Υπερηχογράφημα στη σύνθεση επίστρωσης

Διάφορα συστατικά, όπως χρωστικές ουσίες, πληρωτικά, χημικά πρόσθετα, crosslinkers και τροποποιητές ρεολογίας πηγαίνουν σε σκευάσματα επίστρωσης και βαφής. Ο υπέρηχος είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για τη διασπορά και τη γαλακτωματοποίηση, την αποσυσσωμάτωση και την άλεση τέτοιων συστατικών σε επικαλύψεις.

Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται στη σύνθεση επικαλύψεων για:

• γαλακτωματοποίηση πολυμερών σε υδατικά συστήματα
• διασπορά και λεπτή άλεση χρωστικών ουσιών
• μείωση του μεγέθους των νανοϋλικών σε επιστρώσεις υψηλής απόδοσης

Οι επικαλύψεις εμπίπτουν σε δύο ευρείες κατηγορίες: ρητίνες και επικαλύψεις με βάση το νερό και διαλύτες. Κάθε τύπος έχει τις δικές του προκλήσεις. Οι οδηγίες που ζητούν μείωση των πτητικών οργανικών ενώσεων και υψηλές τιμές διαλυτών τονώνουν την ανάπτυξη των τεχνολογιών επίστρωσης υδατοδιαλυτής ρητίνης. Η χρήση υπερήχων μπορεί να ενισχύσει την απόδοση τέτοιων φιλικών προς το περιβάλλον συστημάτων.

Ενισχυμένη σύνθεση επίστρωσης λόγω υπερήχων

Ο υπέρηχος μπορεί να βοηθήσει τους τυποποιητές αρχιτεκτονικών, βιομηχανικών, αυτοκινήτων και ξύλινων επικαλύψεων να ενισχύσουν τα χαρακτηριστικά επίστρωσης, όπως αντοχή χρώματος, γρατσουνιές, ρωγμές και αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία ή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ορισμένα από αυτά τα χαρακτηριστικά επίστρωσης επιτυγχάνονται με τη συμπερίληψη υλικών νανομεγέθους, π.χ. οξείδια μετάλλων (TiO₂, διοξείδιο του πυριτίου, ceria, ZnO, …).

Ο υπέρηχος βοηθά περαιτέρω στην αποαφριστική (παγιδευμένες φυσαλίδες) και απαέρωση (διαλυμένο αέριο) προϊόντων υψηλού ιξώδους. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική απαέρωση και απαέρωση υγρών!

Καθώς η τεχνολογία διασποράς υπερήχων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε επίπεδο εργαστηρίου, πάγκου και βιομηχανικής παραγωγής, επιτρέποντας ποσοστά απόδοσης άνω των 10 τόνων / ώρα, εφαρμόζεται στο R&D στάδιο και στην εμπορική παραγωγή. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας μπορούν να κλιμακωθούν εύκολα και γραμμικά.

Hielscher συσκευές υπερήχων είναι πολύ ενεργειακά αποδοτικές. Οι συσκευές μετατρέπουν περίπου το 80 έως 90% της ηλεκτρικής ισχύος εισόδου σε μηχανική δραστηριότητα στο υγρό. Αυτό οδηγεί σε σημαντικά χαμηλότερο κόστος επεξεργασίας.

Ακολουθώντας τους παρακάτω συνδέσμους, μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη χρήση υπερήχων υψηλής απόδοσης για το

• γαλακτωματοποίηση πολυμερών σε υδατικά συστήματα,
• διασπορά και λεπτή άλεση χρωστικών ουσιών,
• και μείωση του μεγέθους των νανοϋλικών.

Πολυμερισμός γαλακτώματος χρησιμοποιώντας κατεργασία με υπερήχους

Τα παραδοσιακά σκευάσματα επικάλυψης χρησιμοποιούν βασική χημεία πολυμερών. Η αλλαγή στην τεχνολογία επίστρωσης με βάση το νερό έχει αντίκτυπο στην επιλογή πρώτων υλών, τις ιδιότητες και τις μεθοδολογίες σύνθεσης.

Στον συμβατικό πολυμερισμό γαλακτώματος, π.χ. για υδατοδιαλυτές επικαλύψεις, τα σωματίδια κατασκευάζονται από το κέντρο προς την επιφάνειά τους. Κινητικοί παράγοντες επηρεάζουν την ομοιογένεια και τη μορφολογία των σωματιδίων.

Υπερήχων επεξεργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί με δύο τρόπους παράγουν γαλακτώματα πολυμερούς.

