Homogeneizadores de pintura de alto rendimiento
Los mezcladores ultrasónicos son una herramienta fiable para homogeneizar, dispersar y emulsionar formulaciones líquidas de pinturas y pigmentos. Los homogeneizadores ultrasónicos no sólo producen emulsiones y dispersiones de pintura altamente estables y uniformes, sino que los ultrasonicadores también se utilizan para moler y triturar pigmentos, nanomateriales y partículas primarias. Gracias a sus excelentes resultados de dispersión y molienda, los homogeneizadores ultrasónicos se utilizan en la industria de la pintura como una de las técnicas de mezcla de pastas de pintura y pigmentos más sofisticadas que existen.
Homogeneización, dispersión y emulsión de pinturas
La homogeneización se aplica para reducir el tamaño de las partículas de sólidos o gotas con el fin de facilitar la producción de emulsiones y dispersiones estables de alta calidad. En la formulación de pinturas, revestimientos y barnices, un tamaño de partícula uniforme es crucial para obtener resultados uniformes en la coloración, el comportamiento de aplicación y la funcionalidad de la formulación de la pintura o el revestimiento.
Homogeneizadores ultrasónicos de pintura para formulaciones en dispersión y emulsión
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento son ideales para aplicaciones de homogeneización, emulsificación y solubilización, en las que el tamaño de partícula o gota y la distribución uniforme son fundamentales para el rendimiento y la calidad de la pintura.
La ultrasonicación es la tecnología preferida de homogeneización, ya que la intensa cavitación acústica de los ultrasonidos de alta potencia es capaz de romper las moléculas de forma fiable hasta conseguir una distribución uniforme de partículas en el rango de las micras y las nanopartículas. La homogeneización ultrasónica es la técnica más sofisticada para producir partículas de tamaño nanométrico y micrométrico. El tamaño de las partículas (por ejemplo, pigmentos, aceites, ceras, aditivos, etc.) puede ajustarse individualmente aplicando la cantidad adecuada de intensidad ultrasónica.
Además, la dispersión ultrasónica puede dar lugar a la modificación de la superficie de los pigmentos, lo que aumenta significativamente la estabilidad de la dispersión.
Procesador ultrasónico industrial UIP16000 (16 kW) para la producción de pinturas y nanorrellenos
- pinturas al agua
- pinturas al disolvente
- pinturas de emulsión
- pinturas de dispersión
- dispersiones de látex
- emulsiones de cera
- altas cargas de pigmentos
- pinturas de emulsión brillantes
- suspoemulsiones (mezcla de suspensión y emulsión)
- revestimientos de alto rendimiento
- barnices
- formulaciones poliméricas
- esmaltes
- aditivos de nanopartículas
- partículas abrasivas
- polimerización en miniemulsión
Dispersión ultrasónica de nanorrellenos
Los nanorrellenos se incorporan a revestimientos como polímeros o resinas. Estos nanorrellenos pueden mejorar considerablemente las propiedades mecánicas, como la resistencia a los rayos UV, la resistencia al rayado, la rigidez y la dureza/resistencia a la tracción de determinados materiales. La principal diferencia entre los rellenos convencionales de tamaño micrométrico y los de tamaño nanométrico es la elevada relación de superficie específica y, por tanto, el cambio completo de las características de los nanorrellenos. Los nanomateriales (por ejemplo, las cargas a escala nanométrica) deben dispersarse uniformemente en una formulación de pintura o revestimiento, de modo que toda su superficie pueda interactuar con la matriz que la rodea. Sólo cuando se dispersan como nanopartículas individuales, los nanorrellenos pueden expresar sus extraordinarias propiedades materiales. Los homogeneizadores y dispersores ultrasónicos son la tecnología de mezcla superior para desenredar, desaglomerar y dispersar uniformemente nanopartículas como los nanorrellenos en una matriz (por ejemplo, polímeros, epoxis o resinas). Dado que las fuerzas de cizallamiento ultrasónicas rompen las uniones entre partículas, cada partícula se dispersa en la matriz y despliega todas sus propiedades. Por ello, la dispersión y homogeneización por ultrasonidos es el método más fiable para la producción de revestimientos de alto rendimiento.
