چگونه ورنی‌ها را با نانوپرکننده‌ها مخلوط کنیم
تولید ورنی به تجهیزات اختلاط قدرتمندی نیاز دارد که بتوانند نانوذرات و رنگدانه‌ها را پردازش کنند؛ این مواد باید به‌طور یکنواخت در فرمولاسیون پراکنده شوند. هموژنایزرهای فراصوتی روشی بسیار کارآمد و قابل‌اعتماد برای پراکنده‌سازی هستند که توزیع همگن نانوذرات را در پلیمرها فراهم می‌کنند.
تولید ورنی با مخلوط‌کن‌های فراصوتی با عملکرد بالا
ورنی به‌عنوان پوشش یا فیلم محافظی زلال، شفاف و سخت توصیف می‌شود که از رزین‌ها (مانند اکریلیک، پلی‌یورتان، آلکید و شلاک)، روغن خشک‌شونده، خشک‌کن فلزی و حلال‌های فرّار (مانند نفتا، وایت‌اسپریت یا تینر) فرموله می‌شود. هنگام خشک شدن ورنی، حلال موجود در آن تبخیر می‌شود و اجزای باقی‌مانده اکسید یا پلیمریزه می‌شوند تا فیلمی شفاف و بادوام تشکیل دهند. ورنی‌ها بیشتر به‌عنوان پوشش محافظ سطوح چوبی، نقاشی‌ها و انواع اشیای تزئینی استفاده می‌شوند، درحالی‌که ورنی‌های پخت‌شونده با UV در پوشش‌های خودرو، صنایع آرایشی، غذایی، علوم و سایر حوزه‌ها کاربرد دارند.
سونیکاتور UIP1000hdT (1000 وات) در حال پراکنده‌سازی نانوپرکننده‌ها در ورنی‌ها
پراکنده‌سازی فراصوتی نانوسیلیکا در ورنی
یکی از نمونه‌های رایج پراکنده‌سازی فراصوتی، افزودن سیلیکاهای کلوئیدی است که معمولاً برای ایجاد خواص تیکسوتروپیک به ورنی‌ها افزوده می‌شوند.
برای مثال، ورنی پلی‌اتریمید حاوی پرکننده نانوسیلیکا، افزایش طول عمر تا سی برابر نسبت به نوع استاندارد را نشان می‌دهد. نانوسیلیکا خواص ورنی، از جمله رسانایی الکتریکی، استقامت دی‌الکتریک آن در DC و AC و استحکام اتصال آن را بهبود می‌بخشد. بنابراین، پراکنده‌سازهای فراصوتی به‌طور گسترده برای تولید پوشش‌های رسانای الکتریکی استفاده می‌شوند.
سایر کانی‌های سیلیکاتی، شامل ولاستونیت، تالک، میکا، کائولن، فلدسپات و نفلین سینیت، پرکننده‌های ارزان‌قیمتی هستند که به‌طور گسترده به‌عنوان رنگدانه‌های موسوم به پرکننده به کار می‌روند و برای اصلاح رئولوژی (گرانروی)، پایداری در برابر ته‌نشینی و استحکام فیلم به پوشش‌ها افزوده می‌شوند.
- آسیاب‌کردن و کلوخه‌زدایی نانوذرات
- اختلاط نانو‌افزودنی‌ها
- دیسپرسیون‌های رنگی
- دیسپرسیون‌های رنگدانه
- دیسپرسیون‌های مات و براق
- کاهش گرانروی بر اثر برش و اصلاح رئولوژی
- گاززدایی و هواگیری ورنی‌ها
برتری سونیکاتورها در پراکنده‌سازی نانوپرکننده‌ها، اثبات‌شده در پژوهش‌ها
Monteiro et al. (2014) فناوری‌های رایج پراکنده‌سازی – یعنی مخلوط‌کن روتور–استاتور، پروانه Cowles و پراکنده‌ساز فراصوتی پروبی – را از نظر کارایی در پراکنده‌سازی دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2، آناتاز) مقایسه کردند. فراصوت‌دهی کارآمدترین روش برای پراکنده‌سازی نانوذرات در آب با استفاده از پلی‌الکترولیت متداول Na-PAA شناخته شد و عملکرد آن به‌طور چشمگیری از اختلاط با روتور–استاتور یا پروانه Cowles بهتر بود.
