Farbstoffherstellung mit Hochleistungsdispergierern
Die Herstellung von Farbstoffen und Pigmentsuspensionen erfordert ein zuverlässiges Dispergieren und Mischen. Ultraschallhomogenisatoren sind hocheffizient, wenn es um die Herstellung von flüssigen und pastösen Masterbatches und Farbstoffsuspensionen geht. Die für jeden industriellen Produktionsmaßstab erhältlichen Ultraschall-Dispergierer verbessern die Farbstoff- und Pigmentproduktion erheblich, indem sie hervorragende Mahl- und Dispergierergebnisse, Energieeinsparungen sowie einen einfachen Wechsel zwischen verschiedenen Formulierungen ermöglichen.
Dispergieren von Farbstoffen mit Leistungsultraschall
Sonden-Ultraschall ist eine Technik, bei der hochintensive, niederfrequente Ultraschallwellen zum Mahlen, Nassmahlen, Deagglomerieren und Dispergieren von Partikeln in einem flüssigen Medium eingesetzt werden. Das Mischen, Mahlen und Dispergieren mit Ultraschall beruht auf dem Funktionsprinzip der akustischen Kavitation. Ultraschall/akustische Kavitation ist gekennzeichnet durch Mikroturbulenzen, sehr hohe Scherkräfte und lokal auftretende hohe Druck- und Temperaturunterschiede. Anwendbar für Chargen- und kontinuierliche Durchflussproduktionsprozesse, werden Ultraschallgeräte in der Inline-Großproduktion sowie in der Forschung und Entwicklung und der Qualitätskontrolle eingesetzt.
Industrielles Ultraschallsystem zum Dispergieren und Mahlen von Farbstoffen und Pigmenten.
Vorteile des Dispergierens von Farbstoffen mit Ultraschall
Im Zusammenhang mit der industriellen Herstellung von Farbstoffen auf Pigmentbasis bietet die Sonden-Ultraschalltechnik mehrere Vorteile und kann herkömmliche Mühlen und Dispergiergeräte in ihrer Effizienz übertreffen:
- Verbesserte Dispersion: Die Ultraschallbehandlung kann Pigmentagglomerate wirksam aufbrechen und eine bessere Dispersion fördern, was zu einer verbesserten Farbintensität und hohen Gleichmäßigkeit führt.
- Reduzierte Partikelgröße: Durch Ultraschall erzeugte Kavitationsenergie kann die Teilchengröße von Pigmenten verringern, was zu einem feineren und homogeneren Farbstoff führt. Die durch Leistungsultraschall erzeugten extrem hohen Scherkräfte erzeugen Flüssigkeitsstrahlen, die die Partikel in der Flüssigkeit beschleunigen. Wenn die Teilchen miteinander kollidieren, zerspringen sie in winzige Stücke. Bei solchen Zusammenstößen zwischen den Partikeln wird auch die Oberfläche der Partikel abgetragen und geglättet. Die Sonikation ist eine hocheffiziente Technik zur Herstellung von Nanopartikeln und kolloidalen Suspensionen in Nanogröße. Kleinere Partikelgrößen können Vorteile wie eine höhere Farbsättigung und bessere Stabilität bieten.
- Vermeiden Sie Schleifmittel: Mahlkörper wie Perlen und Perlen, die in herkömmlichen Mühlen verwendet werden, können das Produkt durch Erosion verunreinigen und unerwünschte Ablagerungen in der Pigmentdispersion hinterlassen. Daher wird die arbeitsintensive Entfernung und Reinigung solcher Perlen vermieden. Die Ultraschallhomogenisierung arbeitet ohne Mahlkörper und nutzt stattdessen die Feststoffpartikel im Pigmentprodukt als Mahlkörper. Kavitationsscherkräfte beschleunigen die Partikel in der Flüssigkeit auf extrem hohe Geschwindigkeiten. Infolgedessen stoßen die Teilchen miteinander zusammen und zerbrechen.
- Zeit- und Energie-Effizienz: Die Sonden-Ultraschallbehandlung ist ein relativ schnelles Verfahren, mit dem eine effiziente Dispersion in wesentlich kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Methoden erreicht werden kann. Diese Effizienz kann zu Zeit- und Energieeinsparungen und einer höheren Produktivität in der industriellen Fertigung führen.
- Prozesskontrolle: Ultraschallgeräte ermöglichen eine präzise Steuerung wichtiger Verarbeitungsparameter wie Energieeintrag, Intensität, Temperatur, Druck und Dauer. Dadurch können die Hersteller die Prozessbedingungen in Bezug auf die Pigmente anpassen, den Nassmahl- und Dispersionsprozess optimieren und die Eigenschaften der Farbstoffe auf spezifische Anforderungen abstimmen.
