Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Ultrasonidos para la Formulación de Capas

Diversos componentes, tales como pigmentos, cargas, aditivos químicos, agentes de reticulación y modificadores de la reología entran en formulaciones de recubrimiento o de pintura. El ultrasonido es un medio eficaz para la dispersión y emulsificación, la desaglomeración y molienda de tales componentes en revestimientos.

El ultrasonido se utiliza en la formulación de recubrimientos para:

Revestimientos caen en dos amplias categorías: resinas y revestimientos a base transmitidas por el agua y el disolvente. Cada tipo tiene sus propios desafíos. Direcciones que piden reducción de COV y los altos precios de disolvente estimular el crecimiento en tecnologías de recubrimiento de resina dispersa en agua. El uso de ultrasonidos puede mejorar el rendimiento de tales Los sistemas ecológicos.

El ultrasonido puede ayudar a los formuladores de recubrimientos arquitectónicos, industriales, de automoción y de la madera para mejorar las características de recubrimiento, tales como la intensidad de color, a los arañazos, grietas y resistencia UV o la conductividad eléctrica. Algunas de estas características de recubrimiento se consiguen mediante el inclusión de materiales nano-tamaño, p.ej. óxidos metálicos (TiO2, Sílice, óxido de cerio, ZnO, …).

El ultrasonido hace más ayuda en el Desestabilización de espumas (Burbujas atrapadas) y desgasificación (Gas disuelto) de productos altamente viscosos.

Como la tecnología de dispersión por ultrasonidos se puede utilizar en laboratorio, producción por lotes y plantas de producción, Lo que permite tasas de rendimiento de más de 10 toneladas / hora se está aplicando en el R&etapa D y en la producción comercial. resultados de proceso se pueden ampliar fácilmente (lineal).

La eficiencia energética global es importante para la ultrasonificación de los líquidosdispositivos de ultrasonidos Hielscher son muy energía eficiente. Los dispositivos convierten aprox. 80 a 90% de la potencia eléctrica de entrada en la actividad mecánica en el líquido. Esto conduce a sustancialmente más bajos costos de procesamiento.

A continuación podrá leer sobre el uso del ultrasonido en el emulsificación de los polímeros en sistemas acuosos, la dispersante y la molienda fina de pigmentos, y el reducción de tamaño de los nanomateriales.

La polimerización en emulsión

formulaciones de revestimiento tradicionales utilizan la química de polímeros básica. los cambiar a la tecnología de revestimiento basada en agua tiene un impacto en las materias primas de selección, propiedades y métodos de formulación.

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

procesamiento ultrasónico se puede utilizar de dos maneras generar emulsiones de polímero.

  • De arriba hacia abajo: emulsión/Dispersión partículas de polímero de mayor tamaño para generar partículas más pequeñas por la reducción de tamaño
  • De abajo hacia arriba: El uso de ultrasonido antes o durante polimerización de partículas

Los polímeros en forma de nanopartículas en miniemulsiones

Partículas obtenidas por poliadición en miniemulsiones

La polimerización de partículas en miniemulsiones permite la fabricación de partículas de polímero dispersas con buen control sobre el tamaño de partícula. La síntesis de partículas de polímero nanoparticulado en miniemulsiones (“nanorreactores”), tal como lo presenta K. Landfester es el método para la formación de nanopartículas poliméricas. Este enfoque utiliza el elevado número de pequeños nanocompartments (fase dispersa) en una emulsión como nanoreactores. En estos, las partículas se sintetizan de una manera altamente paralelo en el , gotitas individuales confinados. En su papel (La generación de 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 de arriba muestra partículas obtenidas por poliadición en miniemulsiones.

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

Impacto del tamaño de las partículas en la superficieAl reducir el tamaño de partícula, el área superficial total de partícula aumenta al mismo tiempo. La imagen de la izquierda muestra la correlación entre el tamaño de partícula y área de superficie en el caso de partículas esféricas (Haga clic para agrandar!). Por lo tanto, la cantidad de surfactante necesaria para estabilizar la emulsión aumenta casi linealmente con la superficie total de las partículas. El tipo y la cantidad de surfactante influye en el tamaño de la gota. Se pueden obtener gotas de 30 a 200 nm utilizando surfactantes aniónicos o catiónicos.