جزئیات مطالعه: روش‌های مختلف پراکنده‌سازی مقایسه شدند تا مؤثرترین روش برای ایجاد سوسپانسیون آبی nano-TiO2 با کلوخه‌زدایی مناسب شناسایی شود. نمک سدیم پلی‌اکریلیک اسید (Na-PAA)، که معمولاً در صنعت برای دیسپرسیون‌های آبی TiO2 به کار می‌رود، به‌عنوان عامل پراکنده‌ساز مرجع استفاده شد. شکل 1 توزیع‌های اندازه ذرات بر مبنای حجم (PSD) حاصل از پراکنده‌ساز Cowles (30 min در 2000 rpm)، مخلوط‌کن روتور–استاتور (30 min در 14٬000 rpm) و فراصوت‌دهی پروبی (Hielscher UIP1000hdT، 2 min با دامنه 50%) را نشان می‌دهد. «با استفاده از پراکنده‌ساز Cowles، اندازه ذرات در سه بازه متفاوت قرار داشت: 40–100 nm، 350–1000 nm و 1200–4000 nm. کلوخه‌های بزرگ‌تر آشکارا بر توزیع غالب هستند که نشان‌دهنده ناکارآمدی این روش است. روتور–استاتور نیز، صرف‌نظر از اینکه نانوذرات به‌یک‌باره یا به‌تدریج در طول زمان اختلاط افزوده شده باشند، نتایج رضایت‌بخشی ارائه نداد. تفاوت عمده مشاهده‌شده در نتیجه Cowles به جابه‌جایی قله میانی به سمت اندازه ذرات بزرگ‌تر مربوط است که تا حدی با راست‌ترین قله ادغام می‌شود. از سوی دیگر، استفاده از فراصوت نتیجه بسیار بهتری به همراه داشت: یک قله باریک با مرکز 0٫1 nm و دو قله بسیار کوچک‌تر در بازه‌های 150–280 nm و 380–800 nm.»
توزیع اندازه ذرات در دیسپرسیون‌های آبی nano-TiO2 با شرایط (10mgmL−1, pH = 9) که با روش‌های مختلف پراکنده‌سازی تهیه شده‌اند. فراصوت‌دهی کوچک‌ترین نانوذرات TiO2 و باریک‌ترین منحنی‌های کاهش اندازه ذرات را ایجاد می‌کند. هنگام استفاده از عامل پراکنده‌ساز (Na-PAA)، نسبت آن به nano-TiO2 برابر با 1:1 بود.
(مطالعه و نمودار: © Monteiro et al., 2014)
TiO2 خشک‌شده به روش پاششی، پیش و پس از آسیاب‌کردن فراصوتی
این نتیجه با پژوهش Sato et al. (2008) همخوانی دارد که نتایج بهتر فراصوت‌دهی را در مقایسه با سایر روش‌ها برای پراکنده‌سازی ذرات نانومتری TiO2 در آب گزارش کرده است. امواج ضربه‌ای ایجادشده بر اثر کاویتاسیون آکوستیکی / فراصوتی موجب برخوردهای بسیار شدید بین ذرات و آسیاب‌کردن و کلوخه‌زدایی مؤثر آن‌ها به قطعات یکنواخت در مقیاس نانو می‌شوند.
(رجوع کنید به Monteiro et al., 2014)
TiO2 (آناتاز Degussa) پراکنده‌شده به روش فراصوتی، توزیع اندازه ذرات باریکی را نشان می‌دهد.
هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای تولید ورنی
هنگامی که نانوذرات و نانوپرکننده‌ها در فرایندهای تولید صنعتی، مانند تولید ورنی‌ها و پوشش‌ها، استفاده می‌شوند، پودر خشک باید به‌طور همگن در یک فاز مایع مخلوط شود. پراکنده‌سازی نانوذرات به روش اختلاطی مؤثر و قابل‌اعتماد نیاز دارد که انرژی کافی برای شکستن کلوخه‌ها اعمال کند تا ویژگی‌های ذرات در مقیاس نانو آشکار شوند. سونیکاتورها به‌عنوان پراکنده‌سازهایی قدرتمند و قابل‌اعتماد شناخته می‌شوند؛ ازاین‌رو برای کلوخه‌زدایی و توزیع همگن مواد گوناگون، از جمله سیلیکا، نانولوله‌ها، گرافن، مواد معدنی و بسیاری مواد دیگر در فاز مایعی مانند رزین‌ها، اپوکسی‌ها و مستربچ‌های رنگدانه استفاده می‌شوند. Hielscher Ultrasonics پراکنده‌سازهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای انواع کاربردهای همگن‌سازی و کلوخه‌زدایی طراحی، تولید و عرضه می‌کند.
