Ultrasound pinnoitusformulaatiossa

Erilaiset komponentit, kuten pigmentit, täyteaineet, kemialliset lisäaineet, silloittajat ja reologian modifioijat, päätyvät pinnoitus- ja maaliformulaatioihin. Ultrasound on tehokas keino tällaisten komponenttien dispersiossa ja emulgoimisessa, deagglomeraatiossa ja jauhatuksessa pinnoitteissa.

Ultrasounda käytetään pinnoitteiden valmistuksessa:

Päällysteet kuuluvat kahteen pääryhmään: vesiohenteisiin ja liuotinpohjaisiin hartseihin ja pinnoitteisiin. Jokaisella on omat haasteensa. Ajo-ohjeet VOC-pelkistys ja korkeat liuotinhinnat stimuloivat kasvua vesiohenteisilla hartsipinnoitteilla. Ultrasonication käyttö voi parantaa tällaisen suorituskykyä ympäristöystävällisiä järjestelmiä.

Ultrasound voi auttaa arkkitehtonisten, teollisten, autoteollisuuden ja puupäällysteiden valmistajia parantamaan päällystysominaisuuksia, kuten värin lujuutta, naarmuuntumista, halkeilua ja UV-resistanssia tai sähkönjohtavuutta. Jotkut näistä pinnoitusominaisuuksista saadaan aikaan nanokokoisten materiaalien sisällyttäminen, esim. metallioksidit (TiO₂, Silika, Ceria, ZnO, …).

Ultraääni auttaa edelleen vaahtoamisenesto (suljetut kuplat) ja kaasunpoisto (liuotettu kaasu) erittäin viskoosista tuotteista.

Koska ultraäänidispersioiden teknologiaa voidaan käyttää laboratorio, penkki-top ja tuotantotaso, mikä mahdollistaa läpimenonopeudet yli 10 tonnia / tunti, sitä käytetään R: ssä&D vaiheessa ja kaupallisessa tuotannossa. Prosessitulokset voidaan skaalata helposti (lineaarisesti).

Hielscherin ultraäänilaitteet ovat hyvin energiatehokas. Laitteet muuntavat n. 80 - 90% sähköisestä syöttövoimasta mekaaniseen aktiivisuuteen nesteessä. Tämä johtaa huomattavasti alhaisempaan käsittelykustannuksiin.

Alla voit lukea ultraäänen käytöstä polymeerien emulgointi vesipohjaisissa järjestelmissä, pigmenttien dispergointi ja hieno jauhaus, ja nanomateriaalien kokojakauma.

Emulsiopolymerointi

Perinteiset pinnoitusformulaatiot käyttävät peruspolymeerikemiaa. muutos vesipohjaiseen pinnoiteknologiaan vaikuttaa raaka-aineiden valintaan, ominaisuuksiin ja formulaatiomenetelmiin.

Tavallisessa emulsiopolymeroinnissa, esim. Vesiohenteisissa päällysteissä hiukkaset rakennetaan keskeltä pinnalle. Kineettiset tekijät vaikuttavat hiukkasen homogeenisuuteen ja morfologiaan.

Ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää kahdella tavalla tuottamaan polymeeriemulsioita.

Ylhäältä alas: Emulgointikoe/hajotus suurempia polymeerihiukkasia pienempien hiukkasten muodostamiseksi koon pienentämiseksi
Alhaalta ylöspäin: Ultraäänen käyttö ennen tai sen aikana hiukkaspolymerointi

Nanopartikulaariset polymeerit miniemulsioissa

Hiukkasten polymerointi miniemulsioissa mahdollistaa dispergoitujen polymeerihiukkasten valmistus hyvä kontrolli hiukkaskoon suhteen. Nanohiukkaspolymeerihiukkasten synteesi miniemulsioissa (“nanoreaktorit”), kuten K. Landfester on menetelmä polymeeristen nanohiukkasten muodostumiselle. Tämä lähestymistapa käyttää suuria määriä pieniä nanopartikkeleita (dispergoiva faasi) emulsiossa nanoreaktoreina. Näissä hiukkaset syntetisoidaan hyvin rinnakkain yksittäiset, suljetut pisarat. Paperissaan (Nanopartikkelien sukupolvi miniemulsioissa) Landfester esittelee polymeroinnin nanoreaktoreissa suurella tarkkuudella hyvin identtisten hiukkasten muodostamiseksi, jotka ovat lähes yhdenmukaisia. kuva yllä osoittaa hiukkasia, jotka on saatu polyaddiktiolla miniemulsioissa.

Pienet pisarat, jotka syntyvät korkea leikkausvoima (ultraääni) ja vakautetaan stabiloivilla aineilla (emulgointiaineilla), voidaan kovettaa myöhemmällä polymeroinnilla tai lämpötilan vähenemisellä matalan lämpötilan sulavien materiaalien tapauksessa. Koska ultrasonication voi tuottaa hyvin pieniä pisaroita lähes yhtenäinen koko erä- ja tuotantoprosessissa, se mahdollistaa hyvän kontrollin lopullisen partikkelikokoon. Nanohiukkasten polymeroimiseksi hydrofiiliset monomeerit voidaan emulgoida orgaaniseen faasiin ja hydrofobisiin monomeereihin vedessä.

Hiukkaskoko pienentää koko hiukkasen pinta-alaa samanaikaisesti. Vasemmanpuoleinen kuva osoittaa korrelaation partikkelikoon ja pinta-alan välillä pallomaisten hiukkasten tapauksessa (Klikkaa suuremmaksi!). Siksi emulsion vakauttamiseen tarvittava pinta-aktiivisen aineen määrä kasvaa lähes lineaarisesti hiukkasten kokonaispinta-alan kanssa. Pinta-aktiivisen aineen tyyppi ja määrä vaikuttavat pisaran kokoon. Pisaroita 30-200nm voidaan saada käyttäen anionisia tai kationisia pinta-aktiivisia aineita.