Pigmentos en recubrimientos

pigmentos orgánicos e inorgánicos son un componente importante de las formulaciones de revestimiento. Con el fin de maximizar el el rendimiento del pigmento Se necesita un buen control sobre el tamaño de partícula. Cuando la adición de polvo de pigmento a los sistemas a base de agua, disolventes o epoxi, las partículas de pigmento individuales tienden a formar grandes aglomerados. mecanismos de alta cizalladura, tales como mezcladores de rotor-estator o molinos de perlas agitador convencionalmente se utilizan para romper tales aglomerados y para moler abajo las partículas de pigmento individuales. Ultrasonidos de una manera extremadamente efectiva alternativa para este paso en la fabricación de recubrimientos.

La imagen de la derecha (Haga clic para agrandar!) Mostrar el impacto de la sonicación sobre el tamaño de un pigmento de brillo perla. El ultrasonido muele las partículas de pigmento individuales por colisión entre las partículas de alta velocidad. La ventaja destacada de

El procesamiento ultrasónico sobre mezcladores de alta velocidad, los molinos de medios es el procesamiento más consistente de todas las partículas. Esto reduce el problema de “seguimiento”. Como se puede ver en la imagen, las curvas de distribución están casi desplazadas hacia la izquierda. En general, la ultrasonificación produce extremadamente... estrecha distribución de tamaño de partícula (curvas de molienda de pigmento). Esto mejora la calidad general de las dispersiones de pigmentos, como partículas más grandes generalmente interfieren con la capacidad de procesamiento, brillo, resistencia y apariencia óptica.

Desde la partícula Pulverizar y la molienda se basa en colisión entre partículas como resultado de Cavitación ultrasónica, Reactores de ultrasonidos pueden manejar bastante concentraciones de sólidos elevadas (por ejemplo mezclas madre) y aún producen buenos efectos de reducción de tamaño. En el cuadro siguiente se muestran imágenes de la molienda húmeda de TiO2 (Haga clic en las imágenes para una vista más grande!).

antes
Sonicación
después
Sonicación
El TiO2 del molino de bolas antes de la sonicación TiO2 de molino de bolas secado por pulverización de TiO2 después de la sonicación
El TiO2 del molino de bolas antes de la sonicación rociar TiO secó2 secado por pulverización de TiO2 después de la sonicación

curvas de distribución del tamaño de las partículas para la desagregación del dióxido de titanio de la anatasa Degussa por ultrasonidoLa imagen de la derecha (¡clic para ampliarla!) muestra las curvas de distribución del tamaño de las partículas para la desagregación del dióxido de titanio de la anatasa Degussa por ultrasonido. La forma estrecha de la curva después de la sonicación es una característica típica del procesamiento ultrasónico.

Los materiales de tamaño nanométrico en revestimientos de alto rendimiento

La nanotecnología es una tecnología emergente que se está abriendo camino en muchas industrias. Los nanomateriales y los nanocompuestos se utilizan en las formulaciones de los revestimientos, por ejemplo para mejorar la resistencia a la abrasión y a los arañazos o la estabilidad a los rayos ultravioleta. El mayor desafío para la aplicación en los recubrimientos es la retención de la transparencia, la claridad y el brillo. Por lo tanto, las nanopartículas han sido muy pequeñas para evitar la interferencia con el espectro visible de la luz. Para muchas aplicaciones, esto es sustancialmente inferior a 100nm.

La molienda húmeda de componentes de alto rendimiento a rango nanométrico se convierte en un paso crucial en la formulación de recubrimientos de nanoingeniería. Cualquier partícula que interfiera con la luz visible, causa neblina y pérdida de transparencia. Por lo tanto, se requieren distribuciones de tamaño muy estrechas. La ecografía es un medio muy eficaz para la molienda fina de sólidos. Cavitación ultrasónica en líquidos provoca colisiones entre las partículas de alta velocidad. Diferente de molinos de perlas convencionales y molinos de guijarros, las propias partículas están de trituración entre sí, haciendo que los medios de molienda innecesario.

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

Para la sonicación de líquidos inflamables o disolventes en entornos peligrosos FM y deivces con certificación ATEX, tales como la 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.