Lakkojen sekoittaminen nanotäyteaineiden kanssa

Lakkojen valmistus edellyttää tehokkaita sekoituslaitteita, jotka pystyvät käsittelemään nanohiukkasia ja pigmenttejä, jotka on dispergoitava tasaisesti koostumukseen. Ultraäänihomogenisaattorit ovat erittäin tehokas ja luotettava dispergointitekniikka, jolla nanohiukkaset saadaan jakautumaan homogeenisesti polymeereihin.

Lakkojen valmistus tehokkailla ultraäänisekoittimilla

Lakkaa kuvataan kirkkaaksi, läpinäkyväksi ja kovaksi suojaavaksi pinnoitteeksi tai kalvoksi, jonka koostumukseen kuuluu hartseja (esim. akryyli, polyuretaani, alkydi, sellakka), kuivuvaa öljyä, metallipohjaista kuivatusainetta ja haihtuvia liuottimia (esim. teollisuusbensiiniä, lakkabensiiniä tai ohennetta). Lakan kuivuessa sen sisältämä liuotin haihtuu ja jäljelle jäävät aineosat hapettuvat tai polymeroituvat muodostaen kestävän, läpinäkyvän kalvon. Lakkoja käytetään enimmäkseen puupintojen, maalausten ja erilaisten koriste-esineiden suojapinnoitteina, kun taas UV-kovettuvia lakkoja käytetään autojen pinnoitteissa, kosmetiikassa, elintarvikealalla, tieteessä ja muilla aloilla.

Nanopiidioksidin dispergointi lakkaan ultraäänellä

Yleinen esimerkki ultraäänidispergoinnista on kolloidisten piidioksidien lisääminen lakkoihin. Niitä lisätään tavallisesti antamaan lakoille tiksotrooppisia ominaisuuksia.
Esimerkiksi nanopiidioksidilla täytetyn polyeetterimidilakan käyttöikä on jopa kolmekymmentä kertaa tavallista lakkaa pidempi. Nanopiidioksidi parantaa lakan ominaisuuksia, kuten sähkönjohtavuutta, tasavirta- ja vaihtovirtaläpilyöntilujuutta sekä tartuntalujuutta. Ultraäänidispergointilaitteita käytetään siksi laajalti sähköä johtavien pinnoitteiden valmistukseen.
Muut silikaattimineraalit, wollastoniitti, talkki, kiille, kaoliini, maasälpä ja nefeliinisyeniitti, ovat edullisia täyteaineita, joita käytetään laajalti niin kutsuttuina täytepigmentteinä. Niitä lisätään pinnoitteisiin reologian (viskositeetin), sedimentaatiostabiilisuuden ja kalvon lujuuden muuttamiseksi.

Ultraäänilaitteiden tutkimuksin osoitettu paremmuus nanotäyteaineiden dispergoinnissa

Monteiro ym. (2014) vertasivat yleisten dispergointitekniikoiden – roottori-staattorisekoittimen, Cowles-sekoittimen ja anturityyppisen ultraäänidispergointilaitteen – tehokkuutta titaanidioksidin (TiO2, anataasi) dispergoinnissa. Ultraäänikäsittely osoittautui tehokkaimmaksi tavaksi dispergoida nanohiukkasia veteen tavanomaista Na-PAA-polyelektrolyyttiä käyttäen, ja se oli huomattavasti tehokkaampi kuin sekoitus roottori-staattori- tai Cowles-sekoittimella.
Tutkimuksen yksityiskohdat: Eri dispergointitekniikoita verrattiin, jotta voitiin tunnistaa tehokkain tapa valmistaa nano-TiO2:n vesisuspensio, jonka agglomeraatit on hajotettu hyvin. Vertailudispergointiaineena käytettiin polyakryylihapon natriumsuolaa (Na-PAA), jota käytetään teollisuudessa tavanomaisesti TiO2:n vesidispersioihin. Kuvassa 1 esitetään tilavuuspohjaiset hiukkaskokojakaumat (PSD), jotka saatiin Cowles-dispergointilaitteella (30 min nopeudella 2 000 rpm), roottori-staattorisekoittimella (30 min nopeudella 14 000 rpm) ja anturityyppisellä ultraäänikäsittelyllä (Hielscher UIP1000hdT, 2 min 50 %:n amplitudilla). ”Cowles-dispergointilaitetta käytettäessä hiukkaskoot sijoittuivat kolmelle eri alueelle: 40–100 nm, 350–1 000 nm ja 1 200–4 000 nm. Suuremmat agglomeraatit hallitsevat selvästi jakaumaa, mikä osoittaa tämän tekniikan tehottomuuden. Myös roottori-staattorisekoitin tuotti epätyydyttäviä tuloksia riippumatta siitä, lisättiinkö nanohiukkaset kerralla vai vähitellen sekoituksen aikana. Cowles-laitteen tuloksessa havaittu merkittävin ero liittyy keskimmäisen huipun siirtymiseen suurempaan hiukkaskokoon, jolloin se sulautuu osittain oikeanpuoleisimpaan huippuun. Ultraäänen käyttö puolestaan tuotti paljon paremman tuloksen: kapean huipun, jonka keskikohta oli 0,1 nm, sekä kaksi paljon pienempää huippua alueilla 150–280 nm ja 380–800 nm.”

