Hochleistungs-Homogenisatoren für Farben und Lacke

Ultraschallmischer sind zuverlässige Maschinen für das Homogenisieren, Dispergieren und Emulgieren von flüssigen Farb- und Lackformulierungen. Ultraschall-Homogenisatoren stellen nicht nur hochstabile, gleichmäßige Farb- und Lackemulsionen bzw. -Dispersionen her, sondern Ultraschallgeräte werden auch zum Mahlen und Zerkleinern von Pigmenten, Nanomaterialien und Primärpartikeln eingesetzt. Das breite Spektrum an Fähigkeiten von Ultraschall-Homogenisatoren macht das Ultraschalldispergieren zu einem hoch entwickelten Mischverfahren in der Farben- und Lackindustrie.

Lack-Homogenisierung, Dispersion und Emulsion

Blue pigment powder before ultrasonic dispersion into a paint formula Die Homogenisierung wird angewendet, um die Partikelgröße von Feststoffen oder Tröpfchen zu reduzieren, um dadurch die Herstellung von stabilen, hochwertigen Emulsionen und Dispersionen zu ermöglichen. Bei der Formulierung von Farben, Beschichtungen und Lacken ist eine einheitliche Partikelgröße ausschalggebend für gleichmäßige Ergebnisse hinsichtlich der Farbstärke, dem Applikationsverhalten und Funktionalität der Farb- bzw. Lackformulierung.

Ultraschall-Farbhomogenisatoren für Dispersions- und Emulsionsformulierungen

Ultraschall-Hochschermischer sind ideal für Homogenisierungs-, Emulgierungs- und Solubilisierung-Verfahren, bei denen die Partikel- oder Tröpfchengröße und deren gleichmäßige Verteilung ausschlaggebend für Qualität der Farbe sind.
Ultraschall ist die bevorzugte Technologie der Homogenisierung, da die hochintensive akustische Kavitation des Hochleistungs-Ultraschalls in der Lage ist, Moleküle zuverlässig bis zu einer gleichmäßigen Partikelverteilung im Mikron- und Nanobereich aufzubrechen. Die Ultraschall-Homogenisierung ist die am weitesten entwickelte Technik zur Herstellung von Partikeln im Nano- und Mikronbereich. Die Größe der Partikel (z. B. Pigmente, Öle, Wachse, Additive etc.) kann durch die richtige Dosierung der Ultraschallintensität individuell angepasst werden.
Darüber hinaus kann die Ultraschall-Dispergierung zu einer Oberflächenmodifikation der Pigmente führen, was eine deutlich erhöhte Dispersionsstabilität zur Folge hat.

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Das Video demonstriert die Ultraschalldispersion der roten Farbe unter Verwendung des UP400St mit einem S24d 22mm Prüfkopf.

Ultraschall-Dispersion von roter Farbe mit dem UP400St

High-pwer ultrasound is a reliable dispersing and wet-milling technique applied for the producation of paints, high-performance coatings, and varnishes

Industrieller Ultraschallprozessor UIP16000 (16kW) für die Herstellung von Lacken und Nano-Füllstoffen

Ultraschall-Homogenisatoren für

  • wasserbasierte Farben
  • lösemittel-basierte Farben
  • Lackfarben
  • Dispersionsfarben
  • Latexdispersionen
  • Wachsemulsionen
  • hohe Pigmentladungen
  • Glanzdispersionsfarben
  • Suspoemulsionen (Mischung aus Suspension und Emulsion)
  • High-Performance-Beschichtungen
  • Lacke
  • Polymerformulierungen
  • Emaille
  • Nanopartikel-Additive
  • Abrasive Partikel / Schleifkörper
  • Mini-Emulsionspolymerisation

Ultraschall-Dispergierung von Nano-Füllstoffen

Füllstoffe in Nanogröße werden in Beschichtungen wie Polymere oder Harze eingearbeitet. Solche Nanofüllstoffe können die mechanischen Eigenschaften, z.B. UV-Beständigkeit, Kratzfestigkeit, Festigkeit und Zugfestigkeit bestimmter Materialien erheblich verbessern. Der Hauptunterschied zwischen konventionellen mikrometergroßen Füllstoffen und nanogroßen Füllstoffen ist das hohe spezifische Oberflächenverhältnis und die dadurch völlig veränderten Eigenschaften der Nanofüllstoffe. Nanomaterialien (z.B. nanoskalige Füllstoffe) müssen gleichmäßig in einer Lack- oder Beschichtungsformulierung dispergiert werden, damit die gesamte Oberfläche mit der umgebenden Matrix interagieren kann. Nur wenn Nanofüllstoffe als einzelne dispergierte Nanopartikel dispergiert sind, können diese ihre außergewöhnlichen Materialeigenschaften entfalten. Ultraschall-Homogenisatoren und -Dispergierer sind die überlegene Mischtechnologie, um Nanopartikel wie Nanofüller zu dispergieren, zu deagglomerieren und gleichmäßig in einer Matrix (z. B. Polymere, Epoxide oder Harze) zu einzumischen. Da die Scherkräfte des Ultraschalls die Bindungen zwischen den Partikeln aufbrechen, wird jeder Partikel einzeln in der Matrix dispergiert und entfaltet somit seine vollen Eigenschaften. Damit ist die Ultraschall-Dispergierung und Homogenisierung die zuverlässigste Methode zur Herstellung von Hochleistungsbeschichtungen.

