Homogeneizadores de alto rendimiento para pinturas
Los mezcladores ultrasónicos son una herramienta fiable para homogeneizar, dispersar y emulsionar formulaciones líquidas de pinturas y pigmentos. Los homogeneizadores ultrasónicos no solo producen emulsiones y dispersiones de pintura muy estables y uniformes, sino que los sonicadores también se utilizan para moler y triturar pigmentos, nanomateriales y partículas primarias. Gracias a sus excelentes resultados de dispersión y molienda, la industria de las pinturas utiliza los homogeneizadores ultrasónicos como una de las técnicas más avanzadas disponibles para mezclar pinturas y pastas pigmentarias.
Homogeneización, dispersión y emulsión de pinturas
La homogeneización se aplica para reducir el tamaño de las partículas sólidas o de las gotas y facilitar así la producción de emulsiones y dispersiones estables de alta calidad. En la formulación de pinturas, recubrimientos y barnices, un tamaño de partícula uniforme es fundamental para obtener resultados homogéneos en la coloración, el comportamiento durante la aplicación y la funcionalidad de la formulación de pintura o recubrimiento.
Homogeneizadores ultrasónicos de pinturas para formulaciones de dispersiones y emulsiones
Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento son ideales para aplicaciones de homogeneización, emulsificación y solubilización en las que el tamaño de las partículas o gotas y su distribución uniforme son fundamentales para el rendimiento y la calidad de la pintura.
La ultrasonicación es la tecnología de homogeneización preferida, ya que la intensa cavitación acústica de los ultrasonidos de alta potencia permite fragmentar moléculas de forma fiable hasta obtener una distribución uniforme de partículas en el intervalo micrométrico y nanométrico. La homogeneización ultrasónica es la técnica más avanzada para producir partículas de tamaño nanométrico y micrométrico. El tamaño de las partículas (por ejemplo, pigmentos, aceites, ceras, aditivos, etc.) puede ajustarse individualmente aplicando el nivel adecuado de intensidad ultrasónica.
Además, la dispersión ultrasónica puede modificar la superficie de los pigmentos, lo que aumenta considerablemente la estabilidad de la dispersión.
Procesador ultrasónico industrial UIP16000 (16 kW) para la producción de pinturas y nanocargas
- pinturas al agua
- pinturas a base de disolventes
- pinturas en emulsión
- pinturas en dispersión
- dispersiones de látex
- emulsiones de cera
- altas cargas de pigmentos
- pinturas brillantes en emulsión
- suspoemulsiones (mezcla de suspensión y emulsión)
- recubrimientos de alto rendimiento
- barnices
- formulaciones de polímeros
- esmaltes
- aditivos de nanopartículas
- partículas abrasivas
- polimerización en miniemulsión
- estabilización microbiana de pinturas y recubrimientos
Dispersión ultrasónica de nanocargas
Las cargas de tamaño nanométrico se incorporan a recubrimientos como polímeros o resinas. Estas nanocargas pueden mejorar considerablemente las propiedades mecánicas de determinados materiales, por ejemplo, la resistencia a los rayos UV, la resistencia al rayado, la rigidez y la tenacidad / resistencia a la tracción. La principal diferencia entre las cargas convencionales de tamaño micrométrico y las cargas de tamaño nanométrico es la elevada relación de superficie específica y, por tanto, las características completamente diferentes de las nanocargas. Los nanomateriales (por ejemplo, las cargas de escala nanométrica) deben dispersarse uniformemente en una formulación de pintura o recubrimiento para que toda su superficie pueda interactuar con la matriz que los rodea. Solo cuando se dispersan como nanopartículas individuales pueden las nanocargas manifestar sus extraordinarias propiedades materiales. Los homogeneizadores y dispersores ultrasónicos constituyen una tecnología de mezcla superior para desenredar, desaglomerar y dispersar uniformemente nanopartículas, como las nanocargas, en una matriz (por ejemplo, polímeros, resinas epoxi o resinas). Como las fuerzas de cizallamiento ultrasónicas rompen las uniones entre partículas, cada partícula se dispersa individualmente en la matriz y desarrolla plenamente sus propiedades. Por ello, la dispersión y la homogeneización ultrasónicas son el método más fiable para producir recubrimientos de alto rendimiento.
