Πώς να αναμείξετε βερνίκια με νανοπληρωτικά

Η παραγωγή βερνικιών απαιτεί ισχυρό εξοπλισμό ανάμειξης που μπορεί να επεξεργαστεί νανοσωματίδια και χρωστικές, τα οποία πρέπει να διασπείρονται ομοιόμορφα στη σύνθεση. Οι ομογενοποιητές υπερήχων αποτελούν μια ιδιαίτερα αποδοτική και αξιόπιστη τεχνική διασποράς που εξασφαλίζει ομοιογενή κατανομή των νανοσωματιδίων στα πολυμερή.

Παραγωγή βερνικιών με αναμικτήρες υπερήχων υψηλών επιδόσεων

Το βερνίκι περιγράφεται ως μια διαυγής, διαφανής, σκληρή προστατευτική επίστρωση ή υμένιο, που παρασκευάζεται από ρητίνες (π.χ. ακρυλικές, πολυουρεθανικές, αλκυδικές, γομαλάκα), ξηραινόμενο έλαιο, μεταλλικό στεγνωτικό και πτητικούς διαλύτες (π.χ. νάφθα, ορυκτό νέφτι ή αραιωτικό). Όταν το βερνίκι στεγνώνει, ο διαλύτης που περιέχει εξατμίζεται και τα υπόλοιπα συστατικά οξειδώνονται ή πολυμερίζονται, σχηματίζοντας ένα ανθεκτικό διαφανές υμένιο. Τα βερνίκια χρησιμοποιούνται κυρίως ως προστατευτικές επιστρώσεις για ξύλινες επιφάνειες, πίνακες ζωγραφικής και διάφορα διακοσμητικά αντικείμενα, ενώ τα βερνίκια που σκληραίνουν με υπεριώδη ακτινοβολία χρησιμοποιούνται σε επιστρώσεις αυτοκινήτων, καλλυντικά, τρόφιμα, την επιστήμη και άλλους κλάδους.

Διασπορά νανοπυριτίας σε βερνίκι με υπερήχους

Ένα συνηθισμένο παράδειγμα διασποράς με υπερήχους είναι η ενσωμάτωση κολλοειδών μορφών πυριτίας, οι οποίες συνήθως προστίθενται για να προσδώσουν θιξοτροπικές ιδιότητες στα βερνίκια.
Για παράδειγμα, ένα βερνίκι πολυαιθεριμιδίου με νανοπυριτία ως πληρωτικό παρουσιάζει αυξημένη διάρκεια ζωής, έως και τριάντα φορές μεγαλύτερη από εκείνη ενός συμβατικού βερνικιού. Η νανοπυριτία βελτιώνει ιδιότητες του βερνικιού όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η διηλεκτρική αντοχή σε συνεχές (DC) και εναλλασσόμενο (AC) ρεύμα και η αντοχή πρόσφυσης. Συνεπώς, οι διασπορείς υπερήχων χρησιμοποιούνται ευρέως για την παραγωγή ηλεκτρικά αγώγιμων επιστρώσεων.
Άλλα πυριτικά ορυκτά, όπως ο βολλαστονίτης, ο τάλκης, ο μαρμαρυγίας, ο καολίνης, ο άστριος και ο νεφελινικός συηνίτης, είναι φθηνά πληρωτικά και χρησιμοποιούνται ευρέως ως οι λεγόμενες χρωστικές πλήρωσης, οι οποίες προστίθενται για να τροποποιήσουν τη ρεολογία (ιξώδες), τη σταθερότητα έναντι καθίζησης και την αντοχή του υμενίου στις επιστρώσεις.

Ερευνητικά αποδεδειγμένη υπεροχή των συσκευών υπερήχων στη διασπορά νανοπληρωτικών

Οι Monteiro et al. (2014) συνέκριναν κοινές τεχνολογίες διασποράς – συγκεκριμένα, αναμικτήρα ρότορα–στάτορα, πτερωτή Cowles και διασπορέα υπερήχων τύπου καθετήρα – ως προς την αποδοτικότητά τους στη διασπορά διοξειδίου του τιτανίου (TiO2, ανατάσης). Η κατεργασία με υπερήχους αποδείχθηκε η πιο αποδοτική για τη διασπορά των νανοσωματιδίων σε νερό με τη χρήση συμβατικού πολυηλεκτρολύτη Na-PAA και υπερείχε σημαντικά έναντι της ανάμειξης με ρότορα–στάτορα ή πτερωτή Cowles.
Λεπτομέρειες της μελέτης: Συγκρίθηκαν διαφορετικές τεχνικές διασποράς για να προσδιοριστεί η αποτελεσματικότερη στη δημιουργία ενός υδατικού εναιωρήματος νανο-TiO2 με καλό βαθμό αποσυσσωμάτωσης. Ως διασπορέας αναφοράς χρησιμοποιήθηκε το άλας νατρίου του πολυακρυλικού οξέος (Na-PAA), που χρησιμοποιείται συμβατικά στη βιομηχανία για υδατικές διασπορές TiO2. Το Σχ. 1 παρουσιάζει τις κατανομές μεγέθους σωματιδίων κατ’ όγκο (PSD) που προέκυψαν με τη χρήση διασπορέα Cowles (30 min στις 2000 rpm), αναμικτήρα ρότορα–στάτορα (30 min στις 14.000 rpm) και κατεργασίας με υπερήχους τύπου καθετήρα (Hielscher UIP1000hdT, 2 min σε πλάτος ταλάντωσης 50%). “Με τη χρήση του διασπορέα Cowles, τα μεγέθη των σωματιδίων βρίσκονταν σε τρία διαφορετικά εύρη: 40–100 nm, 350–1000 nm και 1200–4000 nm. Τα μεγαλύτερα συσσωματώματα κυριαρχούν σαφώς στην κατανομή, δείχνοντας ότι αυτή η τεχνική είναι αναποτελεσματική. Ο αναμικτήρας ρότορα–στάτορα έδωσε επίσης μη ικανοποιητικά αποτελέσματα, ανεξάρτητα από το αν τα νανοσωματίδια προστέθηκαν όλα μαζί ή σταδιακά κατά τη διάρκεια της ανάμειξης. Η κύρια διαφορά που παρατηρείται στο αποτέλεσμα του Cowles σχετίζεται με τη μετατόπιση της μεσαίας κορυφής προς μεγαλύτερο μέγεθος σωματιδίων, με αποτέλεσμα τη μερική συγχώνευσή της με την πιο δεξιά κορυφή. Από την άλλη πλευρά, η χρήση υπερήχων έδωσε πολύ καλύτερο αποτέλεσμα, με μια στενή κορυφή με κέντρο στα 0,1 nm και δύο πολύ μικρότερες στα εύρη 150–280 nm και 380–800 nm.”

Κατανομές μεγέθους σωματιδίων υδατικών διασπορών νανο-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) που παρασκευάστηκαν με διαφορετικές τεχνικές διασποράς. Η κατεργασία με υπερήχους δίνει τα μικρότερα νανοσωματίδια TiO2 και τις στενότερες καμπύλες μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων. Όταν χρησιμοποιήθηκε μέσο διασποράς (Na-PAA), η αναλογία του προς το νανο-TiO2 ήταν 1:1.
(μελέτη και γράφημα: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 ξηραμένο με ψεκασμό πριν και μετά την άλεση με υπερήχους

Το αποτέλεσμα αυτό συμφωνεί με την εργασία των Sato et al. (2008), οι οποίοι αναφέρουν καλύτερα αποτελέσματα με την κατεργασία με υπερήχους σε σύγκριση με άλλες τεχνικές για τη διασπορά σωματιδίων TiO2 νανομετρικού μεγέθους σε νερό. Τα κρουστικά κύματα που δημιουργούνται από την ακουστική σπηλαίωση / σπηλαίωση υπερήχων οδηγούν σε εξαιρετικά έντονες συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και σε αποτελεσματική άλεση και αποσυσσωμάτωσή τους σε ομοιόμορφα θραύσματα νανομετρικής κλίμακας.
(πρβλ. Monteiro et al., 2014)

Ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης για την παραγωγή βερνικιών