Die Ultraschall-Dispersionstechnik hat viele Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Frästechnologien wie drei-Rolle, Ball oder Medienmühlen. (Klicken um zu vergrößern!)

Ultraschall-gestütztes Dispergieren hat große Vorteile gegenüber konventionellen Mahltechniken

Ultraschall-Dispergierung von Latex-Emulsionen

Obwohl Latexfarben nicht zu dem am kompliziertesten Farbrezepturen gehören, müssen sie dennoch sorgfältig hergestellt werden. Normalerweise müssen alle Komponenten einer Latexrezeptur in einer bestimmten Reihenfolge hinzugefügt werden. Im ersten Vorbereitungsschritt wird eine grundlegende Farbsuspension hergestellt. Dazu werden Pigmente in Wasser mit Netzmitteln, Entschäumern und anderen für die jeweilige Rezeptur erforderlichen Additiven dispergiert. In der Regel werden zuerst die Titandioxidpigmente (TiO2) dispergiert und dann die jeweiligen Extenderpigmente zugegeben. Für die meisten Rezepturen ist die Reihenfolge und das Maß der Zugabe dieser Verbindungen ein wesentlicher, qualitätsbeeinflussender Faktor. Zur Benetzung und Dispergierung der Partikel werden meist schnelllaufende Blatt-/Flügel-/Rotationsmischer verwendet, welche die herkömmlichste Methode der Latexemulgierung darstellen. Mit Flügel- oder Rotationsmischern ist das Mischen einer konsistenten Grundrezeptur ein zeitaufwändiger Vorgang. Anschließend wird die Latexemulsion der im ersten Schritt hergestellten Mischung hinzugegeben und mit deutlich geringerer Mischenergie eingearbeitet. Latex-Emulsionen neigen zum Koaleszieren oder Brechen und erfordern eine milde Homogenisierung. Anschließend werden bereits vordispergierte Verdickungsmittel zugegeben, um die Viskosität der fertigen Latex-Farbemulsion auf eine gewünschte Konsistenz einzustellen.
Mit dem Ultraschall-Dispergierer lässt sich die Herstellung von Latex-Emulsionen einfach und zuverlässig durchführen. Da die Beschallungsenergie und damit die Dispergierintensität an die Emulgierung und Homogenisierung der verschiedenen Aufbereitungsschritte angepasst werden kann, lässt sich eine Zersetzung von Inhaltsstoffen oder das Brechen der Latexemulsion zuverlässig verhindern. Die Ultraschall-Dispergierung ist eine bewährte Technik zur vollständigen Pulverbenetzung. Die Reihenfolge der Zugabe von Stoffen etc. kann je nach Rezepturanforderung verändert werden. Der ideal angepasste Ultraschall-Energieeintrag ermöglicht die volle Farbausprägung der Pigmente und führt zu einer hochwertigen Latexdispersionsfarbe.
Da der Ultraschall-Dispergierer mit Durchflusszelle ein geschlossenes System ist, tritt kein unerwünschte Lufteintrag oder Schaumbildung auf. Der Ultraschall-Dispergierer bietet den Vorteil, dass er robust und zuverlässig ist, einfach und sicher zu bedienen ist, kürzere Chargenzyklen hat und ein einfacheres Formulierungsverfahren bietet. Selbst mit einem Tisch-Ultraschallgerät im Durchflussaufbau können große Produktionskapazitäten effektiv und kostengünstig verarbeitet werden.

Ultraschalldispergieren ergibt sich eine sehr enge Partikelgrößenverteilung.

Partikelgrößenverteilung VOR (grün) und NACH (rot) der Ultraschalldispergierung: die grüne Kurve zeigt die Partikelgröße vor der Beschallung, die rote Kurve ist die Korngrößenverteilung des ultraschall-dispergierten Silicas.

Ultraschall-Dispergierung von Wachsemulsionen

Wachsemulsionen und -dispersionen sind formulierte Additive aus feinen und stabilisierten Wachspartikeln, die homogen in Wasser verteilt sind. Wenn Wachs als Nanotröpfchen mit einer sehr homogenen Tröpfchenverteilung dispergiert wird, erhält man eine stabile Wachsemulsion. Ultraschall-Homogenisatoren erzeugen intensive Scherkräfte und sind zuverlässige und robuste Dispergiersysteme zur Herstellung stabiler Wachs-Nanoemulsionen.
Lesen Sie mehr über die Wachsemulgierung mit Ultraschall!

Ultrasonic dispersers are used to disperse paints and pigments

Ultraschall-Dispergierer mit Glas-Durchflusszelle zur Darstellung der Homogenisierung von roter Farbe

Ultraschall-Dispersion von UV Black Ink: Ultraschall führt zu einer homogenen feinen Dispersion (Anklicken zum Vergrößern!)

UV-Schwarzpigmente: Vor und nach der Beschallung

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Ultraschall-Hochscherhomogenisatoren für Lackformulierungen

Hielscher Ultrasonics' Homogenisatoren, Dispergierer, Emulgatoren und Mühlen werden in der industriellen Produktion von Hochleistungslacken und -farben eingesetzt. Ultraschall-Homogenisatoren erzeugen mit der intensiven Energie der Ultraschallfrequenz sehr hohe Scherung, Turbulenzen und zerstörerische Kräfte. Diese außerordentlich intensiven Ultraschallkräfte koppeln die erforderliche Energie in Fest-Flüssig-Slurries, um Partikel auf die gewünschte Größe und Funktionalität zu dispergieren und zu vermahlen.

Ultraschall-Mahlen bei hohen Feststoffbeladungen

Inline-Ultraschallsysteme können problemlos sehr hohe Feststoffkonzentrationen verarbeiten. Solange die Partikelbeladung der Slurry im Bereich der Pumpfähigkeit liegt und durch die Ultraschall-Durchflusszelle geführt werden kann, können die industriellen Ultraschall-Homogenisierer von Hielscher jede Art von hochviskosen und pastösen Slurries zuverlässig verarbeiten. Die Ultraschall-Nassvermahlung wird häufig eingesetzt, um Masterbatches von Pigmenten in Mikron- und Nanogröße herzustellen. Die Fähigkeit, solche hohen Feststoffbeladungen selbst mit abrasiven Partikeln zu verarbeiten, macht Ultraschall-Hochscherhomogenisatoren zur effektivsten und effizientesten Mahltechnologie für Pigmente und Nanopartikel.

Ultraschall-Tankrührwerke und Durchflussreaktoren

The ultrasonic homogenization setup SonoStation consists of ultrasonic disperser, agitator, pump and tank. It is a complete turn-key setup for mixing applications.  Lackformulierungen können in offenen Behältern und Tanks bzw. als Chargen gemischt werden, wofür ein oder mehrere Ultraschallsonotroden eingesetzt werden. Das Mischen in offenen Behältern mit einem Aufbau wie der Hielscher SonoStation (siehe Abb. links) ist ein idealer Aufbau, um mittelgroße Volumina von niedrig- bis mittelviskosen Formulierungen zu dispergieren. Für hohe Volumendurchsätze, intensive Anwendungen des Mahlens und Zerkleinerns von Primärpartikeln sowie für hochviskose Schlämme und Pasten ist ein druckbeaufschlagbarer Ultraschallreaktor empfehlenswert.
Ein offener Behälter, wie z.B. ein Tank, kann weder unter Druck gesetzt werden noch ist er ideal für die gleichmäßige Verarbeitung größerer und/oder hochviskoser Mengen. Ein Ultraschall-Durchflussreaktor kann mit Druck von bis zu mehreren Bar beaufschlagt werden. Die Druckbeaufschlagung während der Beschallung intensiviert die akustische Kavitation und damit die Scherkräfte und Dispergier- / Mahl- / Homogenisierwirkung des Ultraschalls. Gleichzeitig werden alle Lackkomponenten und Pigmente gleichmäßig in den Reaktor eingebracht: Sie haben die gleiche Verweilzeit und werden unter exakt gleichen Ultraschallbedingungen bearbeitet, so dass ein sehr homogenes Dispergier- / Mahlergebnis erzielt wird. Die sehr gleichmäßige Behandlung unter intensiven Ultraschallkräften führt zu hervorragenden Lackprodukten.
Hielscher Ultrasonics bietet die komplette Palette an Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für Tank- und Reaktoraufbauten an, wodurch Sie die ideale Ultraschall-Dispergieranlage für Ihre Lackproduktion erhalten.