La técnica de dispersión ultrasónica presenta numerosas ventajas frente a las tecnologías de molienda tradicionales, como los molinos de tres rodillos, de bolas o de medios de molienda.
Dispersión ultrasónica de emulsiones de látex
Aunque las pinturas de látex no son las formulaciones de pintura más complicadas de preparar, deben elaborarse cuidadosamente y todos los componentes de una formulación de látex deben añadirse en un orden determinado. En la primera etapa de preparación se elabora una suspensión base de pintura. Para ello, los pigmentos se dispersan en agua con agentes humectantes, antiespumantes y otros aditivos necesarios para la receta específica de la formulación. Por lo general, primero se dispersan los pigmentos de dióxido de titanio (TiO2) y después se añaden los pigmentos de carga. En la mayoría de las formulaciones, el orden y la cantidad de adición de estos compuestos son factores esenciales que influyen en la calidad. Para humectar y dispersar las partículas se utilizan principalmente mezcladores de palas / rotativos de alta velocidad, que constituyen el método más convencional de emulsificación del látex. Con los mezcladores de palas o rotativos, obtener una formulación base uniforme requiere mucho tiempo de mezcla. A continuación, se añade la emulsión de látex a la mezcla y se incorpora con un nivel de energía de mezcla considerablemente menor. Las emulsiones de látex son propensas a la coalescencia o a la ruptura y requieren condiciones de homogeneización suaves. Después se añaden espesantes previamente dispersados para ajustar la viscosidad de la emulsión final de pintura de látex a la consistencia deseada.
Un dispersor ultrasónico permite preparar emulsiones de látex de forma sencilla y fiable. Como la energía de sonicación y, por tanto, la intensidad de dispersión pueden ajustarse a la emulsificación y homogeneización de las distintas etapas de preparación, es posible evitar de forma fiable la descomposición de los ingredientes o la ruptura de la emulsión de látex. La dispersión ultrasónica es una técnica probada para humectar completamente los polvos. El orden de adición de los materiales, etc., puede modificarse según las necesidades de la formulación. Un aporte de energía ultrasónica ajustado de manera óptima permite desarrollar plenamente el color de los pigmentos y obtener una pintura de látex en emulsión de alta calidad.
Como el dispersor ultrasónico con celda de flujo es un sistema cerrado, no se produce aireación ni formación de espuma no deseadas. El sonicador ofrece las ventajas de ser robusto y fiable, fácil y seguro de manejar, y de proporcionar ciclos de procesamiento por lotes más cortos y procedimientos de formulación más sencillos. Incluso con un sonicador de sobremesa configurado para procesamiento en flujo continuo, pueden procesarse volúmenes de producción considerables de forma eficaz y rentable.
Antes y después de la sonicación: la curva verde muestra el tamaño de partícula antes de la sonicación; la curva roja representa 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 partir de partículas de cera finas y estabilizadas, distribuidas homogéneamente en agua. Cuando la cera se dispersa como gotas nanométricas con una distribución de gotas muy homogénea, se obtiene una emulsión de cera estable. Los homogeneizadores ultrasónicos generan intensas fuerzas de cizallamiento y son sistemas de dispersión fiables y robustos para producir nanoemulsiones de cera estables.
¡Más información sobre la emulsificación ultrasónica de ceras!
Dispersor ultrasónico con celda de flujo de vidrio para mostrar la homogeneización de pintura roja
Pigmentos negros UV: antes y después de la ultrasonicación
Homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento para formulaciones de pinturas
Los homogeneizadores, dispersores, emulsionadores y molinos de Hielscher Ultrasonics se utilizan en la producción industrial de pinturas y recubrimientos de alto rendimiento. Mediante la intensa energía de frecuencia ultrasónica, los homogeneizadores ultrasónicos generan fuerzas de cizallamiento, turbulencias y fuerzas destructivas muy elevadas. Estas fuerzas ultrasónicas extraordinariamente intensas transmiten el efecto necesario a las suspensiones sólido-líquido para dispersar y moler las partículas hasta obtener el tamaño y la funcionalidad deseados.
Molienda ultrasónica de altas cargas de sólidos
Los sistemas ultrasónicos en línea pueden trabajar fácilmente con concentraciones de sólidos muy elevadas. Siempre que la carga de partículas de la suspensión permita bombearla y hacerla pasar por la celda de flujo ultrasónica, los homogeneizadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden procesar de forma fiable cualquier tipo de suspensión de alta viscosidad y consistencia pastosa. La molienda húmeda ultrasónica se utiliza habitualmente para preparar concentrados de pigmentos de tamaño micrométrico y nanométrico. La capacidad de trabajar con cargas de sólidos tan elevadas, incluso de partículas abrasivas, convierte a los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento en la tecnología de molienda más eficaz y eficiente para pigmentos y nanopartículas.
Agitadores ultrasónicos para tanques y reactores de flujo continuo
Las formulaciones de pinturas pueden mezclarse en tanques abiertos o por lotes, introduciendo una o varias sondas ultrasónicas. La mezcla en recipientes abiertos con un sistema como el Hielscher SonoStation (véase la imagen de la izquierda) es ideal para dispersar volúmenes medianos de formulaciones de viscosidad baja a media. Para caudales elevados, aplicaciones intensivas de molienda y fragmentación de partículas primarias, así como para suspensiones y pastas de alta viscosidad, la configuración preferida es un reactor ultrasónico presurizable.
Un recipiente abierto, como un tanque, no puede presurizarse ni es ideal para procesar uniformemente volúmenes mayores y/o de alta viscosidad. Un reactor ultrasónico de flujo continuo 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, toda la pintura o todos los pigmentos se alimentan uniformemente al reactor: al tener el mismo tiempo de residencia y procesarse exactamente en las mismas condiciones ultrasónicas, se obtiene un resultado de dispersión / molienda muy homogéneo. El tratamiento muy uniforme bajo fuerzas ultrasónicas intensas permite obtener pinturas de calidad superior.
Hielscher Ultrasonics ofrece una gama completa de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento con configuraciones de tanque y reactor, para proporcionarle el equipo de dispersión ultrasónica ideal para su producción de pinturas.
Dispersores ultrasónicos para cualquier capacidad de producción
La gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca todo el espectro de procesadores ultrasónicos, desde sonicadores compactos de laboratorio, pasando por sistemas de sobremesa y piloto, hasta procesadores ultrasónicos plenamente industriales capaces de procesar cargas de camión por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el dispersor ultrasónico más adecuado para sus formulaciones de pinturas, su capacidad de procesamiento y sus objetivos de producción.
Los sistemas ultrasónicos de sobremesa son ideales para realizar pruebas de viabilidad y optimizar procesos. El escalado lineal basado en parámetros de proceso establecidos facilita enormemente el aumento de la capacidad de procesamiento, desde lotes pequeños hasta la producción comercial a plena escala. El escalado puede realizarse instalando una unidad de dispersión ultrasónica más potente o agrupando varios sonicadores en paralelo. Con el UIP16000, Hielscher ofrece el dispersor ultrasónico más potente del mundo.
Amplitudes controlables con precisión para obtener resultados óptimos
Todos los sonicadores de Hielscher permiten un control preciso y, por ello, son equipos de trabajo fiables para la producción. La amplitud es uno de los parámetros fundamentales del proceso que influyen en la eficiencia y la eficacia de la dispersión ultrasónica y la molienda húmeda de pastas pigmentarias, pinturas y polímeros.