La técnica de dispersión por ultrasonidos presenta numerosas ventajas en comparación con las tecnologías de molienda tradicionales, como los molinos de tres cilindros, de bolas o de bolas.
Dispersión ultrasónica de la emulsión de látex
Aunque las pinturas de látex no son la formulación de pintura más complicada de preparar, deben prepararse cuidadosamente y todos los componentes de una formulación de látex deben añadirse en un orden seleccionado. En el primer paso de la preparación, se prepara una suspensión básica de pintura. Por tanto, los pigmentos se dispersan en agua con agentes humectantes, antiespumantes y otros aditivos necesarios para la receta específica de la formulación. Los pigmentos de dióxido de titanio (TiO2) suelen dispersarse primero y después se añaden los pigmentos diluyentes. Para la mayoría de las fórmulas, el orden y la medida de adición de estos compuestos es un factor esencial que influye en la calidad. Para humedecer y dispersar las partículas, se suelen utilizar mezcladores de cuchillas/rotativos de alta velocidad, que son el método más convencional de emulsificación del látex. Con las mezcladoras de cuchillas o rotativas, la mezcla de una fórmula base consistente requiere mucho tiempo. Posteriormente, la emulsión de látex se añade a la mezcla y se incorpora mediante un nivel significativamente menor de energía de mezclado. Las emulsiones de látex son propensas a coalescer o romperse y requieren unas condiciones de homogeneización suaves. A continuación, se añaden espesantes ya predispersados para ajustar la viscosidad de la emulsión final de pintura de látex a la consistencia deseada.
El dispersor ultrasónico puede manejar de forma fácil y fiable la preparación de emulsiones de látex. Dado que la energía de sonicación y, por tanto, la intensidad de dispersión pueden ajustarse a la emuslificación y homogeneización de los distintos pasos de preparación, puede evitarse de forma fiable una descomposición de los ingredientes o la rotura de la emulsión de látex. La dispersión ultrasónica es una técnica probada para la humectación completa del polvo. El orden de adición de los materiales, etc., puede modificarse en función de las exigencias de la formulación. La entrada de energía ultrasónica ajustada de forma ideal permite la expresión completa de la coloración de los pigmentos y da como resultado una pintura de emulsión de látex de alta calidad.
Dado que el dispersor ultrasónico con célula de flujo es un sistema cerrado, no se produce aireación ni formación de espuma no deseadas. El ultrasonicador ofrece la ventaja de ser robusto y fiable, fácil y seguro de manejar, con ciclos de lotes más cortos y procedimientos de formulación más sencillos. Incluso con un ultrasonicador de sobremesa en configuración de flujo continuo, se pueden procesar de forma eficaz y rentable importantes capacidades de producción.
Antes y después de la sonicación: La curva verde muestra el tamaño de partícula antes de la sonicación, la curva roja es la distribución del tamaño de partícula de la sílice dispersada por ultrasonidos.
Dispersión ultrasónica de emulsiones de cera
Las emulsiones y dispersiones de cera son aditivos formulados a base de partículas de cera finas y estabilizadas, distribuidas homogéneamente en agua. Cuando la cera se dispersa en forma de nanogotas con una distribución de gotas muy homogénea, se obtiene una emulsión de cera estable. Los homogeneizadores ultrasónicos generan fuerzas de cizallamiento intensas y son sistemas de dispersión fiables y robustos para producir nanoemulsiones de cera estables.
Más información sobre la emulsificación de cera por ultrasonidos
Dispersor ultrasónico con célula de flujo de vidrio para visualizar la homogeneización de pintura roja
Pigmentos negros UV: Antes y después de la ultrasonicación
Homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento para formulaciones de pintura
Los homogeneizadores, dispersores, emulsionadores y molinos de Hielscher Ultrasonics se utilizan en la producción industrial de pinturas y revestimientos de alto rendimiento. Con la intensa energía de frecuencia ultrasónica, los homogeneizadores ultrasónicos crean fuerzas de cizallamiento, turbulencias y fuerzas destructivas muy elevadas. Estas fuerzas ultrasónicas extraordinariamente intensas acoplan el impacto necesario en los lodos sólido-líquido para dispersar y moler las partículas hasta alcanzar el tamaño y la funcionalidad deseados.
