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

Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται στη διαμόρφωση επιστρώσεων για:

• γαλακτωματοποίηση πολυμερών σε υδατικά συστήματα
• διασπορά και λεπτή άλεση των 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 ΠΟΕ και υψηλές τιμές διαλυτών τονώνουν την ανάπτυξη των τεχνολογιών επίστρωσης ρητίνης που μεταφέρονται με νερό. 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 νανο-μεγέθους, π.χ. οξειδίων μετάλλων (TiO₂, Πυρίτιο, Ceria, ZnO, …).

Ο υπέρηχος βοηθά περαιτέρω στην αποτρίχωση (παγιδευμένοι φυσαλίδες) και στην απαέρωση (διαλυμένο αέριο) εξαιρετικά παχύρρευστων προϊόντων. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τον υπερηχητικό απο-αερισμό και την απαέρωση υγρών!

Καθώς η τεχνολογία διασποράς υπερήχων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εργαστηριακό, πάγκο και βιομηχανικό επίπεδο παραγωγής, επιτρέποντας ρυθμούς απόδοσης άνω των 10 τόνων / ώρα, εφαρμόζεται στο R&D σκηνή και στην εμπορική παραγωγή. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας μπορούν να κλιμακωθούν εύκολα και γραμμικά.

Οι υπερηχητικές συσκευές Hielscher 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 των χρωστικών ουσιών,
• και μείωση του μεγέθους των νανοϋλικών.

Πολυμερισμός γαλακτώματος χρησιμοποιώντας υπερήχηση

Οι παραδοσιακές συνθέσεις επίστρωσης χρησιμοποιούν βασική χημεία πολυμερών. Η αλλαγή στην τεχνολογία επίστρωσης με βάση το νερό έχει αντίκτυπο στην επιλογή πρώτων υλών, τις ιδιότητες και τις μεθοδολογίες διαμόρφωσης.

Σε συμβατικό πολυμερισμό γαλάκτωμα, π.χ. για πλωτές επιστρώσεις, τα σωματίδια είναι χτισμένα από το κέντρο στην επιφάνειά τους. Οι κινητικοί παράγοντες επηρεάζουν την ομοιογένεια και τη μορφολογία των σωματιδίων.

Υπερήχων επεξεργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί με δύο τρόπους να παράγει γαλακτωμάτων πολυμερές.

• Επάνω-κάτω: Γαλακτωματοποιητές/ /διασποράς των μεγαλύτερων πολυμερών σωματιδίων για τη δημιουργία μικρότερων σωματιδίων με τη μείωση του μεγέθους
• Από κάτω προς τα επάνω: Χρήση υπερήχων πριν ή κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού σωματιδίων

 

 

Νανοσωματιδιακής πολυμερή στα μικρά γαλακτώδη

Ο πολυμερισμός σωματιδίων σε μικροσκοπικά απογαλακτώματα επιτρέπει την κατασκευή διασκορπισμένων σωματιδίων πολυμερούς με καλό έλεγχο του μεγέθους των σωματιδίων. Η σύνθεση νανοσωματιδίων πολυμερών σωματιδίων σε μικροσκοπικά συμπαράγματα (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 νανοσυμπαραστάσεων (φάση διασποράς) σε ένα γαλάκτωμα ως νανοαντιδραστήρες. Σε αυτά, τα σωματίδια συντίθενται με εξαιρετικά παράλληλο τρόπο στα μεμονωμένα, περιορισμένα σταγονίδια. Στην εργασία της, η Landfester (2001) παρουσιάζει τον πολυμερισμό σε νανοαντιδραστήρες σε υψηλή τελειότητα για την παραγωγή εξαιρετικά πανομοιότυπων σωματιδίων σχεδόν ομοιόμορφου μεγέθους. Η παραπάνω εικόνα δείχνει σωματίδια που λαμβάνονται με υπερηχητικά υποβοηθούμενη πολυπροσθήκη σε μικροσκοπικά σώματα.

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

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

Χρωστικές σε επιστρώσεις

Οι οργανικές και ανόργανες χρωστικές ουσίες 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. Οι μηχανισμοί υψηλής διάτμησης, όπως οι αναμικτήρες ρότορα-στάτορα ή οι μύλοι χαντρών αναδευτήρα χρησιμοποιούνται συμβατικά για να σπάσουν τέτοια συσσωματώματα και να αλέσουν τα μεμονωμένα σωματίδια χρωστικής. Υπερήχους σε μια εξαιρετικά αποτελεσματική εναλλακτική λύση για αυτό το βήμα στην κατασκευή επικαλύψεων.

Τα παρακάτω γραφήματα δείχνουν την επίδραση της υπερήχησης στο μέγεθος μιας χρωστικής λάμψης μαργαριταριών. Ο υπέρηχος αλέθει τα μεμονωμένα σωματίδια χρωστικής με σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων υψηλής ταχύτητας. Το κύριο 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 1000km/ hr, τα συγκρούονται βίαια και θρυμματίζονται σε μικρά κομμάτια. Η τριβή σωματιδίων δίνει στα υπερηχητικά αλεσμένα σωματίδια μια λεία επιφάνεια. Συνολικά, η υπερηχητική άλεση και διασπορά έχει ως αποτέλεσμα μια λεπτή και ομοιόμορφη κατανομή σωματιδίων.

 

Η υπερηχητική άλεση και η διασπορά συχνά υπερέχουν μίξερ υψηλής ταχύτητας και μύλοι μέσων, καθώς η υπερήχηση παρέχει μια πιο συνεπή επεξεργασία όλων των σωματιδίων. Γενικά, υπερήχους παράγει μικρότερα μεγέθη σωματιδίων και μια στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων (καμπύλες φρεζαρίσματος χρωστικών ουσιών). Αυτό βελτιώνει τη συνολική ποιότητα των διασκορπισμών χρωστικής, καθώς τα μεγαλύτερα σωματίδια συνήθως παρεμβαίνουν στην ικανότητα επεξεργασίας, τη γυαλάδα, την αντίσταση και την οπτική εμφάνιση.

Δεδομένου ότι η άλεση και η άλεση 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 υπερήχηση είναι ένα τυπικό χαρακτηριστικό της υπερηχητικής επεξεργασίας.

Υλικά νανομεγέθους σε επικαλύψεις υψηλής απόδοσης

Η νανοτεχνολογία είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία που κάνει το δρόμο της σε πολλές βιομηχανίες. Νανοϋλικά και νανοσυνθέτων χρησιμοποιούνται σε σκευάσματα επίστρωσης, π.χ. για την ενίσχυση της τριβής και την αντίσταση στο μηδέν ή UV-σταθερότητα. Η μεγαλύτερη πρόκληση για την εφαρμογή σε επιχρίσματα είναι η διατήρηση της διαφάνειας, της σαφήνειας, και gloss. Ως εκ τούτου, τα νανοσωματίδια έχουν είναι πολύ μικρό για να αποφευχθεί η παρεμβολή με το 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 την λεπτή άλεση των στερεών. Υπερήχων / ακουστική σπηλαίωση σε υγρά προκαλεί συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων υψηλής ταχύτητας. Διαφορετικά από τους συμβατικούς μύλους χαντρών και τους μύλους με βότσαλα, τα ίδια τα σωματίδια αλληλοσυγχαίρονται, καθιστώντας περιττά τα μέσα άλεσης.

Εταιρείες, όπως Παναντούρ (Γερμανία) χρησιμοποιήστε υπερήχους Hielscher για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση των νανοϋλικών σε επιστρώσεις σε μούχλα. Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική διασπορά των επιστρώσεων σε μούχλα!

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