Ultraheli kattekihis

Erinevad komponendid, nagu pigmendid, täiteained, keemilised lisandid, ristsidurid ja reoloogia modifikaatorid, lähevad katte- ja värvivormidesse. Ultraheli on tõhus vahend selliste komponentide hajutamiseks ja emulgeerimiseks, deagglomeratsiooniks ja freesimiseks katetes.

Ultraheli kasutatakse katete koostamisel:

• polümeeride emulgeerimine vesisüsteemides
• pigmentide dispergeerimine ja peeneks jahvatamine
• nanomaterjalide suuruse vähendamine kõrgtehnoloogilistes pinnakatetes

Katted jagunevad kahte suurde kategooriasse: veepõhised ja lahustipõhised vaigud ja katted. Igal tüübil on oma väljakutsed. Suunad, mis nõuavad lenduvate orgaaniliste ühendite vähendamist ja kõrgeid lahustihindu, stimuleerivad vee kaudu leviva vaiguga katmise tehnoloogiate kasvu. Ultraheli kasutamine võib suurendada selliste keskkonnasõbralike süsteemide jõudlust.

Täiustatud katte koostis ultraheli tõttu

Ultraheli võib aidata arhitektuuri-, tööstus-, auto- ja puitkatete formuleerijatel parandada katte omadusi, nagu värvitugevus, kriimustus, pragunemine ja UV-kindlus või elektrijuhtivus. Mõned neist kattekihi omadustest saavutatakse nanosuuruses materjalide, nt metalloksiidide (TiO) lisamisega₂, ränidioksiid, ceria, ZnO, …).

Ultraheli aitab veelgi väga viskoossete toodete vahutamisel (kinnijäänud mullid) ja degaseerimisel (lahustunud gaas). Loe lähemalt ultraheli õhutamise ja vedelike degaseerimise kohta!

Kuna ultraheli hajutamise tehnoloogiat saab kasutada laboris, pink-top ja tööstusliku tootmise tasemel, võimaldades läbilaskevõimet üle 10 tonni tunnis, rakendatakse seda R-is&D-etapp ja kaubanduslikus tootmises. Protsessi tulemusi saab hõlpsasti ja lineaarselt suurendada.

Hielscheri ultraheli seadmed on väga energiatõhusad. Seadmed muundavad umbes 80–90% elektrilisest sisendvõimsusest vedeliku mehaaniliseks tegevuseks. See toob kaasa oluliselt madalamad töötlemiskulud.

Järgides allolevaid linke, saate lugeda rohkem suure jõudlusega ultraheli kasutamise kohta

• polümeeride emulgeerimine vesisüsteemides,
• pigmentide dispergeerimine ja peeneks jahvatamine,
• ja nanomaterjalide suuruse vähendamine.

Emulsiooni polümerisatsioon ultrahelitöötluse abil

Traditsioonilised kattepreparaadid kasutavad põhipolümeeri keemiat. Üleminek veepõhisele pinnakattetehnoloogiale mõjutab tooraine valikut, omadusi ja koostise metoodikat.

Tavapärases emulsioonpolümerisatsioonis, nt vees levivate katete puhul, ehitatakse osakesed keskelt nende pinnale. Kineetilised tegurid mõjutavad osakeste homogeensust ja morfoloogiat.

Ultraheli töötlemist saab kasutada kahel viisil, tekitades polümeeremulsioone.

• ülalt alla: Emulgeerimine/Hajutamine suurematest polümeerosakestest, et tekitada väiksemaid osakesi suuruse vähendamise teel
• alt üles: Ultraheli kasutamine enne osakeste polümerisatsiooni või selle ajal

 

 

Nanoosakesed polümeerid miniemulsioonides

Osakeste polümerisatsioon miniemulsioonides võimaldab toota dispergeeritud polümeeriosakesi, millel on hea kontroll osakeste suuruse üle. Nanoosakeste polümeerosakeste süntees miniemulsioonides (tuntud ka kui nanoreaktorid), nagu on esitanud K. Landfester (2001), on suurepärane meetod polümeersete nanoosakeste moodustamiseks. See lähenemisviis kasutab nanoreaktoritena emulsioonis suurt hulka väikeseid nanosektsioone (dispergeeritud faas). Nendes sünteesitakse osakesed väga paralleelselt üksikutes, suletud tilkades. Oma raamatus esitab Landfester (2001) nanoreaktorite polümerisatsiooni suure täiuslikkusega peaaegu ühtlase suurusega väga identsete osakeste genereerimiseks. Ülaltoodud pilt näitab osakesi, mis on saadud ultraheli abil polüadditsiooniga miniemulsioonides.

Väikesed tilgad, mis tekivad kõrge nihkega (ultraheli) ja stabiliseerivad stabiliseerivate ainetega (emulgaatorid), võivad olla karastatud järgneva polümerisatsiooni või temperatuuri langusega madala temperatuuriga sulavate materjalide puhul. Kuna ultraheliuuring võib partii- ja tootmisprotsessis toota väga väikeseid peaaegu ühtlase suurusega tilka, võimaldab see hea kontrolli lõpliku osakeste suuruse üle. Nanoosakeste polümerisatsiooniks võib hüdrofiilseid monomeere emulgeerida orgaaniliseks faasiks ja hüdrofoobseid monomeere vees.