Ultraschallmahlung und Dispersion von Perlglanzpigmenten. Das rote Diagramm zeigt die Partikelgrößenverteilung vor der Beschallung, die grüne Kurve während der Beschallung, die blaue Kurve zeigt die fertigen Pigmente nach der Ultraschalldispergierung.
Masterbatch-Herstellung mit Ultraschall-Homogenisatoren
Masterbatches sind Farbstoff- und/oder Additivkonzentrate in einer viskosen Matrix mit einem höheren Gehalt an Farbstoffen und/oder Additiven als in der Endanwendung. Es gibt verschiedene Darreichungsformen (Granulat, Flüssigkeit – Paste, Pulver). Ultraschallhomogenisatoren sind äußerst effizient bei der gleichmäßigen Dispersion von Pigmenten in flüssigen und pastösen Masterbatches. Pigmentpartikel können mit Hilfe intensiver Kavitationskräfte und der Agitation von Leistungsultraschall dispergiert und gemahlen werden, um die Partikelgröße auf Submikron- und Nanogröße zu reduzieren.
- Masterbatches und Endproduktformulierungen
- organische und anorganische Mineralpigmente
- Batch- und Inline-Produktion
- hohe und niedrige Viskositäten
- beliebige Volumenskala
SonoStation: Mobiles, schlüsselfertiges Dispergiersystem bestehend aus Ultraschall-Dispergierer, Pumpe, Rührwerk und Tank
Dispergiersystem mit 2x 1kW-Ultraschallgeräten für den kontinuierlichen Betrieb der Farbstoffherstellung
Hochleistungs-Ultraschall-Dispergierer für die Farbstoffherstellung
Die industriellen Ultraschall-Prozessoren von Hielscher Ultrasonics sind hochmoderne Dispergierer und bieten die perfekte Lösung für Pigment-Masterbatches!
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- hoher Wirkungsgrad
- Modernste Technik
- Zuverlässigkeit & Robustheit
- einstellbare, präzise Prozesskontrolle
- Batch & Inline
- für jedes Volumen
- intelligente Software
- intelligente Funktionen (z. B. programmierbar, Datenprotokollierung, Fernsteuerung)
- einfach und sicher zu bedienen
- Geringer Wartungsaufwand
- CIP (Clean-in-Place)
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | n.a. | VialTweeter | 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 Liter | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Literaturhinweise
- Nina Hauptman; Marta Klanjšek Gunde; Matjaž Kunaver; Marija Bešter-Rogač (2011): Influence of dispersing additives on the conductivity of carbon black pigment dispersion. J Coat Technol Res 8, 2011. 553–561.
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Shaik, S., Sonawane, S.H., Barkade, S.S., Bhanvase, B. (2016): Synthesis of Inorganic, Polymer, and Hybrid Nanoparticles Using Ultrasound. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer, Singapore.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
Wissenswertes
Bei den Farbmitteln wird zwischen mineralischen und organischen Farbmitteln auf Pigmentbasis unterschieden. Beide Arten von Farbmitteln werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, wobei jedes seine eigenen Vorteile und Überlegungen mit sich bringt. Die Wahl zwischen ihnen hängt von Faktoren wie dem gewünschten Farbbereich, den Stabilitätsanforderungen, den anwendungsspezifischen Bedürfnissen und den gesetzlichen Bestimmungen ab.
organische Pigmente
Organische Farbstoffe auf Pigmentbasis werden aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Pflanzenextrakten oder synthetischen Quellen gewonnen. Sie bieten eine breite Palette von Farben und Schattierungen und werden häufig in verschiedenen Branchen verwendet, darunter Kosmetika, Textilien und Druck. Organische Pigmente können eine ausgezeichnete Farbstärke und Helligkeit bieten, aber sie können mit der Zeit verblassen, insbesondere wenn sie dem Sonnenlicht oder anderen Umweltfaktoren ausgesetzt sind.
Farben auf Mineralbasis
Künstlich hergestellte anorganische Farbpigmente werden auch unter dem Sammelbegriff „Mineralfarben“. Diese Pigmente sind Oxide oder Salze der Metalle Blei, Zink, Titan, Barium, Chrom, Eisen, Aluminium, Quecksilber, Cadmium, Kupfer, Mangan und Kobalt. Zu ihnen gehören die weißen Farben Bleiweiß (ein Bleicarbonat) und Zinkweiß (ein Zinkoxid). Titanweiß (ein Titandioxid), Lithopone (ein Zinksulfid) und Blanc fix (ein Bariumsulfat).
Zu den farbigen und schwarzen Pigmenten gehören Bleimennige (Bleioxid), Neapelgelb (Bleiantimonat), Chromgelb (Bleichromat), Chromorange, Chromgrün (Chromoxid), Zinkgelb (Zinkchromat), Grünspan (Kupferacetat), Dauergrün, Eisenoxidrot, Englischrot und auch Smalte.
Diese Pigmente sind sehr stabil und verblassungsresistent.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.