Eri dispergointitekniikoilla valmistettujen nano-TiO2-vesidispersioiden (10mgmL−1, pH = 9) hiukkaskokojakaumat. Ultraäänikäsittely tuottaa pienimmät TiO2-nanohiukkaset ja kapeimmat hiukkaskoon pienentymiskäyrät. Kun dispergointiainetta (Na-PAA) käytettiin, sen suhde nano-TiO2:een oli 1:1.
(tutkimus ja kuva: © Monteiro ym., 2014)

Sumutuskuivattu TiO2 ennen ultraäänijauhatusta ja sen jälkeen

Tämä tulos on yhdenmukainen Sato ym. (2008) tutkimuksen kanssa, jossa raportoitiin ultraäänikäsittelyn tuottavan parempia tuloksia kuin muut tekniikat nanokokoisten TiO2-hiukkasten dispergoinnissa veteen. Akustisen / ultraäänikavitaation synnyttämät iskuaallot aiheuttavat erittäin voimakkaita hiukkasten välisiä törmäyksiä sekä tehokasta hiukkasten jauhautumista ja agglomeraattien hajotusta tasakokoisiksi nanomittakaavan fragmenteiksi.
(vrt. Monteiro ym., 2014)

Tehokkaat ultraäänihomogenisaattorit lakkojen valmistukseen

Kun nanohiukkasia ja nanotäyteaineita käytetään teollisissa valmistusprosesseissa, kuten lakkojen ja pinnoitteiden valmistuksessa, kuiva jauhe on sekoitettava homogeenisesti nestefaasiin. Nanohiukkasten dispergointi edellyttää luotettavaa ja tehokasta sekoitustekniikkaa, joka tuottaa riittävästi energiaa agglomeraattien hajottamiseen, jotta nanomittakaavan hiukkasten ominaisuudet saadaan käyttöön. Ultraäänilaitteet tunnetaan tehokkaina ja luotettavina dispergointilaitteina. Siksi niitä käytetään erilaisten materiaalien, kuten piidioksidin, nanoputkien, grafeenin, mineraalien ja monien muiden materiaalien, agglomeraattien hajottamiseen ja materiaalien homogeeniseen jakamiseen nestefaasiin, kuten hartseihin, epokseihin ja pigmenttien masterbatch-seoksiin. Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja toimittaa tehokkaita ultraäänidispergointilaitteita kaikenlaisiin homogenointi- ja agglomeraattien hajotussovelluksiin.
Nanodispersioiden valmistuksessa ultraäänikäsittelyn tarkka säätö ja nanohiukkassuspension luotettava ultraäänikäsittely ovat välttämättömiä suorituskykyisten tuotteiden saamiseksi. Hielscher Ultrasonicsin prosessorit antavat sinulle täyden hallinnan kaikkiin tärkeisiin prosessiparametreihin, kuten energiansyöttöön, ultraäänen intensiteettiin, amplitudiin, paineeseen, lämpötilaan ja viipymäaikaan. Näin voit säätää parametrit optimoituihin olosuhteisiin, mikä puolestaan johtaa laadukkaisiin nanodispersioihin, kuten nanopiidioksidi- tai nano-TiO2-lietteisiin.

Kaikille tilavuuksille / kapasiteeteille: Hielscher tarjoaa ultraäänilaitteita ja laajan valikoiman lisävarusteita. Näin voidaan määrittää ihanteellinen ultraäänijärjestelmä sovellukseesi ja tuotantokapasiteettiisi. Hielscher tarjoaa prosessiisi sopivan ultraääniratkaisun muutamia millilitroja sisältävistä pienistä näytepulloista suuriin virtauksiin, joiden tilavuusvirta on tuhansia gallonoita tunnissa.
Suuret viskositeetit: Ultraäänellä toimivat jatkuvatoimiset järjestelmät käsittelevät helposti tahnamaisia koostumuksia, esimerkiksi pigmenttien masterbatch-seoksia, joissa pigmentti sekoitetaan suurella hiukkaspitoisuudella tasaisesti pehmittimen, monomeerin ja polymeerin seokseen.
Kestävyys: Ultraäänijärjestelmämme ovat kestäviä ja luotettavia. Kaikki Hielscher-ultraäänilaitteet on suunniteltu 24/7/365-käyttöön, ja ne vaativat erittäin vähän huoltoa.
Käyttäjäystävällisyys: Ultraäänilaitteidemme kehittynyt ohjelmisto mahdollistaa ultraäänikäsittelyn asetusten esivalinnan ja tallentamisen helppoa ja luotettavaa ultraäänikäsittelyä varten. Intuitiivista valikkoa on helppo käyttää digitaaliselta värikosketusnäytöltä. Selaimen kautta toimiva etäohjaus mahdollistaa käytön ja valvonnan millä tahansa internetselaimella. Automaattinen tietojen tallennus tallentaa jokaisen ultraäänikäsittelyajon prosessiparametrit sisäänrakennetulle SD-kortille.
Erinomainen energiatehokkuus: Vaihtoehtoisiin dispergointitekniikoihin verrattuna Hielscher-ultraäänilaitteet erottuvat erinomaisella energiatehokkuudellaan ja ylivoimaisilla hiukkaskokojakaumaa koskevilla tuloksillaan.
Korkea laatu ja kestävyys: Hielscher-ultraäänilaitteet tunnetaan laadustaan, luotettavuudestaan ja kestävyydestään. Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka panostaa erityisesti tehokkaisiin ultraäänilaitteisiin, joissa yhdistyvät uusinta tekniikkaa edustavat ratkaisut ja käyttäjäystävällisyys. Hielscher-ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: