leverer effektivt fræse- og slibeudstyr til malingsdispersion, især til formuleringer med høje pigmentbelastninger. Mekanismen for ultralydsdispergeringsmidler til fræsning, slibning, deagglomerering og dispersionsapplikationer er hovedsageligt baseret på forskydningsprincippet genereret af ultralydskavitation. De kavitationelle forskydningskræfter, der er nødvendige for dissociationen af partiklerne, produceres af høje trykforskelle, lokale hot spots og væskestråler, hvilket resulterer i partikelnedbrydning ved kollision mellem partikler.
Industrielle ultralydsdispergeringsmidler såsom UIP16000hdT med 16.000 watt pr. ultralydssonde har kapacitet til at behandle højvolumenstrømme af maling og belægninger.

Sonikeret kridtmaling på slibeometeret demonstrerer den perfekt ensartede deagglomerering og partikelstørrelsesfordeling af pigmenterne

Spredning af nanopartikler

Ultralydsslibning og dispergering er ofte den eneste metode til at behandle nanopartikler effektivt for at opnå sinlge-dispergerede primære partikler. En lille primær partikelstørrelse resulterer i et stort overfladeareal og korrelerer med udtrykket af unikke partikelegenskaber og funktionaliteter. Samtidig er en mindre partikelstørrelse forbundet med en høj overfladeenergi til mere alvorlig aggregering og reaktivitet, så de intense ultralydsdispergeringskræfter er nødvendige for at sprede nanopartiklerne homogent i formuleringen.
Desuden kan en ultralydsoverfladebehandling modificere nanopartiklerne, hvilket fører til forbedret dispergerbarhed, dispersionsstabilitet, hydrofobicitet og andre funktioner.
Forskere har anbefalet ultralydsdispersionsmetoden for nanopartikler som foretrukken løsning, “Fordi materialet dispergeret ved ultralydsmetoden er meget renere end det, der produceres ved perlefræsning.” [Kim et al. 2010].

Ultralydsdispersionsteknikken har mange fordele i sammenligning med traditionelle fræseteknologier såsom tre-rulle-, kugle- eller mediemøller.

Læs mere om ultralydshomogenisering og dispergering af pigmenter og farvestoffer til masterbatches og malingsformuleringer!

Caution: Video "duration" is missing

Litteratur / Referencer