Cómo mezclar barnices con nanorellenos

La producción de barnices requiere un potente equipo de mezclado que pueda manejar las nanopartículas y los 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 barniz 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, acrílicas, de poliuretano, alquídicas, goma laca), aceite secante, un secador de metales 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, pinturas y diversos objetos decorativos, mientras que los barnices de curado UV se emplean en revestimientos de automóviles, cosméticos, alimentos, ciencia y otros sectores.

Dispersión ultrasónica de nano-sílice en barniz

Un ejemplo habitual de dispersión por ultrasonidos es la incorporación de sílices coloidales, que suelen añadirse para dar propiedades tixotrópicas a los barnices.
Por ejemplo, el barniz de polieterimida relleno de nano-sílice muestra un aumento de la vida útil de hasta treinta veces más que uno estándar. La nano-sílice mejora las propiedades del barniz, como su conductividad eléctrica, su resistencia dieléctrica en CC y CA y su fuerza de adhesión. Por ello, 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 sienita nefelina 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.

La investigación ha demostrado la superioridad de los ultrasonidos para la dispersión de nanorrellenos

Monteiro et al. (2014) compararon tecnologías de dispersión comunes – a saber, el mezclador rotor-estator, el impulsor Cowles y el dispersor ultrasónico tipo sonda – con respecto a su eficacia en la dispersión del dióxido de titanio (TiO2, anatasa). La ultrasonicación resultó ser la más eficaz para dispersar las nanopartículas en agua utilizando el polielectrolito convencional Na-PAA, 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 las 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 minutos al 50% de amplitud). “Utilizando el dispersor Cowles, los tamaños de las partículas estaban en tres rangos diferentes: 40-100 nm, 350-1000 nm y 1200-4000 nm. Los aglomerados más grandes dominan claramente la distribución, lo que demuestra que esta técnica es ineficiente. 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 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.”

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

TiO2 secado por pulverización antes y después de la molienda por ultrasonidos

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

Homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de barnices

Cuando se utilizan nanopartículas y nanorellenos 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 diversos materiales como sílice, nanotubos, grafeno, minerales y muchos otros materiales de forma homogénea 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 de los ultrasonidos, 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 lodos de nanosílice o nano-TiO2.

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 frascos que contienen unos pocos mililitros hasta flujos de gran volumen de miles de galones por hora, Hielscher ofrece la solución de ultrasonidos adecuada para su proceso.
Altas viscosidades: 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 construidos para un funcionamiento 24/7/365 y requieren muy poco mantenimiento.
Facilidad de uso: El elaborado software de nuestros equipos de ultrasonidos 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 del navegador permite operar y supervisar 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 por 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 ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoH.

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