• από πάνω προς τα κάτω: Γαλακτωματοποίηση/Διασποράς μεγαλύτερων πολυμερών σωματιδίων για τη δημιουργία μικρότερων σωματιδίων με μείωση μεγέθους
• από κάτω προς τα πάνω: Χρήση υπερήχων πριν ή κατά τη διάρκεια πολυμερισμού σωματιδίων

 

 

Πολυμερή νανοσωματιδίων σε μικρογαλακτώματα

Ο πολυμερισμός των σωματιδίων σε μικρογαλακτώματα επιτρέπει την κατασκευή διασκορπισμένων σωματιδίων πολυμερούς με καλό έλεγχο του μεγέθους των σωματιδίων. Η σύνθεση σωματιδίων πολυμερούς νανοσωματιδίων σε μικρογαλακτώματα (επίσης γνωστά ως νανοαντιδραστήρες), όπως παρουσιάστηκε από τον K. Landfester (2001), είναι μια εξαιρετική μέθοδος για το σχηματισμό πολυμερών νανοσωματιδίων. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιεί τον μεγάλο αριθμό μικρών νανοδιαμερισμάτων (φάση διασποράς) σε ένα γαλάκτωμα ως νανοαντιδραστήρες. Σε αυτά, τα σωματίδια συντίθενται με έναν πολύ παράλληλο τρόπο στα μεμονωμένα, περιορισμένα σταγονίδια. Στην εργασία της, η Landfester (2001) παρουσιάζει τον πολυμερισμό σε νανοαντιδραστήρες σε υψηλή τελειότητα για τη δημιουργία πολύ πανομοιότυπων σωματιδίων σχεδόν ομοιόμορφου μεγέθους. Η παραπάνω εικόνα δείχνει σωματίδια που λαμβάνονται με υπερηχητικά υποβοηθούμενη πολυπροσθήκη σε μικρογαλακτώματα.

Μικρά σταγονίδια που παράγονται από την εφαρμογή υψηλής διάτμησης (υπερήχους) και σταθεροποιούνται από σταθεροποιητικούς παράγοντες (γαλακτωματοποιητές), μπορούν να σκληρυνθούν με επακόλουθο πολυμερισμό ή με μείωση της θερμοκρασίας στην περίπτωση υλικών τήξης χαμηλής θερμοκρασίας. Καθώς υπερήχους μπορεί να παράγει πολύ μικρά σταγονίδια σχεδόν ομοιόμορφου μεγέθους σε παρτίδα και διαδικασία παραγωγής, επιτρέπει έναν καλό έλεγχο του τελικού μεγέθους σωματιδίων. Για τον πολυμερισμό νανοσωματιδίων, υδρόφιλα μονομερή μπορούν να γαλακτωματοποιηθούν σε οργανική φάση και υδρόφοβα μονομερή σε νερό.

Κατά τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, η συνολική επιφάνεια σωματιδίων αυξάνεται ταυτόχρονα. Η εικόνα στα αριστερά δείχνει τη συσχέτιση μεταξύ του μεγέθους των σωματιδίων και της επιφάνειας στην περίπτωση σφαιρικών σωματιδίων. Επομένως, η ποσότητα επιφανειοδραστικής ουσίας που απαιτείται για τη σταθεροποίηση του γαλακτώματος αυξάνεται σχεδόν γραμμικά με τη συνολική επιφάνεια σωματιδίων. Ο τύπος και η ποσότητα της επιφανειοδραστικής ουσίας επηρεάζει το μέγεθος των σταγονιδίων. Σταγονίδια 30 έως 200nm μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας ανιονικές ή κατιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες.

Χρωστικές σε επιχρίσματα

Οι οργανικές και ανόργανες χρωστικές αποτελούν σημαντικό συστατικό των σκευασμάτων επικάλυψης. Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η απόδοση της χρωστικής, απαιτείται καλός έλεγχος του μεγέθους των σωματιδίων. Κατά την προσθήκη σκόνης χρωστικής σε υδατοδιαλυτά, διαλυτικά ή εποξειδικά συστήματα, τα μεμονωμένα σωματίδια χρωστικής τείνουν να σχηματίζουν μεγάλα συσσωματώματα. Μηχανισμοί υψηλής διάτμησης, όπως αναμικτήρες ρότορα-στάτορα ή μύλοι σφαιριδίων αναδευτήρα χρησιμοποιούνται συμβατικά για να σπάσουν τέτοια συσσωματώματα και να αλέσουν τα μεμονωμένα σωματίδια χρωστικής ουσίας. Υπερήχους σε μια εξαιρετικά αποτελεσματική εναλλακτική λύση για αυτό το βήμα στην κατασκευή επικαλύψεων.

Τα παρακάτω γραφήματα δείχνουν τον αντίκτυπο της υπερήχησης στο μέγεθος μιας χρωστικής λάμψης μαργαριταριών. Ο υπέρηχος αλέθει τα μεμονωμένα σωματίδια χρωστικής με σύγκρουση υψηλής ταχύτητας μεταξύ σωματιδίων. Το εξέχον πλεονέκτημα της υπερήχων είναι ο υψηλός αντίκτυπος των δυνάμεων διάτμησης σπηλαίωσης, γεγονός που καθιστά περιττή τη χρήση μέσων λείανσης (π.χ. χάντρες, μαργαριτάρια). Καθώς τα σωματίδια επιταχύνονται από εξαιρετικά γρήγορους πίδακες υγρού έως και 1000 χλμ/ώρα, συγκρούονται βίαια και θρυμματίζονται σε μικρά κομμάτια. Η τριβή σωματιδίων δίνει στα υπερηχητικά αλεσμένα σωματίδια μια λεία επιφάνεια. Συνολικά, υπερήχων άλεση και διασπορά οδηγεί σε ένα λεπτό μέγεθος και ομοιόμορφη κατανομή σωματιδίων.

 

Υπερήχων άλεση και διασπορά συχνά υπερέχει υψηλής ταχύτητας μίξερ και μύλους μέσων ενημέρωσης, όπως υπερήχηση παρέχει μια πιο συνεπή επεξεργασία όλων των σωματιδίων. Γενικά, υπερήχους παράγει μικρότερα μεγέθη σωματιδίων και μια στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων (καμπύλες άλεσης χρωστικών). Αυτό βελτιώνει τη συνολική ποιότητα των διασπορών χρωστικών, καθώς τα μεγαλύτερα σωματίδια συνήθως παρεμβαίνουν στην ικανότητα επεξεργασίας, τη στιλπνότητα, την αντίσταση και την οπτική εμφάνιση.

Δεδομένου ότι η άλεση και λείανση σωματιδίων βασίζεται σε σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων ως αποτέλεσμα της υπερηχητικής σπηλαίωσης, οι υπερηχητικοί αντιδραστήρες μπορούν να χειριστούν αρκετά υψηλές στερεές συγκεντρώσεις (π.χ. κύριες παρτίδες) και εξακολουθούν να παράγουν καλά αποτελέσματα μείωσης μεγέθους. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει εικόνες της υγρής άλεσης του TiO2.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τις καμπύλες κατανομής μεγέθους σωματιδίων για την αποσυσσωμάτωση του διοξειδίου του τιτανίου Degussa anatase με υπερήχους. Το στενό σχήμα της καμπύλης μετά από υπερήχους είναι ένα τυπικό χαρακτηριστικό της επεξεργασίας υπερήχων.

Νανομεγέθη υλικά σε επιστρώσεις υψηλής απόδοσης

Η νανοτεχνολογία είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία που εισέρχεται σε πολλές βιομηχανίες. Τα νανοϋλικά και τα νανοσύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται σε σκευάσματα επικάλυψης, π.χ. για την ενίσχυση της αντοχής στην τριβή και τις γρατσουνιές ή της σταθερότητας στην υπεριώδη ακτινοβολία. Η μεγαλύτερη πρόκληση για την εφαρμογή στις επιστρώσεις είναι η διατήρηση της διαφάνειας, της σαφήνειας και της στιλπνότητας. Επομένως, τα νανοσωματίδια είναι πολύ μικρά για να αποφευχθεί η παρεμβολή στο ορατό φάσμα του φωτός. Για πολλές εφαρμογές, αυτό είναι σημαντικά χαμηλότερο από 100nm.

Η υγρή λείανση εξαρτημάτων υψηλής απόδοσης σε εύρος νανομέτρων γίνεται ένα κρίσιμο βήμα στη διαμόρφωση νανομηχανικών επιστρώσεων. Οποιαδήποτε σωματίδια που παρεμβαίνουν στο ορατό φως, προκαλούν ομίχλη και απώλεια διαφάνειας. Επομένως, απαιτούνται πολύ στενές κατανομές μεγέθους. Υπερήχους είναι ένα πολύ αποτελεσματικό μέσο για τη λεπτή άλεση των στερεών. Υπερήχων / ακουστική σπηλαίωση σε υγρά προκαλεί συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας μεταξύ σωματιδίων. Διαφορετικά από τους συμβατικούς μύλους σφαιριδίων και τους μύλους με βότσαλα, τα ίδια τα σωματίδια αλληλοεξουδετερώνονται, καθιστώντας περιττά τα μέσα άλεσης.

Εταιρείες, όπως Panadur (Γερμανία) χρήση Hielscher υπερήχων για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση των νανοϋλικών σε επικαλύψεις σε καλούπι. Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική διασπορά των επικαλύψεων σε καλούπι!

Για την υπερήχηση εύφλεκτων υγρών ή διαλυτών σε επικίνδυνα περιβάλλοντα, διατίθενται επεξεργαστές πιστοποιημένοι με ATEX. Μάθετε περισσότερα σχετικά με τον πιστοποιημένο υπερηχητικό Atex, UIP1000-Exd!