Kuidas segada lakke nanotäiteainetega

Lakitootmine nõuab võimsat segamisseadmestikku, mis suudab käsitseda nanoosakesi ja pigmente, mis tuleb koostises ühtlaselt hajutada. Ultraheli homogenisaatorid on väga tõhus ja töökindel hajutustehnika, mis tagab nanoosakeste homogeense jaotumise polümeeridesse.

Lakitootmine suure jõudlusega ultraheli segistitega

Lakk on kirjeldatav kui selge läbipaistev kõva kaitsekate või kile, mis valmistatakse vaikudest (nt akrüül-, polüuretaan-, alküüd-, šellak), kuivavast õlist, metallisikatiivist ja lenduvatest lahustitest (nt nafta, lakibensiin või vedeldi). Lakk kuivades selles sisalduv lahusti aurustub ning ülejäänud koostisosad oksüdeeruvad või polümeriseeruvad, moodustades vastupidava läbipaistva kile. Lakke kasutatakse enamasti puitpindade, maalide ja mitmesuguste dekoratiivesemete kaitsekatetena, UV-kuivavaid lakke aga autokatetes, kosmeetikas, toidutööstuses, teaduses ja muudes valdkondades.

Nanoränidioksiidi ultraheli hajutamine lakis

Levinud näide ultraheli hajutamisest on kolloidsete ränidioksiidide lisamine, mida tavaliselt lisatakse lakkidele tiksotroopsete omaduste andmiseks.
Näiteks nanoränidioksiidiga täidetud polüeeterimiidlakk näitab kuni kolmkümmend korda pikemat kasutusiga kui tavaline lakk. Nanoränidioksiid parandab laki omadusi, nagu elektrijuhtivus, alalis- ja vahelduvvoolu dielektriline tugevus ning nakketugevus. Ultraheli hajutid on seetõttu laialdaselt kasutusel elektrit juhtivate katete tootmisel.
Muud silikaatmineraalid – wollastoniit, talk, vilgukivi, kaoliin, päevakivi ja nefeliinsüeniit – on odavad täiteained ning neid kasutatakse laialdaselt nn täitepigmentidena, mida lisatakse katete reoloogia (viskoossuse), settimiskindluse ja kiletugevuse muutmiseks.

Uuringutega tõestatud sonikaatorite paremus nanotäiteainete hajutamisel

Monteiro jt (2014) võrdlesid levinud hajutustehnoloogiaid – nimelt rootor-staator segistit, Cowlesi tiivikut ja ultraheli sondtüüpi hajutit – nende tõhususe poolest titaandioksiidi (TiO2, anataas) hajutamisel. Ultraheli töötlus osutus kõige tõhusamaks nanoosakeste hajutamisel vees, kasutades tavapärast Na-PAA polüelektrolüüti, ning ületas oluliselt segamist rootor-staator segisti või Cowlesi tiivikuga.
Uuringu üksikasjad: Erinevaid hajutustehnikaid võrreldi, et tuvastada kõige tõhusam hästi deaglomereeritud nano-TiO2 vesisuspensiooni loomiseks. Võrdlusdispergaatorina kasutati polüakrüülhappe naatriumsoola (Na-PAA), mida tööstuses tavapäraselt kasutatakse TiO2 vesidispersioonide jaoks. Joonis 1 näitab saadud ruumalapõhiseid osakeste suurusjaotusi (PSD), kasutades Cowlesi hajutit (30 min kiirusel 2000 rpm), rootor-staator segistit (30 min kiirusel 14 000 rpm) ja sondtüüpi ultraheli töötlust (Hielscher UIP1000hdT, 2 min amplituudil 50%). “Cowlesi hajutit kasutades jäid osakeste suurused kolme erinevasse vahemikku: 40–100 nm, 350–1000 nm ja 1200–4000 nm. Suuremad aglomeraadid domineerivad jaotuses selgelt, mis näitab, et see tehnika on ebatõhus. Ka rootor-staator andis ebarahuldavaid tulemusi, sõltumata sellest, kas nanoosakesed lisati korraga või järk-järgult segamisaja jooksul. Cowlesi tulemuses täheldatud peamine erinevus on seotud keskmise piigi nihkumisega suurema osakeste suuruse poole, mis ühineb osaliselt kõige parempoolsema piigiga. Teisalt andis ultraheli kasutamine palju parema tulemuse, kitsa piigiga, mis oli tsentreeritud 0,1 nm juurde, ja kahe palju väiksema piigiga vahemikes 150–280 nm ja 380–800 nm.”

