Ultrasonidos para dispersar y pulverizar pinturas & pigmentos

Los ultrasonidos de potencia son bien conocidos por sus efectos de fresado y dispersión intensos y controlables con precisión. Esto hace que los homogeneizadores ultrasónicos sean ideales para la producción de formulaciones de pastas pigmentarias y pinturas. Los ultrasonidos industriales proporcionan una distribución del tamaño de partícula altamente uniforme en el rango de micras y nanómetros. Procese flujos de gran volumen y alta viscosidad con los sonicadores Hielscher para conseguir una humectación, dispersión, desaglomeración y molienda homogéneas.

Fabricación de pintura con ultrasonidos

Mejore sus pinturas, colores y revestimientos con la sonicación:

• Formulación: Tanto si se trata de viscosidades altas, cargas de partículas elevadas, base acuosa o disolvente – Con los ultrasonidos en línea industriales de Hielscher puede procesar cualquier formulación.
• Micrones y nanómetros: Las elevadas fuerzas de cizallamiento generadas por la cavitación acústica reducen las partículas a diámetros diminutos y proporcionan una dispersión uniforme. El ajuste de los parámetros de ultrasonidos a sus requisitos de partículas y formulación permite una producción fiable de pigmentos de tamaño nanométrico.
• Propiedades ópticas: Para obtener las propiedades ópticas correctas, hay que controlar el tamaño de las partículas de pigmento. Normalmente, la opacidad se correlaciona con el tamaño de las partículas: cuanto más fino es el tamaño de las partículas, mayor es la opacidad. Por ejemplo, el TiO2 se procesa específicamente con un tamaño de partícula de 0,20 a 0,3 micras, que equivale aproximadamente a la mitad de la longitud de onda de la luz. La ultrasonicación reduce los pigmentos de TiO2 a su tamaño óptimo, con lo que se obtiene la máxima opacidad.
• Partículas de alto rendimiento: Los tamaños de partícula más pequeños dan como resultado una mayor saturación, consistencia y estabilidad del color. Las fuerzas de ultrasonidos, intensas pero controlables con precisión, permiten producir nanopartículas modificadas y funcionalizadas, como partículas recubiertas, SWNT, MWCNT y partículas core-shell. Estas partículas presentan características únicas y elevan las fórmulas de pintura o revestimiento a un nuevo nivel de calidad y funcionalidad (por ejemplo, resistencia a los rayos UV, resistencia al rayado, fuerza, adhesividad, alta resistencia al calor y reflectividad infrarroja y solar).
• Partículas modificadas: Los pigmentos modificados en superficie tienen una viscosidad muy baja con altas cargas de pigmento (2,5cP con un 10% de sólidos), una estabilidad de suspensión superior y una gran pureza. La funcionalización de partículas asistida por ultrasonidos simplifica la síntesis de pigmentos de alto rendimiento con características especiales.

Las pastas de pigmentos molidas y dispersadas mediante cavitación ultrasónica y fuerzas de cizallamiento elevadas muestran una importante reducción de tamaño y una distribución uniforme. El gráfico anterior muestra el aumento de la reducción de tamaño al aumentar la energía ultrasónica.

Para la producción de pintura, los componentes como pigmentos, aglutinantes/formadores de película, diluyentes/solventes, resinas, cargas y aditivos tienen que mezclarse en una formulación homogénea. Los pigmentos son el componente determinante que da color a la pintura. El pigmento blanco más importante es el TiO2, que debe molerse hasta alcanzar un tamaño de partícula óptimo de entre 0,2 y 0,3 micras de diámetro para mostrar el grado deseado de blancura, brillo, opacidad y un índice de refracción muy elevado. Las fuerzas de cizallamiento por ultrasonidos proporcionan una desaglomeración y dispersión de las partículas de TiO2 muy eficaz y eficiente desde el punto de vista energético (véase la imagen siguiente).

TEM de suspensión de nanopartículas de TiO2 dispersadas por ultrasonidos con diferentes concentraciones de sólidos. La sonicación se realizó utilizando el Ultrasonicador UIP1000hdT
Izquierda: entrada de energía ultrasónica 1,8 × 10⁵ J/L – Derecha: entrada de energía ultrasónica 5,4 × 10⁵ J/L
(Estudio e imágenes: ©Fasaki et al., 2012)

 
El fresado y la dispersión por ultrasonidos mejoran la calidad de la pintura al aumentar la intensidad del color, la densidad, la finura del molido, la dispersión y la reología.

Dispersión ultrasónica & Condiciones de rectificado

La calidad de las pinturas y revestimientos depende de la dispersión homogénea de los pigmentos. Hielscher Ultrasonics suministra equipos eficaces de molienda y trituración para la dispersión de pinturas, especialmente para formulaciones con altas cargas de pigmentos. El mecanismo de los dispersores ultrasónicos para aplicaciones de molienda, trituración, desaglomeración y dispersión se basa principalmente en el principio de cizallamiento generado por la cavitación ultrasónica. Las fuerzas de cizallamiento cavitacional necesarias para la disociación de las partículas se producen por altas diferencias de presión, puntos calientes locales y chorros de líquido, lo que da lugar a la ruptura de las partículas por colisión entre ellas.
Los dispersores ultrasónicos industriales, como el UIP16000hdT con 16.000 vatios por sonda ultrasónica, tienen capacidad para procesar flujos de gran volumen de pinturas y revestimientos.

La pintura a la tiza sonorizada en el grindómetro demuestra la perfecta uniformidad de la desaglomeración y la distribución granulométrica de los pigmentos

Dispersión de nanopartículas

La molienda y dispersión por ultrasonidos suele ser el único método para procesar nanopartículas de forma eficaz con el fin de obtener partículas primarias de dispersión uniforme. Un tamaño pequeño de partícula primaria da lugar a una gran superficie y se correlaciona con la expresión de características y funcionalidades únicas de la partícula. Al mismo tiempo, un tamaño de partícula más pequeño se asocia con una alta energía superficial para una agregación y reactividad más severas, por lo que se requieren intensas fuerzas de dispersión ultrasónicas para dispersar las nanopartículas homogéneamente en la formulación.
Además, un tratamiento ultrasónico de la superficie puede modificar las nanopartículas, lo que mejora la dispersabilidad, la estabilidad de la dispersión, la hidrofobicidad y otras características.
Los investigadores han recomendado el método de dispersión por ultrasonidos para nano partículas como solución preferida, “porque el material dispersado por el método ultrasónico es mucho más puro que el producido por el fresado de microesferas.” [Kim et al. 2010].

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.

Más información sobre la homogeneización y dispersión por ultrasonidos de pigmentos y colorantes para masterbatches y formulaciones de pintura.

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Literatura / Referencias