Pigmentit päällysteissä

Orgaaniset ja epäorgaaniset pigmentit ovat tärkeä osa pinnoitusformulaatioita. Jotta maksimoida pigmenttien suorituskykyä hyvää kontrollia hiukkaskokoon tarvitaan. Kun pigmenttijauhetta lisätään vesiohenteisiin, liuotinpohjaisiin tai epoksijärjestelmiin, yksittäiset pigmenttipartikkelit taipuvat muodostumaan suuria agglomeraatteja. Korkea-leikkausmekanismeja, kuten roottori-staattorisekoittajia tai sekoitusruuvin tehtaita, käytetään tavanomaisesti tällaisten agglomeraattien hajottamiseksi ja yksittäisten pigmenttihiukkasten hiomiseksi. Ultrasonication on erittäin tehokas vaihtoehto tässä vaiheessa pinnoitteiden valmistuksessa.

Sonikoinnin vaikutus helmikiiltopigmentin kokoon

Oikealla oleva kuva (Klikkaa suuremmaksi!) näyttävät sonikaation vaikutuksen helmi-kiilto-pigmentin kokoon. Ultraääni murtaa yksittäiset pigmenttipartikkelit suurella nopeudella osajoukko-törmäyksellä. Merkittävä etu

Ultraääni käsittely yli suurten nopeuksien sekoittimet, media myllyt on johdonmukaisempi käsittely kaikki hiukkasia. Tämä vähentää “Pyrstön”. Kuten kuvassa näkyy, jakaumakäyrät ovat lähes siirtyneet vasemmalle. Yleensä ultraääntä tuottaa erittäin kapea hiukkaskokojakauma (pigmenttimurskauskäyrät). Tämä parantaa pigmenttidispersioiden yleistä laatua, koska suuremmat partikkelit tyypillisesti häiritsevät käsittelykykyä, kiiltoa, resistanssia ja optista ulkonäköä.

Hiukkasen jälkeen jyrsintä ja hionta perustuu osapuolten välinen törmäys tuloksena Ultraääni kavitaatio, ultraäänireaktorit voivat käsitellä melko hyvin korkeat kiinteät pitoisuudet (esim. master-erät) ja tuottavat edelleen hyvät koon pienennysvaikutukset. Alla olevassa taulukossa on kuvia TiO: n kosteasta jyrsinnästä₂ (Napsauta kuvia suuremmasta näkymästä!).

ennen sonication		jälkeen sonication
	Tio₂ kuulamyllystä
	sumukuivattu TiO₂

Kuva oikealle (Klikkaa suuremman näkymän!) näyttää hiukkaskoko jakauma käyrät deagglomeration Degussa anataasi titaanidioksidiultrameimalla. Käyrän kapea muoto sonikoinnin jälkeen on tyypillinen ultraäänikäsittelyn ominaisuus.

Nanoa materiaalit korkean suorituskyvyn pinnoitteisiin

Nanoteknologia on kehittymässä oleva teknologia, joka tekee tiensä monille teollisuudenaloille. Nanomateriaaleja ja nanokomposiitteja käytetään pinnoitteiden muotoiluissa, esimerkiksi kulutus- ja naarmuuntumiskestävyyden tai UV-stabiiliuden parantamiseksi. Suurin haaste pinnoitteiden sovellukselle on läpinäkyvyyden, selkeyden ja kiillon säilyttäminen. Siksi nanohiukkaset ovat hyvin pieniä, jotta vältetään valon näkyvään spektriin kohdistuvat häiriöt. Monissa sovelluksissa tämä on huomattavasti alle 100 nm.

Korkean suorituskyvyn komponenttien märkähionnasta nanometrivalikoimaan tulee ratkaiseva askel nanosuunniteltujen pinnoitteiden muotoilussa. Kaikki hiukkaset, jotka häiritsevät näkyvää valoa, aiheuttavat sameaa ja läpinäkyvyyden heikkenemistä. Siksi tarvitaan hyvin kapeakokoisia jakoja. Ultrasonication on erittäin tehokas keino hieno jyrsintä kiinteistä aineista. Ultraääni kavitaatio nesteissä aiheuttaa suuria nopeuksia osapuolten törmäyksissä. Eri tavanomaisista helmimyllyistä ja pikkukivitehtaista hiukkaset pilkkovat toisiaan, jolloin jyrsintävälineet ovat tarpeettomia.

Yritykset, kuten Panadur (Saksa) käytä Hielscherin ultraäänilaitteita nanomateriaalien hajottamiseen ja purkamiseen muottipinnoitteissa. Napsauta tästä saadaksesi lisätietoja tästä.

Säteilevien nesteiden tai liuottimien sonikointiin vaarallisissa ympäristöissä FM- ja ATEX-sertifioituja osia, kuten UIP1000-Exd Ovat saatavilla.

Kirjallisuus

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Vaikutus jatkuvan faasin viskositeetin emulgointiin ultraäänellä, julkaisussa: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Vaikutus hydrostaattisen paineen ja kaasupitoisuuden jatkuvaan ultraääniemulgointiin, julkaisussa: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001): Nanopartikkeleiden tuottaminen miniemulsioissa; in: Advanced Materials 2001, 13, nro 10, 17. toukokuuta. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Nano-kokoisten dispersioiden ja emulsioiden ultraääni- tuotanto, vuonna: Euroopan nanosysteemitekniikan konferenssi ENS’05.