Farbmittelherstellung mit Hochleistungsdispergierern
Die Herstellung von Farbmitteln und Pigmentsuspensionen erfordert zuverlässiges Dispergieren und Mischen. Ultraschallhomogenisatoren sind bei der Herstellung flüssiger und pastöser Masterbatches und Farbmittelsuspensionen hocheffizient. Ultraschalldispergierer sind für jeden industriellen Produktionsmaßstab verfügbar und verbessern die Farbmittel- und Pigmentherstellung erheblich: Sie liefern hervorragende Mahl- und Dispergierergebnisse, ermöglichen Energieeinsparungen und erleichtern den Wechsel zwischen Rezepturen.
Dispergieren von Farbmitteln mit Leistungsultraschall
Die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode ist ein Verfahren, das hochintensive, niederfrequente Ultraschallwellen nutzt, um Partikel in einem flüssigen Medium zu mahlen, nass zu vermahlen, zu deagglomerieren und zu dispergieren. Das Mischen, Mahlen und Dispergieren mit Ultraschall beruht auf dem Wirkprinzip der akustischen Kavitation. Ultraschallkavitation bzw. akustische Kavitation ist durch Mikroturbulenzen, sehr hohe Scherkräfte und lokal auftretende hohe Druck- und Temperaturdifferenzen gekennzeichnet. Ultraschallgeräte eignen sich für Produktionsprozesse im Chargenbetrieb und im kontinuierlichen Durchflussbetrieb und werden sowohl in der industriellen Inline-Produktion als auch in Forschung und Entwicklung sowie in der Qualitätskontrolle eingesetzt.
Lesen Sie mehr über das gleichzeitige Mahlen von Pigmenten und die mikrobielle Sterilisation von (wasserbasierten) Farb- und Lackrezepturen mit Ultraschall!
Industrielles Ultraschallsystem zum Dispergieren und Mahlen von Farbmitteln und Pigmenten.
Vorteile des Dispergierens von Farbmitteln mit Ultraschall
Bei der industriellen Herstellung pigmentbasierter Farbmittel bietet die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode mehrere Vorteile und kann herkömmliche Mühlen und Dispergierer hinsichtlich ihrer Effizienz übertreffen:
- Verbessertes Dispergieren: Die Ultraschallbehandlung kann Pigmentagglomerate wirksam aufbrechen und eine bessere Dispergierung fördern, was zu einer verbesserten Farbintensität und hoher Gleichmäßigkeit führt.
- Verringerte Partikelgröße: Die durch Ultraschall erzeugte Kavitationsenergie kann die Partikelgröße von Pigmenten verringern, wodurch ein feineres und homogeneres Farbmittel entsteht. Die extrem hohen Scherkräfte des Leistungsultraschalls erzeugen Flüssigkeitsstrahlen, die die Partikel in der Flüssigkeit beschleunigen. Wenn die Partikel miteinander kollidieren, zerbrechen sie in kleinste Stücke. Bei solchen Kollisionen zwischen Partikeln wird auch die Partikeloberfläche abgetragen und geglättet. Die Beschallung ist ein hocheffizientes Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln und nanoskaligen kolloidalen Suspensionen. Kleinere Partikelgrößen können Vorteile wie eine erhöhte Farbsättigung und bessere Stabilität bieten.
- Verzicht auf Mahlkörper: Mahlkörper wie Kugeln und Perlen, die in herkömmlichen Mühlen eingesetzt werden, können das Produkt durch Abrieb verunreinigen und unerwünschte Rückstände in der Pigmentdispersion hinterlassen. Der arbeitsintensive Aufwand für das Entfernen und Reinigen solcher Mahlperlen entfällt daher. Die Ultraschallhomogenisierung arbeitet ohne Mahlkörper und nutzt stattdessen die Feststoffpartikel im Pigmentprodukt als Mahlkörper. Kavitationsbedingte Scherkräfte beschleunigen die Partikel in der Flüssigkeit auf extrem hohe Geschwindigkeiten. Dadurch kollidieren die Partikel miteinander und zerbrechen.
- Zeit- und Energieeffizienz: Die Ultraschallbehandlung mit einer Sonotrode ist ein relativ schnelles Verfahren, das im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine effiziente Dispergierung in deutlich kürzerer Zeit erreichen kann. Diese Effizienz kann zu Zeit- und Energieeinsparungen sowie zu einer höheren Produktivität in der industriellen Fertigung führen.
- Prozesssteuerung: Ultraschallgeräte ermöglichen eine präzise Steuerung wichtiger Prozessparameter wie Energieeintrag, Intensität, Temperatur, Druck und Dauer. Dadurch können Hersteller die Prozessbedingungen auf die Pigmente abstimmen, den Nassmahl- und Dispergierprozess optimieren und die Eigenschaften der Farbmittel an spezifische Anforderungen anpassen.
