Ultraschall fürs Dispergieren und Mahlen: Farben & Pigmente

Leistungsultraschall ist bekannt für seine intensive und präzise steuerbare Mahl- und Dispergierwirkung. Industrie-Ultraschallgeräte liefern eine hochgradig gleichmäßige Partikelgrößenverteilung im Mikron- und Nanobereich. Industrie-Ultraschallgeräte verarbeiten problemlos große Volumenströme mit hoher Viskosität und erfüllen eine homogene Benetzung, Dispergierung, Desagglomeration und Vermahlung.

Farbproduktion mit Ultraschall

Verbessern Sie Ihre Farben, Farben und Lacke mittels Ultraschall:

• Formulierung: Egal ob Sie Farbpasten mit hoher Viskosität, hoher Partikelladung in einer wässrigen oder lösemittelhaltigen Suspension behandeln wollen – mit Hielscher industriellen Ultraschallanlagen können Sie jede Ihrer Formulierungen verarbeiten.
• Mikron- und Nano-Größe: Der ultraschall-generierte Kavitations- Kraft und deren Scherung reduziert Partikel auf sehr kleine Durchmesser und sorgt für eine einheitliche Dispersion.
• Optische Eigenschaften: Um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erhalten, muss die Partikelgröße reguliert werden. In der Regel korreliert die Deckkraft einer Farbe mit Partikelgröße ihrer Pigmente: Je feiner die Partikelgröße, desto höher die Deckkraft. So wird z.B. TiO₂ auf eine Partikelgröße von 0,20 bis 0,3 Mikron zerkleinert, was in etwa einer halben Wellenlänge des Lichts entspricht. Mittels Ultraschall können Sie die TiO₂ Pigmente auf optimale Partikelgröße zerkleinern, so dass eine optimale Deckkraft erreicht wird.
• High Performance Partikel: Mit einer kleineren Korngröße erreichen Sie größere Farbsättigung, Farbstärke, Konsistenz und Stabilität. Die intensiven, aber dennoch präzise kontrollierbaren Ultraschallkräfte ermöglichen die Herstellung von modifizierten und funktionalisierten Nanopartikeln, wie z.B. beschichteten Partikeln, SWNTsMWCNTs und Core-Shell-Partikeln. Solche Partikel weisen einzigartige Besonderheiten auf und ermöglichen es, Farbe- oder Beschichtungsformulierungen mit einer völlig neuen Qualität und Funktionalität herzustellen (z.B. UV-Beständigkeit, Kratzfestigkeit, Lackstärke, Haftfähigkeit, hohe Wärmebeständigkeit, Infrarot- und Solarreflexion).
• Modifizierte Partikel: Mit modifizierten Pigmenten können Suspensionen mit hoher Partikelkonzentration hergestellt werden, die trotzdem eine relativ geringe Viskosität aufweisen (z.B. 2,5cP bei 10 % Feststoffkonzentration). Zudem lässt sich eine hervorragende Stabilität der Suspension und eine hohe Reinheit

Pigmentpasten, die mit Hilfe von Ultraschallkavitation und hohen Scherkräften gemahlen und dispergiert werden, zeigen eine deutliche Größenreduzierung und gleichmäßige Verteilung. Das obige Diagramm zeigt die zunehmende Verkleinerung bei steigender Ultraschallenergie.

Für die Herstellung von Farben werden die Komponenten (z.B. Pigmente, Bindemittel/Filmbildner, Lösungsmittel, Harze, Füllstoffe und Additive) zu einer homogenen Formulierung vermischt. Die Pigmente sind die entscheidende Komponente, welche dem Farbprodukt seine Farbkraft verleiht. Das wichtigste Weißpigment ist TiO₂, welches auf eine optimale Partikelgröße zwischen 0,2 und 0,3 Mikron Durchmesser zerkleinert werden muss, um den gewünschten Weißgrad, Helligkeit, Deckkraft und eine sehr hohe Lichtbrechung zu erreichen. Die Ultraschall-Scherkräfte stellen eine sehr effektive Methode der Desagglomeration und Dispersion von TiO₂ Partikeln dar (siehe Tabelle unten).
Das ultraschall-gestützte Mahlen und Dispergieren beeinflusst die Farbqualitätund verbessert die Farbstärke, Dichte, Dispersion und Rheologie.

Ultraschall-Dispergieren & Vermahlen

Die Qualität von Farben und Lacken beruht auf der einheitlichen Dispersion der Pigmente. Hielscher Ultrasonics liefert leistungsstarke Ultraschallsysteme für das Vermahlen und Feinmahlen von Farbdispersionen, auch für Formulierungen mit hohen Partikelkonzentrationen. Der Mechanismus der Ultraschall-Dispergierer für das Vermahlen & Desagglomerieren und Dispergieren basiert auf den hochintensiven Scherkräften der Ultraschallkavitation. Die ultraschall-generierte Kavitations- Kraft erzeugt hohe Druckdifferenzen, lokale Hot Spots und Flüssigkeitsstrahlen, durch welche eine interpartikuläre Kollision erreicht wird und die Partikel dich gegenseitig zerschmettern.
Industrielle Ultraschalldispergierer wie z.B. der UIP16000 haben Kapazität, um hohe Flüssigkeitsströme mit Farb- und Lackformulierungen zu verarbeiten.

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Dispersion von Nanopartikeln

Das ultraschall-gestützte Feinmahlen und Dispergieren ist oft die einzige Method, um Nanopartikel und Primärpartikel effizient zu verarbeiten. Durch die sehr kleine Primärpartikelgröße erhält das pigment eine große Partikeloberfläche. Die Größe und Ausprägung der Partikeloberfläche verleiht dem Partikel einzigartige Merkmale und Funktionalitäten. Gleichzeitig ist eine kleinere Korngröße mit einer hohen Oberflächenenergie verbunden, welche eine verstärkte Aggregation und Reaktivität mit sich bringt, so dass eine intensive Ultraschall- Dispergieren erforderlich ist, um die Nanopartikel homogen in die Formulierung einzumischen.
Darüber hinaus können mittel einer ultraschall-gestützten Oberflächenbehandlung die Nanopartikel modifiziert werden, wodurch eine verbesserte Dispergierbarkeit, Dispersionsstabilität, Hydrophobie und weitere positive Eigenschaften erreicht werden können.
Forscher empfehlen die ultraschall-gestützte Dispergierung für Nanopartikel als bevorzugte Lösung, „da das Material, welches mittels der Ultraschallmethode dispergiert wurde, viel reiner ist als das Material, das mit einer Perumühle hergestellt wurde“^{[Kim et al. 2010]}.

Ultraschall-gestütztes Dispergieren hat große Vorteile gegenüber konventionellen Mahltechniken

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Literatur / Literaturhinweise