Ultraschall-Dispergierer für jede Produktionskapazität

UIP4000hdT Ultraschallreaktor für die Inline-Beschallung im industriellen MaßstabDie Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum an Ultraschallprozessoren ab - von kompakten Labor-Ultraschallgeräten über Tisch- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität, LKW-Ladungen pro Stunde zu verarbeiten. Die vollständige Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen den am besten geeigneten Ultraschall-Dispergierer für Ihre Lackrezepturen, Prozesskapazität und Produktionsziele anzubieten.
Ultraschall-Benchtop-Systeme sind ideal für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Das lineare Scale-up auf Basis etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazitäten von kleineren Chargen bis zur voll kommerziellen Produktion zu erhöhen. Das Up-Scaling kann entweder durch die Installation einer leistungsstärkeren Ultraschall-Dispergiereinheit oder durch das Clustern mehrerer Ultraschallgeräte parallel erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschall-Dispergierer an.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher Ultraschallgeräte sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Arbeitsgeräte in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, welcher die Effizienz und Effektivität des Ultraschall-Dispergierens und -Nassmahlens von Pigmentpasten, Lacken und Polymeren beeinflusst.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Alle Hielscher Ultrasonics‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Boosterhörner sind Zubehörteile, mit denen sich die Amplitude in einem noch größeren Bereich verändern lässt. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden liefern und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb gefahren werden. Hohe Amplituden sind essentiell, wenn es um Hochleistungs-Ultraschallanwendungen wie Nanodispersionen, Nanopartikelsynthese, Mahlen von Primärpartikeln und Mini-Emulsionen geht.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Pigmente und Pulverslurries unter den effektivsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Dispergierergebnisse!

Einfache, risikofreie Erprobung

Ultraschallprozesse können vollständig linear skaliert werden. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor- oder Tisch-Ultraschallgerät erzielt haben, mit denselben Prozessparametern linear auf genau dieselbe Leistung hochskaliert werden kann. Das macht die Beschallung ideal für risikofreie Machbarkeitstests, Prozessoptimierung und die anschließende Implementierung in die kommerzielle Fertigung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Lack- und Pigmentproduktion verbessern kann.

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Firmenhauptsitz in Teltow bei Berlin entwickelt, gefertigt und auf Herz und Nieren geprüft. Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallgeräte machen sie zu einem Arbeitstier in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Hochleistungsdispergierer von Hielscher. Das macht die Hielscher-Ultraschallgeräte zu einem äußerst zuverlässigen Arbeitsgerät, das Ihre Anforderungen in der Farben- und Lackverarbeitung erfüllt.

Ultraschallgerät UP200St (200W) für das Dispergieren von Carbon Black in Wasser unter Verwendung von 1wt% Tween80 als Tensid

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In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
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
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Was ist der Unterschied zwischen Dispersionen und Emulsionen?

Definition einer Dispersion:
Eine Dispersion ist ein System, in dem Partikel eines Materials in einer kontinuierlichen Phase eines anderen Materials dispergiert bzw. verteilt sind. Die beiden Phasen können sich in gleichen oder unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden.
Es werden verschiedene Arten von Dispersionen unterschieden. Unterscheidungsmerkmale sind z.B. das Größenverhältnis der dispergierten Partikel zu den Partikeln der kontinuierlichen Phase, ob Ausfällungen auftreten, sowie das Vorhandensein von Brownscher Bewegung. Im Allgemeinen werden Dispersionen mit Partikeln, die groß genug für Sedimentation sind, als Suspensionen bezeichnet, während solche mit kleineren Partikeln als Kolloide und Lösungen bezeichnet werden. Eine Emulsion ist ein spezieller Untertyp der Dispersion, bei der zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (zwei Phasen desselben Zustands) ineinander dispergiert werden.
Definition einer Emulsion:
Emulsionen sind Flüssigkeitssysteme, welche aus mindestens zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten bestehen, wobei eine der Flüssigkeiten in der anderen als kleine Tröpfchen dispergiert ist. Die Phase der kleinen, verteilten Tröpfchen wird als dispergierte oder innere Phase bezeichnet, während die andere Phase als kontinuierliche oder äußere Phase bezeichnet wird. Es gibt zwei Haupttypen von Emulsionen, zwischen denen unterschieden wird: Die Öl-in-Wasser (O/W)- und Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsionen. Bei der Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W) ist die innere Phase ein Öl bzw. eine ölige Flüssigkeit und die äußere Phase ist Wasser bzw. eine wassermischbare Flüssigkeit. In der Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsion ist die innere Phase die wasser-basierte Flüssigkeit, während die äußere Phase die öl-basierte Flüssigkeit ist.
Die meisten Emulsionen benötigen einen Emulgator, der auch als Stabilisator oder Tensid bezeichnet wird. Auch die Tröpfchengröße spielt eine entscheidende Rolle bei der Emulsionsstabilität. Je kleiner die Tröpfchengröße ist, desto stabiler ist die Emulsion.


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.