Cómo mezclar barnices con nanorrellenos

La producción de barnices requiere equipos de mezcla potentes que puedan manipular nanopartículas y pigmentos, que deben dispersarse uniformemente en la formulación. Los homogeneizadores ultrasónicos son una técnica de dispersión muy eficaz y fiable que proporciona una distribución homogénea de las nanopartículas en los polímeros.

Producción de barnices con mezcladores ultrasónicos de alto rendimiento

Un barniz se describe como un revestimiento o película protectora transparente y dura, que se formula a partir de resinas (por ejemplo, acrílica, poliuretano, alquídica, goma laca), aceite secante, un secante metálico y disolventes volátiles (por ejemplo, nafta, alcohol mineral o diluyente). Cuando el barniz se seca, el disolvente que contiene se evapora y los componentes restantes se oxidan o polimerizan para formar una película transparente y duradera. Los barnices se utilizan sobre todo como revestimientos protectores de superficies de madera, cuadros y diversos objetos decorativos, mientras que los barnices de curado UV se emplean en revestimientos de automóviles, cosmética, alimentación, ciencia y otras ramas.

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Homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT para la dispersión de nanorrellenos en barnices.

Ultrasonidos UIP1000hdT (1000 vatios) dispersión de nanorrellenos en barnices

Dispersión ultrasónica de nanosílice en barniz

Sílice pirógena dispersada por ultrasonidos al 10 % en agua utilizando el ultrasonicador UP400St. (estudio y gráfico: Vikash y Kumar, 2020)Un ejemplo habitual de dispersión ultrasónica es la incorporación de sílices coloidales, que suelen añadirse para conferir a los barnices propiedades tixotrópicas.
Por ejemplo, el barniz de polieterimida relleno de nanosílice tiene una vida útil hasta treinta veces superior a la del barniz estándar. La nanosílice mejora las propiedades del barniz, como su conductividad eléctrica, su rigidez dieléctrica en CC y CA y su fuerza de adherencia. Por tanto, los dispersores ultrasónicos se utilizan ampliamente para la producción de barnices conductores de la electricidad.
Otros minerales de silicato, la wollastonita, el talco, la mica, el caolín, el feldespato y la nefelina sienita son cargas baratas y muy utilizadas como los llamados pigmentos diluyentes, que se añaden para modificar la reología (viscosidad), la estabilidad de sedimentación y la resistencia de la película en los revestimientos.

El vídeo muestra la mezcla y dispersión por ultrasonidos de grafeno en 250 ml de resina epoxi (Toolcraft L), utilizando un homogeneizador por ultrasonidos (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics fabrica equipos para dispersar grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanocables o cargas en el laboratorio o en procesos de producción de gran volumen. Las aplicaciones típicas son la dispersión de nanomateriales y micromateriales durante el proceso de funcionalización o la dispersión en resinas o polímeros.

Mezclar resina epoxi con relleno de grafito utilizando el homogeneizador ultrasónico UP400St (400 vatios)

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Dipersores ultrasónicos para formulación de barnices

  • molienda y desaglomeración de nanopartículas
  • mezcla de nanoaditivos
  • dispersiones de color
  • dispersiones pigmentarias
  • dispersiones mates y brillantes
  • modificación de la cizalladura y la reología
  • desgasificación & desaireación de barnices
Dispersión ultrasónica de nano-sílice: El homogeneizador ultrasónico UP400St de Hielscher dispersa nanopartículas de sílice de forma rápida y eficiente en una nano-dispersión uniforme.

Dispersión ultrasónica de nanosílice con el ultrasonicador UP400St

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La investigación demuestra la superioridad de los ultrasonidos en la dispersión de nanorrellenos

El dispersor ultrasónico puede utilizarse en modo de flujo continuo o discontinuo para mezclar nanorrellenos en barnices.Monteiro et al. (2014) compararon tecnologías de dispersión comunes – a saber, mezclador rotor-estator, impulsor Cowles y dispersor ultrasónico tipo sonda – en cuanto a su eficacia en la dispersión de dióxido de titanio (TiO2, anatasa). La ultrasonicación resultó ser el método más eficaz para dispersar las nanopartículas en agua utilizando el polielectrolito Na-PAA convencional, y superó significativamente la mezcla con un rotor-estator o un impulsor Cowles.
Detalles del estudio: Se compararon diferentes técnicas de dispersión con el fin de identificar la más eficaz para crear una suspensión acuosa de nano-TiO2 bien desaglomerada. Se utilizó como dispersante de referencia la sal sódica del ácido poliacrílico (Na-PAA), utilizada convencionalmente en la industria para dispersiones acuosas de TiO2. La Fig. 1 muestra las distribuciones de tamaño de partícula en volumen (PSD) obtenidas, utilizando el dispersor Cowles (30 min a 2000 rpm), el mezclador rotor-estator (30 min a 14000 rpm), y la ultrasonicación tipo sonda (Hielscher UIP1000hdT2 min al 50% de amplitud). “Utilizando el dispersor Cowles, los tamaños de las partículas se situaron en tres rangos diferentes: 40-100 nm, 350-1000 nm y 1200-4000 nm. Los aglomerados de mayor tamaño dominan claramente la distribución, lo que demuestra que esta técnica es ineficaz. El rotor-estator también proporcionó resultados insatisfactorios, independientemente de que las nanopartículas se añadieran de una vez o gradualmente a lo largo del tiempo de mezcla. La principal diferencia observada en el resultado de Cowles está relacionada con el desplazamiento del pico central hacia el tamaño de partícula más alto, fusionándose en parte con el pico situado más a la derecha. Por otro lado, el uso de ultrasonidos dio un resultado mucho mejor, con un pico estrecho centrado en 0,1 nm y dos mucho más pequeños en los rangos de 150-280 nm y 380-800 nm.”

El dispersor ultrasónico UIP1000hdT supera al mezclador rotor-estator y al mezclador Cowles en la dispersión de nano-TiO2.

Distribuciones granulométricas de dispersiones acuosas de nano-TiO2 (10mgmL-1, pH = 9) preparadas mediante diferentes técnicas de dispersión. La ultrasonicación da las nanopartículas de TiO2 más pequeñas y las curvas de reducción del tamaño de partícula más estrechas. Cuando se utilizó dispersante (Na-PAA), la proporción respecto al nano-TiO2 fue de 1:1.
(estudio y gráfico: © Monteiro et al., 2014)

Las partículas de dióxido de titanio TiO2 tras el fresado ultrasónico muestran un diámetro drásticamente reducido y una distribución de tamaños estrecha.

TiO2 secado por pulverización antes y después de la molienda ultrasónica

Este resultado coincide con el trabajo de Sato et al. (2008), que informan de mejores resultados con la ultrasonicación que con otras técnicas para dispersar partículas de TiO2 nanoscópicas en agua. Las ondas de choque creadas por la cavitación acústica / ultrasónica provocan colisiones muy intensas entre las partículas y una molienda y desaglomeración eficientes de las partículas hasta obtener fragmentos uniformes a escala nanométrica.
(cf. Monteiro et al., 2014)

El TiO2 dispersado por ultrasonidos (anatasa de Degussa) muestra una estrecha distribución del tamaño de las partículas.

El TiO2 dispersado por ultrasonidos (anatasa de Degussa) muestra una estrecha distribución del tamaño de las partículas.

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Homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de barnices