Mahlen und Dispergieren von Perlglanzpigmenten mit Ultraschall. Die rote Kurve zeigt die Partikelgrößenverteilung vor der Beschallung, die grüne Kurve zeigt sie während der Beschallung, und die blaue Kurve zeigt die fertigen Pigmente nach der Ultraschalldispergierung.
Masterbatch-Herstellung mit Ultraschallhomogenisatoren
Masterbatches sind Farbmittel- und/oder Additivkonzentrate in einer viskosen Matrix mit einem höheren Gehalt an Farbmitteln und/oder Additiven als in der Endanwendung. Es gibt verschiedene Lieferformen (Granulat, Flüssigkeit – Paste, Pulver). Ultraschallhomogenisatoren sind beim gleichmäßigen Dispergieren von Pigmenten in flüssigen und pastösen Masterbatches hocheffizient. Pigmentpartikel können durch starke Kavitationskräfte und die Bewegung durch Leistungsultraschall dispergiert und gemahlen werden, um die Partikelgröße auf den Submikrometer- und Nanometerbereich zu reduzieren.
- Masterbatches und Endproduktrezepturen
- organische und anorganische Mineralpigmente
- wasserbasierte und lösemittelbasierte Rezepturen
- Chargen- und Inline-Produktion
- hohe und niedrige Viskositäten
- jeden Volumenmaßstab
SonoStation: Mobiles, schlüsselfertiges Dispergiersystem aus Ultraschalldispergierern, Pumpe, Rührwerk und Tank
Dispergiersystem aus 2x 1kW-Ultraschallgeräten für die Farbmittelherstellung im kontinuierlichen Durchflussbetrieb
Hochleistungsultraschalldispergierer für die Farbmittelherstellung
Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics sind Dispergierer auf dem neuesten Stand der Technik und bieten die perfekte Lösung für Pigment-Masterbatches!
Erleben Sie unübertroffene Leistung, Präzision und Effizienz, unterstützt durch unser Engagement für Ihren Erfolg. Kontaktieren Sie uns jetzt, um mehr zu erfahren!
- hohe Effizienz
- modernste Technologie
- Zuverlässigkeit und Robustheit
- einstellbare, präzise Prozesssteuerung
- Chargen- und Inline-Betrieb
- für jedes Volumen
- intelligente Software
- intelligente Funktionen (z. B. programmierbar, Datenprotokollierung, Fernsteuerung)
- einfach und sicher zu bedienen
- geringer Wartungsaufwand
- CIP (Reinigung im eingebauten Zustand)
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5mL | 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 150L | 3 bis 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund aus UIP16000 |
Kontaktieren Sie uns! / Fragen Sie uns!
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungsultraschallhomogenisatoren zum Mischen, Dispergieren, Emulgieren und Extrahieren im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Quellen
- 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
Farbmittel werden in mineralbasierte Farbmittel und Farbmittel auf Basis organischer Pigmente unterteilt. Beide Arten werden in zahlreichen Anwendungen umfassend eingesetzt und haben jeweils eigene Vorteile und Aspekte, die zu berücksichtigen sind. Die Wahl zwischen ihnen hängt von Faktoren wie dem gewünschten Farbspektrum, den Stabilitätsanforderungen, den anwendungsspezifischen Bedürfnissen und regulatorischen Vorgaben ab.
Organische Pigmente
Farbmittel auf Basis organischer Pigmente werden aus kohlenstoffbasierten Verbindungen gewonnen, beispielsweise aus Pflanzenextrakten oder synthetischen Quellen. Sie bieten eine große Vielfalt an Farben und Farbtönen und werden häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Kosmetik, Textilien und Druck. Organische Pigmente können eine hervorragende Farbstärke und Leuchtkraft bieten, sind jedoch möglicherweise anfälliger für ein Verblassen im Laufe der Zeit, insbesondere bei Einwirkung von Sonnenlicht oder anderen Umwelteinflüssen.
Mineralbasierte Farben
Auch künstlich synthetisierte anorganische Farbpigmente werden unter dem Sammelbegriff „Mineralfarben“ zusammengefasst. Diese Pigmente sind Oxide oder Salze der Metalle Blei, Zink, Titan, Barium, Chrom, Eisen, Aluminium, Quecksilber, Cadmium, Kupfer, Mangan und Kobalt. Dazu gehören die weißen Farben Bleiweiß (ein Bleicarbonat) und Zinkweiß (ein Zinkoxid). Hinzu kommen Titanweiß (ein Titandioxid), Lithopone (ein Zinksulfid) und Blanc fixe (ein Bariumsulfat).
Zu den bunten und schwarzen Pigmenten gehören Mennige (Bleioxid), Neapelgelb (Bleiantimonat), Chromgelb (Bleichromat), Chromorange, Chromgrün (Chromoxid), Zinkgelb (Zinkchromat), Grünspan (Kupferacetat), Permanentgrün, Eisenoxidrot, Englischrot und auch Smalte.
Diese Pigmente sind sehr stabil und beständig gegen Verblassen.
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungsultraschallhomogenisatoren für den Labormaßstab bis hin zum Industriemaßstab her.