Nano-TiO2 vesilahuste osakeste suuruse jaotused (10mgmL−1, pH = 9), mis on valmistatud erinevate dispergeerimismeetoditega. Ultraheli töötlus annab kõige väiksemad TiO2 nanoosakesed ja kõige kitsamad osakeste suuruse vähenemise kõverad. Kui kasutati dispergaatorit (Na-PAA), oli selle suhe nano-TiO2-sse 1:1.
(uuring ja graafik: © Monteiro et al., 2014)

Pihustuskuivatatud TiO2 enne ja pärast ultraheli jahvatamist

See tulemus on kooskõlas Sato et al. (2008) tööga, milles teatati ultraheli töötlusega saadud parematest tulemustest kui teiste meetoditega nanomõõtmeliste TiO2 osakeste dispergeerimisel vees. Akustilise / ultraheli kavitatsiooni tekitatud lööklained põhjustavad väga intensiivseid osakestevahelisi kokkupõrkeid ning tõhusat osakeste jahvatamist ja deaglomeratsiooni ühtlasteks nanomõõtmelisteks fragmentideks.
(vrd Monteiro et al., 2014)

Suure jõudlusega ultraheli homogenisaatorid lakitootmiseks

Kui nanoosakesi ja nanotäiteaineid kasutatakse tööstuslikes tootmisprotsessides, näiteks lakkide ja pinnakatete tootmisel, tuleb kuiv pulber homogeenselt segada vedelasse faasi. Nanoosakeste dispergeerimine nõuab töökindlat ja tõhusat segamismeetodit, mis annab piisavalt energiat aglomeraatide lõhkumiseks, et vabastada nanomõõtmeliste osakeste omadused. Ultraheli seadmed on tuntud kui võimsad ja töökindlad dispergeerijad, mistõttu kasutatakse neid mitmesuguste materjalide, näiteks ränidioksiidi, nanotorude, grafeeni, mineraalide ja paljude teiste materjalide deaglomereerimiseks ja homogeenseks jaotamiseks vedelasse faasi, näiteks vaikudesse, epoksiididesse ja pigmendi masterbatch’idesse. Hielscher Ultrasonics projekteerib, valmistab ja turustab suure jõudlusega ultraheli dispergeerijaid igat liiki homogeniseerimis- ja deaglomeratsioonirakenduste jaoks.
Nanodispersioonide tootmisel on suure jõudlusega toodete saamiseks olulised täpne sonikeerimise juhtimine ja nanoosakeste suspensiooni töökindel ultraheli töötlus. Hielscher Ultrasonicsi protsessorid annavad teile täieliku kontrolli kõigi oluliste protsessiparameetrite üle, näiteks energiasisend, ultraheli intensiivsus, amplituud, rõhk, temperatuur ja viibeaeg. Nii saate parameetrid optimeerida, mis viib seejärel kvaliteetse nanodispersioonini, näiteks nanoränidioksiidi või nano-TiO2 lietisteni.

Igasuguse mahu / võimsuse jaoks: Hielscher pakub ultraheli seadmeid ja laia valikut lisatarvikuid. See võimaldab konfigureerida teie rakendusele ja tootmismahule sobiva ideaalse ultraheli süsteemi. Alates väikestest viaalidest, mis sisaldavad mõnda milliliitrit, kuni suure mahuga vooludeni, mis ulatuvad tuhandete gallonite tunnis, pakub Hielscher teie protsessile sobivat ultraheli lahendust.
Kõrged viskoossused: Ultraheli inline-süsteemid töötlevad hõlpsalt pastataolisi koostisi, nt pigmendi masterbatch’e, kus pigment segatakse suure osakeste sisaldusega ühtlaselt plastifikaatori, monomeeri ja polümeeri segusse.
Töökindlus: Meie ultraheli süsteemid on vastupidavad ja töökindlad. Kõik Hielscheri ultraheli seadmed on ette nähtud 24/7/365 tööks ja vajavad väga vähe hooldust.
Kasutajasõbralikkus: Meie ultraheli seadmete põhjalikult välja töötatud tarkvara võimaldab sonikeerimise sätteid eelnevalt valida ja salvestada, et sonikeerimine oleks lihtne ja töökindel. Intuitiivne menüü on hõlpsasti kättesaadav digitaalse värvilise puuteekraani kaudu. Kaugjuhtimine brauseri kaudu võimaldab seadet käitada ja jälgida mis tahes internetibrauseri kaudu. Automaatne andmete salvestamine talletab iga sonikeerimise käigu protsessiparameetrid sisseehitatud SD-kaardile.
Suurepärane energiatõhusus: Võrreldes alternatiivsete dispergeerimistehnoloogiatega on Hielscheri ultraheli seadmed silmapaistvad erakordse energiatõhususe ja paremate tulemustega osakeste suuruse jaotuses.
Kõrge kvaliteet ja töökindlus: Hielscheri ultraheli töötlusseadmed on tuntud oma kvaliteedi, töökindluse ja vastupidavuse poolest. Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu kõrgjõudlusega ultraheli töötlusseadmetele, mis põhinevad tipptehnoloogial ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheli töötlusseadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.

Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheli töötlusseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest: