Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

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 antiespumante (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).

(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 %.dispositivos 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

(Haga clic para agrandar!) 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. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by 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.

Pequeñas gotas generados 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.

Al 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 tensioactivo necesario para estabilizar los aumentos de emulsión casi linealmente con el área superficial total de las partículas. El tipo y cantidad de agente tensioactivo influye en el tamaño de las gotas. Las gotitas de 30 a 200 nm se pueden obtener usando agentes tensioactivos 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

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 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 pulverización 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

TiO2 de molino de bolas

rociar TiO secó2

La imagen a la derecha (Instrucciones para ampliarla!) Muestra las curvas de distribución de tamaño de partícula para la desaglomeración de Degussa dióxido de titanio anatasa mediante ultrasonicación. La forma estrecha de la curva después de la sonicación es una característica típica de procesamiento ultrasónico.

Los materiales de tamaño nanométrico en revestimientos de alto rendimiento

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

La molienda húmeda de componentes de alto rendimiento a escala nanométrica se convierte en un paso crucial en la formulación de recubrimientos nanoingeniería. Cualquier partícula que interfieren con la luz visible, causan turbidez y la pérdida de transparencia. Por lo tanto, se requieren distribuciones de tamaño muy estrecha. Ultrasonidos es un medio muy eficaz para la molienda fina de sólidos. La 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.

Solicitar más información sobre esta aplicación!

Por favor, utilice el siguiente formulario si desea más información sobre esta aplicación. Estaremos encantados de ofrecerle un equipo ultrasónico que cumpla con sus requerimientos.

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.