Fresado por ultrasonidos de cargas sólidas elevadas
Los sistemas ultrasónicos en línea pueden procesar fácilmente concentraciones de sólidos muy elevadas. Siempre que la carga de partículas del lodo sea bombeable y pueda introducirse a través de la celda de flujo ultrasónica, los homogeneizadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden procesar de forma fiable cualquier tipo de lodo pastoso de alta viscosidad. La molienda húmeda por ultrasonidos se utiliza habitualmente para preparar lotes maestros de pigmentos de tamaño micrométrico y nanométrico. La capacidad de manipular cargas sólidas tan elevadas, incluso de partículas abrasivas, convierte a los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento en la tecnología de molienda más eficaz y eficiente de pigmentos y nanopartículas.
Agitadores ultrasónicos y reactores de flujo continuo
Las formulaciones de pintura pueden mezclarse en depósitos abiertos o en lotes, en los que se insertan una o varias sondas ultrasónicas. La mezcla en recipientes abiertos mediante una configuración como la SonoStation de Hielscher (véase la imagen de la izquierda) es una configuración ideal para dispersar volúmenes medianos de formulaciones de viscosidad baja a media. Para grandes volúmenes de producción, aplicaciones intensivas de molienda y rotura de partículas primarias, así como para lodos y pastas de alta viscosidad, un reactor de ultrasonidos presurizable es la configuración de elección.
Un recipiente abierto, como un tanque, no puede presurizarse ni es ideal para el procesamiento uniforme de volúmenes más grandes y/o muy viscosos. Un reactor de flujo ultrasónico puede presurizarse hasta varios barg. La aplicación de presión durante la sonicación intensifica la cavitación acústica y, por tanto, las fuerzas de cizallamiento y los efectos de dispersión / molienda / homogeneización de los ultrasonidos. Al mismo tiempo, todas las pinturas o pigmentos se introducen uniformemente en el reactor: al tener el mismo tiempo de permanencia y ser procesados exactamente bajo las mismas condiciones ultrasónicas, se consigue un resultado de dispersión / molienda muy homogéneo. El tratamiento muy uniforme bajo fuerzas ultrasónicas intensas da como resultado productos de pintura superiores.
Hielscher Ultrasonics ofrece la gama completa de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento con configuraciones de tanque y reactor que le proporcionan el equipo de dispersión por ultrasonidos ideal para su producción de pintura.
Dispersores ultrasónicos para cualquier capacidad de producto
La gama de productos de Hielscher Ultrasonics cubre todo el espectro de procesadores por ultrasonidos, desde los ultrasonicadores compactos de laboratorio, pasando por los sistemas de sobremesa y piloto, hasta los procesadores por ultrasonidos totalmente industriales con capacidad para procesar camiones cargados por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el dispersor ultrasónico más adecuado para sus formulaciones de pintura, capacidad de proceso y objetivos de producción.
Los sistemas ultrasónicos de sobremesa son ideales para pruebas de viabilidad y optimización de procesos. El escalado lineal basado en parámetros de proceso establecidos facilita enormemente el aumento de las capacidades de procesamiento desde lotes más pequeños hasta la producción totalmente comercial. La ampliación puede realizarse instalando un dispersor ultrasónico más potente o agrupando varios ultrasonicadores en paralelo. Con el UIP16000, Hielscher ofrece el dispersor ultrasónico más potente del mundo.
Amplitudes controlables con precisión para resultados óptimos
Todos los ultrasonidos de Hielscher se pueden controlar con precisión y, por lo tanto, son caballos de batalla fiables en la producción. La amplitud es uno de los parámetros cruciales del proceso que influyen en la eficiencia y eficacia de la dispersión ultrasónica y la molienda en húmedo de pastas pigmentarias, pinturas y polímeros.
Todos los Ultrasonidos Hielscher’ permiten ajustar con precisión la amplitud. Los sonotrodos y las bocinas de refuerzo son accesorios que permiten modificar la amplitud en un rango aún más amplio. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas y ofrecer la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Las altas amplitudes son esenciales cuando se trata de aplicaciones de ultrasonidos de alta potencia, como nano-dispersiones, síntesis de nano-partículas, molienda de partículas primarias y mini-emulsiones.