Cuando se utilizan nanopartículas y nanorrellenos en procesos de fabricación industrial, como la producción de barnices y revestimientos, el polvo seco debe mezclarse homogéneamente en una fase líquida. La dispersión de nanopartículas requiere una técnica de mezcla fiable y eficaz, que aplique la energía suficiente para romper los aglomerados con el fin de liberar las cualidades de las partículas a escala nanométrica. Los ultrasonidos son bien conocidos como dispersores potentes y fiables, por lo que se utilizan para desaglomerar y distribuir homogéneamente diversos materiales como sílice, nanotubos, grafeno, minerales y muchos otros materiales en una fase líquida como resinas, epoxis y lotes maestros de pigmentos. Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye dispersores ultrasónicos de alto rendimiento para cualquier tipo de aplicación de homogeneización y desaglomeración.
Cuando se trata de la producción de nano-dispersiones, el control preciso de la sonicación y un tratamiento ultrasónico fiable de la suspensión de nanopartículas son esenciales para obtener productos de alto rendimiento. Los procesadores de Hielscher Ultrasonics le ofrecen un control total de todos los parámetros de procesamiento importantes, como la entrada de energía, la intensidad ultrasónica, la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de retención. De este modo, puede ajustar los parámetros a condiciones optimizadas, lo que conduce posteriormente a una nano-dispersión de alta calidad, como nanosílice o nano-TiO2 lodos.

En este vídeo le mostramos un sistema de ultrasonidos de 2 kilovatios para funcionamiento en línea en una cabina purgable. Hielscher suministra equipos de ultrasonidos a casi todas las industrias, como la química, farmacéutica, cosmética, petroquímica, así como para procesos de extracción basados en disolventes. Esta cabina de acero inoxidable purgable está diseñada para funcionar en zonas peligrosas. Para ello, la cabina sellada puede ser purgada por el cliente con nitrógeno o aire fresco para evitar que entren en ella gases o vapores inflamables.

2x Ultrasonicadores de 1000 vatios en armario purgable para instalación en zonas peligrosas

Vídeo en miniatura

Para cualquier volumen / capacidad: Hielscher ofrece ultrasonidos y una amplia gama de accesorios. Esto permite configurar el sistema de ultrasonidos ideal para su aplicación y capacidad de producción. Desde pequeños viales que contienen unos pocos mililitros hasta flujos de gran volumen de miles de galones por hora, Hielscher ofrece la solución ultrasónica adecuada para su proceso.
Viscosidades elevadas: Los sistemas ultrasónicos en línea procesan fácilmente formulaciones pastosas, por ejemplo, lotes maestros de pigmentos, en los que un pigmento se mezcla con una alta carga de partículas de manera uniforme en una mezcla de plastificante, monómero y polímero.
Robustez: Nuestros sistemas de ultrasonidos son robustos y fiables. Todos los ultrasonidos de Hielscher están diseñados para funcionar 24/7/365 y requieren muy poco mantenimiento.
Facilidad de uso: El elaborado software de nuestros dispositivos ultrasónicos permite preseleccionar y guardar los ajustes de sonicación para una sonicación sencilla y fiable. El menú intuitivo es fácilmente accesible a través de una pantalla táctil digital en color. El control remoto por navegador permite manejar y supervisar el proceso a través de cualquier navegador de Internet. El registro automático de datos guarda los parámetros del proceso de cualquier sonicación en una tarjeta SD integrada.
Excelente eficiencia energética: En comparación con las tecnologías de dispersión alternativas, los ultrasonidos de Hielscher destacan por su extraordinaria eficiencia energética y sus resultados superiores en la distribución del tamaño de las partículas.
Alta calidad & Robustez: Los ultrasonidos Hielscher son reconocidos por su calidad, fiabilidad y robustez. Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonicadores de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonicadores Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

La imagen muestra un resultado típico de la dispersión ultrasónica de sílice pirógena en agua.

Dispersión ultrasónica de sílice pirógena en agua. Los homogeneizadores ultrasónicos pueden producir nanodispersiones eficientes y fiables, p. ej. nanosílice.

¿Por qué Hielscher Ultrasonics?

  • elevada eficiencia
  • tecnología punta
  • fiabilidad & robustez
  • lote & en línea
  • para cualquier volumen: desde pequeños viales hasta camiones cargados por hora
  • Demostrado científicamente
  • software inteligente
  • funciones inteligentes (por ejemplo, protocolling de datos)
  • CIP (limpieza in situ)
  • Funcionamiento sencillo y seguro
  • fácil instalación, bajo mantenimiento
  • económicamente beneficioso (menos mano de obra, tiempo de procesamiento, energía)

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

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
15 a 150L De 3 a 15 l/min UIP6000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.


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.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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