Osakeste suuruse vähendamisel suureneb samal ajal osakeste kogupindala. Vasakpoolne pilt näitab osakeste suuruse ja pindala vahelist korrelatsiooni sfääriliste osakeste korral. Seetõttu suureneb emulsiooni stabiliseerimiseks vajaliku pindaktiivse aine kogus peaaegu lineaarselt osakeste kogupindalaga. Pindaktiivse aine tüüp ja kogus mõjutab tilkade suurust. 30 kuni 200 nm suuruseid tilkasid võib saada anioonsete või katioonsete pindaktiivsete ainete abil.

Pigmendid katetes

Orgaanilised ja anorgaanilised pigmendid on kattematerjalide oluline osa. Pigmendi jõudluse maksimeerimiseks on vaja head kontrolli osakeste suuruse üle. Pigmendipulbri lisamisel veepõhistele, lahustipõhistele või epoksüsüsteemidele kipuvad üksikud pigmendiosakesed moodustama suuri aglomeraate. Selliste aglomeraatide purustamiseks ja üksikute pigmendiosakeste jahvatamiseks kasutatakse tavapäraselt kõrge nihkega mehhanisme, nagu rootor-staatori segistid või segisti helmesveskid. Ultraheli äärmiselt tõhusas alternatiivis selle sammu jaoks katete valmistamisel.

Alltoodud graafikud näitavad ultrahelitöötluse mõju pärli läike pigmendi suurusele. Ultraheli jahvatab üksikud pigmendiosakesed kiire osakestevahelise kokkupõrke teel. Ultraheli silmapaistev eelis on kavitatsiooniliste nihkejõudude suur mõju, mis muudab lihvimisvahendite (nt helmed, pärlid) kasutamise tarbetuks. Kuna osakesi kiirendavad äärmiselt kiired vedelikujoad kiirusega kuni 1000km / h, põrkuvad need ägedalt ja purunevad väikesteks tükkideks. Osakeste hõõrdumine annab ultraheli jahvatatud osakestele sileda pinna. Üldiselt annab ultraheli freesimine ja dispersioon peene suurusega ja ühtlase osakeste jaotuse.

 

Ultraheli freesimine ja hajutamine paistab sageli silma suure kiirusega segistite ja meediumiveskitega, kuna ultrahelitöötlus tagab kõigi osakeste järjepidevama töötlemise. Üldiselt tekitab ultraheliuuring väiksemaid osakeste suurusi ja kitsast osakeste suuruse jaotust (pigmendi freesimiskõverad). See parandab pigmendi dispersioonide üldist kvaliteeti, kuna suuremad osakesed häirivad tavaliselt töötlemisvõimet, läiget, takistust ja optilist välimust.

Kuna osakeste jahvatamine ja lihvimine põhineb ultraheli kavitatsiooni tagajärjel tekkinud osakestevahelisel kokkupõrkel, saavad ultraheli reaktorid hakkama üsna kõrgete tahkete kontsentratsioonidega (nt põhipartiid) ja tekitavad endiselt hea suuruse vähendamise efekte. Allolevas tabelis on pildid TiO2 märgjahvatamisest.

Alltoodud graafik näitab osakeste suuruse jaotuskõveraid Degussa anataasi titaandioksiidi deagglomeratsiooniks ultraheli abil. Kõvera kitsas kuju pärast ultrahelitöötlust on ultraheli töötlemise tüüpiline tunnus.

Nanosuuruses materjalid suure jõudlusega katetes

Nanotehnoloogia on kujunemisjärgus tehnoloogia, mis jõuab paljudesse tööstusharudesse. Nanomaterjale ja nanokomposiite kasutatakse pinnakattevahendites, näiteks kulumis- ja kriimustuskindluse või UV-stabiilsuse suurendamiseks. Pinnakatete kasutamise suurim väljakutse on läbipaistvuse, selguse ja läike säilitamine. Seetõttu on nanoosakesed olnud väga väikesed, et vältida häireid valguse nähtavas spektris. Paljude rakenduste puhul on see oluliselt madalam kui 100 nm.

Suure jõudlusega komponentide märglihvimine nanomeetri vahemikku muutub oluliseks sammuks nanotehnoloogiliste katete koostamisel. Kõik osakesed, mis häirivad nähtavat valgust, põhjustavad hägusust ja läbipaistvuse kadu. Seetõttu on vaja väga kitsaid suuruse jaotusi. Ultraheli on väga tõhus vahend tahkete ainete peeneks jahvatamiseks. Ultraheli / akustiline kavitatsioon vedelikes põhjustab suure kiirusega osakestevahelisi kokkupõrkeid. Erinevalt tavalistest helmesveskitest ja kiviveskitest kompavad osakesed ise üksteist, muutes freesimisvahendid tarbetuks.

Ettevõtted, nagu Panadur (Saksamaa) kasutage Hielscheri ultrasonikaatoreid nanomaterjalide hajutamiseks ja deagglomeratsiooniks vormisisestes katetes. Klõpsake siin, et lugeda rohkem hallitusseente katete ultraheli dispersiooni kohta!

Tuleohtlike vedelike või lahustite ultraheliga töötlemiseks ohtlikes keskkondades on saadaval ATEX-sertifitseeritud protsessorid. Lisateave Atex-sertifitseeritud ultrasonikaatori UIP1000-Exd kohta!