Los ajustes precisos de la amplitud y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante un software inteligente le ofrecen la posibilidad de tratar sus pigmentos y lechadas en polvo en las condiciones ultrasónicas más eficaces. Sonicación óptima para obtener los mejores resultados de dispersión.
Pruebas fáciles y sin riesgos
Los procesos ultrasónicos pueden escalarse de forma completamente lineal. Esto significa que todos los resultados obtenidos con un ultrasonido de laboratorio o de sobremesa pueden escalarse hasta obtener exactamente el mismo resultado con los mismos parámetros de proceso. Esto hace que la ultrasonicación sea ideal para pruebas de viabilidad sin riesgos, optimización de procesos y posterior implementación en la fabricación comercial. Póngase en contacto con nosotros para saber cómo la sonicación puede mejorar su producción de pinturas y pigmentos.
Máxima calidad – Diseñado y fabricado en Alemania
Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores por ultrasonidos. Todos los equipos de ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban exhaustivamente en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín (Alemania). La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los dispersores de alto rendimiento de Hielscher. Esto convierte a los equipos de ultrasonidos de Hielscher en una herramienta de trabajo fiable que satisface sus requisitos de procesamiento de pintura.
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
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Literatura / Referencias
- N.P. Badgujar , Y.E. Bhoge , T.D. Deshpande , B.A. Bhanvase , P.R. Gogate , S.H. Sonawane , R.D. Kulkarni (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Volume 2012.
- Kimitoshi Sato; Ji‐Guang Li; Hidehiro Kamiya; Takamasa Ishigaki (2008): Ultrasonic Dispersion of TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension. Jouranl of American Cermaic Society Vol. 91, Issue 8, 2008.
- Karl A. Kusters; Sotiris E. Pratsinis; Steven G. Thoma; Douglas M. Smith (1994): Energy—Size Reduction Laws for Ultrasonic Fragmentation. September 1994, Powder Technology 80 (3), 1994. 253–263.
- Stoffer J.O.; Fahim M. (1991): Ultrasonic dispersion of pigment in water based paints. Journal of Coatings Technology, 63, (797), 61.
Información interesante
¿Cuál es la diferencia entre dispersiones y emulsiones?
Definición de dispersión:
A dispersión es un sistema en el que partículas distribuidas de un material están dispersas en una fase continua de otro material. Las dos fases pueden estar en el mismo o en diferentes estados de la materia.
Se distinguen distintos tipos de dispersiones. Los factores distintivos son, por ejemplo, la proporción del tamaño de las partículas dispersas en relación con las partículas de la fase continua, si se produce o no precipitación y la presencia de movimiento browniano. En general, las dispersiones de partículas suficientemente grandes para sedimentar se denominan suspensiones, mientras que las de partículas más pequeñas se denominan coloides y soluciones. La emulsión es un subtipo específico de dispersión, en la que dos líquidos inmiscibles (dos fases del mismo estado) se dispersan entre sí.
Definición de emulsión:
Emulsiones son sistemas líquidos de al menos dos líquidos inmiscibles, en los que uno de los líquidos está disperso en el otro en forma de pequeñas gotas. La fase de pequeñas gotas distribuidas se denomina fase dispersa o interna, mientras que la otra fase se denomina continua o externa. Se distinguen dos tipos principales de emulsiones: Las emulsiones aceite-en-agua (O/W) y agua-en-aceite (W/O). En la emulsión de aceite en agua (O/W), la fase interna es un aceite o un líquido miscible con aceite, y la fase externa es agua o un líquido miscible con agua. En la emulsión de agua en aceite (A/A), la fase interna es un líquido similar al agua, mientras que la fase externa es un líquido similar al aceite.
La mayoría de las emulsiones requieren un agente emulsionante, conocido como estabilizador o tensioactivo. El tamaño de las gotas también desempeña un papel crucial en la estabilidad de la emulsión. Cuanto menor sea el tamaño de las gotas, más estable será la emulsión.
Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.