Todos los procesadores de Hielscher Ultrasonics permiten ajustar la amplitud con precisión. Los sonotrodos y los amplificadores mecánicos de amplitud son accesorios que permiten modificar la amplitud en un intervalo aún más amplio. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher pueden proporcionar amplitudes muy elevadas y la intensidad ultrasónica necesaria para aplicaciones exigentes. Pueden funcionar fácilmente de forma continua con amplitudes de hasta 200 µm en servicio 24/7. Las amplitudes elevadas son esenciales en aplicaciones de ultrasonidos de alta potencia, como las nanodispersiones, la síntesis de nanopartículas, la molienda de partículas primarias y las miniemulsiones.
Los ajustes precisos de amplitud y la supervisión permanente de los parámetros del proceso ultrasónico mediante software inteligente le permiten tratar sus pigmentos y suspensiones de polvos en las condiciones ultrasónicas más eficaces. ¡Sonicación óptima para obtener los mejores resultados de dispersión!
Pruebas sencillas y sin riesgos
Los procesos ultrasónicos pueden escalarse de forma completamente lineal. Esto significa que cualquier resultado obtenido con un sonicador de laboratorio o de sobremesa puede escalarse para obtener exactamente el mismo resultado utilizando exactamente los mismos parámetros de proceso. Por ello, la ultrasonicación es ideal para realizar pruebas de viabilidad sin riesgos, optimizar procesos y posteriormente implementarlos en la fabricación comercial. Póngase en contacto con nosotros para conocer cómo la sonicación puede mejorar su producción de pinturas y pigmentos.
Máxima calidad – Diseñados y fabricados en Alemania
Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher da prioridad a los más altos estándares de calidad para sus procesadores ultrasónicos. Todos los sonicadores se diseñan, fabrican y someten a pruebas exhaustivas en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad de los equipos ultrasónicos de Hielscher los convierten en herramientas de trabajo incansables para su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica inherente de los dispersores de alto rendimiento de Hielscher. Esto convierte a los equipos ultrasónicos de Hielscher en herramientas de trabajo fiables que satisfacen sus requisitos de procesamiento de pinturas.
| Volumen del lote | Caudal | Equipos 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. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía / 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 de interés
Cuál es la diferencia entre dispersiones y emulsiones
Definición de dispersión:
Una dispersión es un sistema en el que las partículas de un material están dispersas en una fase continua de otro material. Las dos fases pueden encontrarse en el mismo estado de la materia o en estados diferentes.
Se distinguen diferentes tipos de dispersiones. Entre los factores que permiten diferenciarlas se encuentran, por ejemplo, la relación entre el tamaño de las partículas dispersas y el de las partículas de la fase continua, la presencia o ausencia de precipitación y la presencia de movimiento browniano. En general, las dispersiones de partículas suficientemente grandes como para sedimentar se denominan suspensiones, mientras que las de partículas más pequeñas se denominan coloides y soluciones. Una emulsión es un subtipo específico de dispersión en el que dos líquidos inmiscibles (dos fases en el mismo estado) se dispersan uno en el otro.
Definición de emulsión:
Las emulsiones son sistemas líquidos de al menos dos líquidos inmiscibles, en los que uno de los líquidos se dispersa 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 fase continua o externa. Se distinguen dos tipos principales de emulsiones: las emulsiones de aceite en agua (O/W) y las de 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 (W/O), la fase interna es el líquido de naturaleza acuosa, mientras que la fase externa es el líquido de naturaleza oleosa.
La mayoría de las emulsiones requieren un agente emulsionante, conocido como estabilizante o tensioactivo. El tamaño de las gotas también desempeña un papel fundamental en la estabilidad de la emulsión. Cuanto menor es el tamaño de las gotas, más estable es la emulsión.
¡Ultrasonidos de alto rendimiento! La gama de productos de Hielscher abarca todo el espectro, desde el sonicador compacto de laboratorio, pasando por unidades de sobremesa, hasta sistemas ultrasónicos plenamente industriales.