در تولید نانودیسپرسیون‌ها، کنترل دقیق فراصوت‌دهی و تیمار فراصوتی قابل‌اعتماد سوسپانسیون نانوذرات برای دستیابی به محصولاتی با عملکرد بالا ضروری است. پردازشگرهای Hielscher Ultrasonics کنترل کامل همه پارامترهای مهم فرایند، مانند انرژی ورودی، شدت فراصوت، دامنه، فشار، دما و زمان ماند را در اختیار شما قرار می‌دهند. به‌این‌ترتیب، می‌توانید پارامترها را در شرایط بهینه تنظیم کنید که در نهایت به تولید نانودیسپرسیون‌هایی با کیفیت بالا، مانند دوغاب‌های نانوسیلیکا یا nano-TiO2، می‌انجامد.
برای هر حجم / ظرفیت: Hielscher سونیکاتورها و مجموعه گسترده‌ای از لوازم جانبی را عرضه می‌کند. این تنوع، پیکربندی سامانه فراصوتی ایدئال برای کاربرد و ظرفیت تولید شما را امکان‌پذیر می‌سازد. از ویال‌های کوچک حاوی چند میلی‌لیتر تا جریان‌های پرحجم با هزاران گالن در ساعت، Hielscher راهکار فراصوتی مناسب فرایند شما را ارائه می‌دهد.
گرانروی‌های بالا: سامانه‌های فراصوتی درون‌خطی به‌آسانی فرمولاسیون‌های خمیرمانند، مانند مستربچ‌های رنگدانه، را پردازش می‌کنند؛ در این فرمولاسیون‌ها، رنگدانه با بارگذاری بالای ذرات به‌طور یکنواخت در مخلوطی از نرم‌کننده، مونومر و پلیمر مخلوط می‌شود.
استحکام: سامانه‌های فراصوتی ما مستحکم و قابل‌اعتماد هستند. همه سونیکاتورهای Hielscher برای کارکرد 24/7/365 ساخته شده‌اند و به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند.
سهولت استفاده: نرم‌افزار پیشرفته دستگاه‌های فراصوتی ما امکان انتخاب قبلی و ذخیره تنظیمات فراصوت‌دهی را برای فراصوت‌دهی ساده و قابل‌اعتماد فراهم می‌کند. منوی کاربرپسند از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال به‌آسانی در دسترس است. کنترل از راه دور مبتنی بر مرورگر به شما امکان می‌دهد با هر مرورگر اینترنتی، دستگاه را راهبری و پایش کنید. ثبت خودکار داده‌ها، پارامترهای فرایند هر نوبت فراصوت‌دهی را روی کارت SD تعبیه‌شده ذخیره می‌کند.
بهره‌وری عالی انرژی: در مقایسه با فناوری‌های جایگزین پراکنده‌سازی، سونیکاتورهای Hielscher با بهره‌وری چشمگیر انرژی و نتایج برتر در توزیع اندازه ذرات، عملکرد ممتازی دارند.
کیفیت بالا و استحکام: سونیکاتورهای Hielscher به کیفیت، قابلیت اعتماد و استحکام شناخته می‌شوند. Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهی ISO است و بر سونیکاتورهای با عملکرد بالا که از فناوری روز و سهولت استفاده برخوردارند، تأکید ویژه دارد. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE مطابقت دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
پراکنده‌سازی فراصوتی سیلیکای دودزا در آب. هموژنایزرهای فراصوتی می‌توانند نانودیسپرسیون‌ها را به‌صورت کارآمد و قابل‌اعتماد تولید کنند، برای مثال نانوسیلیکا.
- کارایی بالا
- فناوری روز
- قابلیت اعتماد و استحکام
- ناپیوسته و درون‌خطی
- برای هر حجم – از ویال‌های کوچک تا حجم‌هایی معادل چندین کامیون در ساعت
- اثبات‌شده از نظر علمی
- نرم‌افزار هوشمند
- قابلیت‌های هوشمند (مانند ثبت داده‌ها)
- CIP (شست‌وشو در محل)
- کاربری ساده و ایمن
- نصب آسان، نیاز کم به نگهداری
- مقرون‌به‌صرفه از نظر اقتصادی (نیروی انسانی، زمان پردازش و انرژی کمتر)
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- S. Monteiro, A. Dias, A.M. Mendes, J.P. Mendes, A.C. Serra, N. Rocha, J.F.J. Coelho, F.D. Magalhães (2014): Stabilization of nano-TiO2 aqueous dispersions with poly(ethylene glycol)-b-poly(4-vinyl pyridine) block copolymer and their incorporation in photocatalytic acrylic varnishes. Progress in Organic Coatings, 77, 2014. 1741-1749.
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- K. Sato, J.-G. Li, H. Kamiya, T. Ishigaki (2008): Ultrasonic dispersion of TiO2 nanoparticles in aqueous suspension. Journal of the American Ceramic Society 91, 2008. 2481– 2487.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.