Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Ultrasonidos para la Formulación de Capas

Varios componentes, tales como pigmentos, cargas, aditivos químicos, reticulantes y modificadores de reología entran en formulaciones de revestimiento y pintura. El ultrasonido es un medio eficaz para la dispersión y emulsión, desaglomeración y molienda de tales componentes en recubrimientos.

El ultrasonido se utiliza en la formulación de revestimientos para:

Los recubrimientos se dividen en dos grandes categorías: resinas a base de agua y solventes y recubrimientos. Cada tipo tiene sus propios desafíos. Instrucciones para llamar Reducción de COV Y los altos precios del disolvente estimulan el crecimiento de las tecnologías de revestimiento de resina a base de agua. El uso de ultrasonidos puede mejorar el desempeño de Sistemas ecológicos.

El ultrasonido puede ayudar a los formuladores de los revestimientos arquitectónicos, industriales, automotrices y de madera para mejorar las características del recubrimiento, tales como resistencia del color, rasguño, grieta y resistencia ULTRAVIOLETA o conductividad eléctrica. Algunas de estas características de recubrimiento se Inclusión de materiales de nano-tamaño, Por ejemplo óxidos metálicos (TiO2, Sílice, Ceria, ZnO, …).

El ultrasonido ayuda Antiespumante (Burbujas atrapadas) y desgasificación (Gas disuelto) de productos altamente viscosos.

Como la tecnología de dispersión ultrasónica puede laboratorio, producción por lotes y plantas de producción, Permitiendo velocidades de procesamiento de más de 10 toneladas / hora se está aplicando en la R&D y en la producción comercial. Los resultados del proceso se pueden escalar fácilmente (lineal).

(Haga clic para ampliar) La eficiencia energética total es importante para el procesamiento de líquidos por ultrasonidos. La eficiencia describe la cantidad de energía que se transfiere desde la toma de corriente hasta el líquido. Nuestros homogeneizadores ultrasónicos tienen una eficiencia global superior al 80 %.Los dispositivos ultrasónicos Hielscher son energía eficiente. Los dispositivos convierten aprox. 80 a 90% de la potencia de entrada eléctrica en la actividad mecánica en el líquido. Esto conduce a costes de procesado sustancialmente más bajos.

A continuación, puede leer acerca del uso del ultrasonido en Emulsificación de polímeros en sistemas acuosos, la Dispersión y molienda fina de pigmentos, y el Reducción de tamaño de los nanomateriales.

Polimerización en Emulsión

Las formulaciones de recubrimientos tradicionales utilizan la química básica del polímero. los Cambio a la tecnología de recubrimiento a base de agua Tiene un impacto en la selección de materias primas, propiedades y metodologías de formulación.

En la polimerización en emulsión convencional, por ejemplo para revestimientos acuosos, las partículas se construyen desde el centro hasta su superficie. Los factores cinéticos influyen en la homogeneidad y morfología de las partículas.

El procesamiento ultrasónico puede utilizarse de dos maneras para generar emulsiones poliméricas.

Polimeros Nanoparticulados en Miniemulsiones

(Haga clic para ampliar la imagen!) Partículas obtenidas por poliadición en miniemulsiones

La polimerización de partículas en miniemulsiones permite la fabricación de partículas poliméricas dispersas con Buen control sobre el tamaño de partícula. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by K. Landfester Es un método para la formación de nanopartículas poliméricas. Este enfoque utiliza el alto número de pequeños nanocompartments (fase dispersa) en una emulsión como nanoreactors. En estos, las partículas se sintetizan de una manera muy paralela en el Gotitas individuales confinadas. En su artículo (La Generación en Nanopartículas en Miniemulsiones) Landfester presenta la polimerización en nanoreactores en alta perfección para la generación de partículas altamente idénticas de tamaño casi uniforme. los Imagen anterior Muestra partículas obtenidas por poliadición en miniemulsiones.

Pequeñas gotas generadas por la aplicación de fuerzas de alto cizallamento (Ultrasonicación) y estabilizada por agentes estabilizantes (emulsionantes), se puede endurecer por polimerización posterior o por disminución de la temperatura en el caso de materiales de baja temperatura de fusión. Como la ultrasonicación puede producir pequeñas gotas de Tamaño casi uniforme En lote y proceso de producción, permite un buen control sobre el tamaño de partícula final. Para la polimerización de nanopartículas, los monómeros hidrófilos pueden emulsionarse en una fase orgánica, y los monómeros hidrófobos en agua.

Al reducir el tamaño de partícula, la superficie total de la partícula aumenta al mismo tiempo. La imagen de la izquierda muestra la correlación entre el tamaño de partícula y el área superficial en el caso de partículas esféricas (Haga clic para ampliar la vista!). Por lo tanto, la cantidad de tensioactivo necesaria para estabilizar la emulsión aumenta casi linealmente con la superficie total de la partícula. El tipo y la cantidad de tensioactivo influyen en el tamaño de las gotitas. Se pueden obtener gotitas de 30 a 200 nm con tensioactivos aniónicos o catiónicos.

Pigmentos en Revestimientos

Los pigmentos orgánicos e inorgánicos son un componente importante de las formulaciones de revestimiento. Con el fin de maximizar la Rendimiento del pigmento Se necesita un buen control sobre el tamaño de partícula. Cuando se añade polvo de pigmento a sistemas de agua, disolventes o epoxi, las partículas de pigmento individuales tienden a formar Grandes aglomerados. Convencionalmente se utilizan mecanismos de alto cizallamiento, tales como mezcladores de rotor-estator o molinos de bolas de agitador para romper dichos aglomerados y para moler las partículas individuales de pigmento. Ultrasonicación en una forma extremadamente eficaz alternativa Para este paso en la fabricación de revestimientos.

La imagen de la derecha (Haga clic para ampliar la vista!) Muestran el impacto de la sonicación sobre el tamaño de un pigmento de brillo perlado. El ultrasonido tritura las partículas de pigmento individuales mediante una colisión inter-partículas de alta velocidad. La ventaja destacada de

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely Distribución estrecha de tamaño de partícula (Curvas de fresado de pigmentos). Esto mejora la calidad global de las dispersiones de pigmento, ya que las partículas más grandes normalmente interfieren con la capacidad de procesamiento, el brillo, la resistencia y el aspecto óptico.

Como la partícula pulverización Y la molienda se basa en Colisión entre partículas como resultado de cavitación ultrasónica, Los reactores de ultrasonidos pueden manejar Altas concentraciones de sólidos (Por ejemplo, lotes maestros) y todavía producen buenos efectos de reducción de tamaño. La siguiente tabla muestra imágenes de la molienda en húmedo de TiO2 (¡Haga clic en las imágenes para verlas más grandes!).

antes

Sonicación
después

Sonicación

TiO2 De molino de bolas

TiO secado por pulverización2

La imagen a la derecha muestra las curvas de distribución del tamaño de partícula para la desaglomeración de dióxido de titanio Degussa anatase por ultrasonicación. La forma estrecha de la curva después de la sonicación es una característica típica del procesamiento ultrasónico.

Materiales nanométricos en recubrimientos de alto rendimiento

La nanotecnología es una tecnología emergente que hace su camino en muchas industrias. Los nanomateriales y nanocompuestos se utilizan en formulaciones de revestimiento, por ejemplo, para mejorar la resistencia a la abrasión y al rayado oa la estabilidad a los rayos UV. El mayor desafío para la aplicación en revestimientos es la retención de transparencia, claridad y brillo. Por lo tanto, las nanopartículas tienen que ser muy pequeñas para evitar la interferencia con el espectro visible de la luz. Para muchas aplicaciones, esto es sustancialmente inferior a 100nm.

El rectificado en húmedo de componentes de alto rendimiento hasta el rango de nanómetros se convierte en un paso crucial en la formulación de revestimientos nanoingeniería. Cualquier partícula que interfiera con la luz visible, causa neblina y pérdida de transparencia. Por lo tanto, se requieren distribuciones de tamaños muy estrechos. La ultrasonicación es un medio muy eficaz para Fresado fino De sólidos. La cavitación ultrasónica En líquidos provoca colisiones entre partículas de alta velocidad. Diferente de los molinos convencionales de perlas y molinos de guijarros, las propias partıculas se trituran entre sı, haciendo innecesarios los medios de molturación.

Las empresas, como Panadur (Alemania) Utilizar dispositivos ultrasónicos Hielscher para la dispersión y desaglomeración de nanomateriales en revestimientos en molde. Haga clic aquí para leer más sobre esto.

Para la sonicación de líquidos o disolventes inflamables en entornos peligrosos, certificados FM y certificados ATEX, como el UIP1000-Exd están disponibles.

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Referencias

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001): The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.