Όταν χρησιμοποιούνται νανοσωματίδια και νανοπληρωτικά υλικά σε βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής, όπως η παραγωγή βερνικιών και επιστρώσεων, η ξηρή σκόνη πρέπει να αναμειγνύεται ομοιογενώς σε μια υγρή φάση. Η διασπορά νανοσωματιδίων απαιτεί μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική ανάμειξης, η οποία παρέχει αρκετή ενέργεια για τη διάσπαση των συσσωματωμάτων, ώστε να αξιοποιηθούν οι ιδιότητες των σωματιδίων νανομετρικής κλίμακας. Οι συσκευές υπερήχων είναι ευρέως γνωστές ως ισχυροί και αξιόπιστοι διασπορείς και, επομένως, χρησιμοποιούνται για την αποσυσσωμάτωση και την ομοιογενή κατανομή διαφόρων υλικών, όπως πυριτία, νανοσωλήνες, γραφένιο, ορυκτά και πολλά άλλα υλικά, σε μια υγρή φάση, όπως ρητίνες, εποξειδικά υλικά και συμπυκνώματα χρωστικών. Η Hielscher Ultrasonics σχεδιάζει, κατασκευάζει και διαθέτει διασπορείς υπερήχων υψηλής απόδοσης για κάθε είδους εφαρμογές ομογενοποίησης και αποσυσσωμάτωσης.
Για την παραγωγή νανοδιασπορών, ο ακριβής έλεγχος της κατεργασίας με υπερήχους και η αξιόπιστη επεξεργασία του εναιωρήματος νανοσωματιδίων με υπερήχους είναι απαραίτητα για την απόκτηση προϊόντων υψηλής απόδοσης. Οι επεξεργαστές της Hielscher Ultrasonics σάς παρέχουν πλήρη έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, όπως η εισαγόμενη ενέργεια, η ένταση των υπερήχων, το πλάτος ταλάντωσης, η πίεση, η θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής. Έτσι, μπορείτε να ρυθμίζετε τις παραμέτρους ώστε να επιτυγχάνονται βελτιστοποιημένες συνθήκες, γεγονός που οδηγεί στη συνέχεια σε νανοδιασπορές υψηλής ποιότητας, όπως πολφούς νανοπυριτίας ή νανο-TiO2.

Για κάθε όγκο / δυναμικότητα: Η Hielscher προσφέρει συσκευές υπερήχων και μια ευρεία γκάμα παρελκομένων. Αυτό επιτρέπει τη διαμόρφωση του ιδανικού συστήματος υπερήχων για την εφαρμογή και την παραγωγική σας δυναμικότητα. Από μικρά φιαλίδια που περιέχουν λίγα χιλιοστόλιτρα έως ροές μεγάλου όγκου χιλιάδων γαλονιών ανά ώρα, η Hielscher προσφέρει την κατάλληλη λύση υπερήχων για τη διεργασία σας.
Υψηλά ιξώδη: Τα συστήματα υπερήχων εν σειρά επεξεργάζονται εύκολα σκευάσματα με υφή πάστας, π.χ. συμπυκνώματα χρωστικών, στα οποία μια χρωστική αναμειγνύεται ομοιόμορφα, με υψηλή περιεκτικότητα σε σωματίδια, σε ένα μείγμα πλαστικοποιητή, μονομερούς και πολυμερούς.
Ανθεκτικότητα: Τα συστήματα υπερήχων μας είναι ανθεκτικά και αξιόπιστα. Όλες οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7/365 και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση.
Ευκολία χρήσης: Το εξελιγμένο λογισμικό των συσκευών υπερήχων μας επιτρέπει την προεπιλογή και την αποθήκευση των ρυθμίσεων κατεργασίας με υπερήχους για απλή και αξιόπιστη κατεργασία με υπερήχους. Το διαισθητικό μενού είναι εύκολα προσβάσιμο μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής. Ο απομακρυσμένος έλεγχος μέσω προγράμματος περιήγησης σάς επιτρέπει τον χειρισμό και την παρακολούθηση μέσω οποιουδήποτε προγράμματος περιήγησης στο διαδίκτυο. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων αποθηκεύει τις παραμέτρους διεργασίας κάθε κύκλου κατεργασίας με υπερήχους σε ενσωματωμένη κάρτα SD.
Εξαιρετική ενεργειακή απόδοση: Σε σύγκριση με εναλλακτικές τεχνολογίες διασποράς, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher ξεχωρίζουν για την εξαιρετική ενεργειακή τους απόδοση και τα ανώτερα αποτελέσματα ως προς την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων.
Υψηλή ποιότητα και ανθεκτικότητα: Οι συσκευές υπερήχων Hielscher είναι αναγνωρισμένες για την ποιότητα, την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητά τους. Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση στις συσκευές υπερήχων υψηλής απόδοσης που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας: