Hielscher – Technologie Ultrasons

Ultrasons pour la Formulation de Revêtement

Divers composants, tels que les pigments, les charges, les additifs chimiques, les agents de réticulation et les modificateurs de rhéologie entrent dans la composition des revêtements et des peintures. Les ultrasons sont un moyen efficace pour la dispersion et l'émulsification, la désagglomération et le broyage de ces composants dans les revêtements.

Les ultrasons sont utilisés dans la formulation des revêtements pour les noms de domaine en :

Les revêtements se divisent en deux grandes catégories : les résines et les revêtements à base d'eau et à base de solvants. Chaque type a ses propres défis. Itinéraire à suivre pour Réduction des COV et les prix élevés des solvants stimulent la croissance des technologies de revêtement à base d'eau. L'utilisation de l'ultrason peut améliorer les performances de ces appareils. systèmes écologiques.

Les ultrasons peuvent aider les formulateurs de revêtements architecturaux, industriels, automobiles et de bois à améliorer les caractéristiques du revêtement, telles que la résistance à la couleur, aux rayures, aux fissures et aux UV ou la conductivité électrique. Certaines de ces caractéristiques de revêtement sont obtenues par le procédé l'inclusion de nanomatériaux de taille nanométriqueoxydes métalliques (TiO2Silice, Ceria, ZnO, …).

L'échographie aide encore plus dans le processus de la Anti-mousse (bulles piégées) et dégazage (gaz dissous) de produits très visqueux.

Comme la technologie de dispersion ultrasonique peut être utilisée sur laboratoires, installations pilotes et niveau de productionpermettant des débits supérieurs à 10 tonnes/heure, il est appliqué dans la zone R&D et dans la production commerciale. Les résultats du processus peuvent être facilement mis à l'échelle (linéaire).

(Cliquez pour agrandir !) L'efficacité énergétique globale est importante pour l'ultrasonisation des liquides. L'efficacité décrit la quantité d'énergie transmise de la fiche dans le liquide. Nos appareils de sonication ont un rendement global de plus de 80%.Les appareils à ultrasons Hielscher sont très performants. éconergétique. Les appareils convertissent environ 80 à 90% de la puissance électrique d'entrée en activité mécanique dans le liquide. Il en résulte des coûts de traitement nettement inférieurs.

Ci-dessous, vous trouverez des informations sur l'utilisation des ultrasons dans la section émulsification de polymères dans des systèmes aqueuxle dispersion et broyage fin de pigmentset le réduction de la taille des nanomatériaux.

Polymérisation en émulsion

Les formulations de revêtement traditionnelles utilisent la chimie de base des polymères. Le passage à une technologie de revêtement à base d'eau a un impact sur le choix des matières premières, les propriétés et les méthodologies de formulation.

Dans la polymérisation en émulsion conventionnelle, par exemple pour les revêtements à l'eau, les particules sont construites du centre vers la surface. Les facteurs cinétiques influencent l'homogénéité et la morphologie des particules.

Le traitement par ultrasons peut être utilisé de deux façons pour générer des émulsions polymères.

  • De haut en bas: Émulsion/Dispersion de particules de polymère plus grosses pour générer des particules plus petites par réduction de taille
  • De bas en haut: Utilisation des ultrasons avant ou pendant l'échographie polymérisation de particules

Polymères nanoparticulaires dans les mini-émulsions

(Cliquez pour agrandir !) particules obtenues par polyaddition en miniémulsions

La polymérisation des particules en miniémulsions permet la fabrication de particules polymères dispersées avec un bon contrôle de la taille des particules. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by K. L'enfouissement est une méthode pour la formation de nanoparticules polymères. Cette approche utilise le nombre élevé de petits nanocompartiments (phase dispersée) dans une émulsion comme nanoréacteurs. Dans ces derniers, les particules sont synthétisées d'une manière très parallèle dans le système gouttelettes individuelles et confinées. Dans son article (La génération sur les nanoparticules dans les mini-émulsions) Landfester présente la polymérisation dans des nanoréacteurs de haute perfection pour la génération de particules hautement identiques de taille presque uniforme. Le image ci-dessus montre les particules obtenues par polyaddition en miniémulsions.

Petites gouttelettes générées par l'application de cisaillement élevé (ultrasonisation) et stabilisés par des agents stabilisants (émulsifiants), peuvent être durcis par polymérisation ultérieure ou par diminution de température dans le cas des matériaux fondus à basse température. Comme les ultrasons peuvent produire de très petites gouttelettes de taille presque uniforme dans les procédés de production et de traitement par lots, il permet un bon contrôle de la taille finale des particules. Pour la polymérisation des nanoparticules, les monomères hydrophiles peuvent être émulsionnés en une phase organique et les monomères hydrophobes en eau.

En réduisant la taille des particules, la surface totale des particules augmente en même temps. L'image de gauche montre la corrélation entre la taille des particules et la surface spécifique dans le cas de particules sphériques (Cliquez pour agrandir l'image !). Par conséquent, la quantité de surfactant nécessaire pour stabiliser l'émulsion augmente presque linéairement avec la surface totale des particules. Le type et la quantité de surfactant influent sur la taille des gouttelettes. Des gouttelettes de 30 à 200 nm peuvent être obtenues à l'aide d'agents de surface anioniques ou cationiques.

Pigments dans les revêtements

Les pigments organiques et inorganiques sont un composant important des formulations de revêtement. Afin de maximiser l'efficacité de la performance pigmentaire un bon contrôle de la taille des particules est nécessaire. Lors de l'ajout de poudre de pigment à des systèmes à base d'eau, de solvant ou d'époxy, les particules de pigment individuelles ont tendance à se former. grands agglomérats. Des mécanismes à fort cisaillement, tels que les mélangeurs rotor-stator ou les broyeurs à billes d'agitation, sont habituellement utilisés pour briser ces agglomérats et pour broyer les particules de pigment individuelles. L'ultrasonisation dans un environnement extrêmement efficace de rechange pour cette étape de la fabrication des revêtements.

L'image à droite (Cliquez pour agrandir l'image !) montrent l'impact de la sonication sur la taille d'un pigment nacré. Les ultrasons broient les particules de pigment individuelles par collision interparticulaire à grande vitesse. L'avantage prépondérant de la

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely distribution granulométrique étroite (courbes de fraisage des pigments). Cela améliore la qualité globale des dispersions de pigments, car les particules plus grosses interfèrent généralement avec la capacité de traitement, la brillance, la résistance et l'apparence optique.

Puisque la particule Fraisage et le broyage est basé sur collision interparticulaire du fait de Cavitation ultrasoniqueles réacteurs à ultrasons peuvent traiter de façon équitable concentrations élevées de solides (p. ex. mélanges-maîtres) tout en produisant de bons effets de réduction de la taille. Le tableau ci-dessous montre des images du broyage humide de TiO2 (Cliquez sur les photos pour les agrandir !).

d'ici

Sonication
après

Sonication

TiO2 du broyeur à boulets

TiO séché par atomisation2

L'image de droite (Cliquez pour agrandir !) montre les courbes de distribution granulométrique pour la désagglomération du dioxyde de titane anatase Degussa par ultrasonisation. La forme étroite de la courbe après la sonication est une caractéristique typique du traitement par ultrasons.

Matériaux nanométriques dans les revêtements de haute performance

La nanotechnologie est une technologie émergente qui fait son chemin dans de nombreuses industries. Les nanomatériaux et les nanocomposites sont utilisés dans les formulations de revêtement, par exemple pour améliorer la résistance à l'abrasion et aux rayures ou la stabilité aux UV. Le plus grand défi pour l'application dans les revêtements est le maintien de la transparence, de la clarté et de la brillance. Par conséquent, les nanoparticules doivent être très petites pour éviter toute interférence avec le spectre visible de la lumière. Pour de nombreuses applications, cette valeur est nettement inférieure à 100 nm.

Le broyage humide de composants de haute performance à l'échelle nanométrique devient une étape cruciale dans la formulation de revêtements nano-ingéniés. Toute particule qui interfère avec la lumière visible, provoque de la brume et une perte de transparence. Par conséquent, des distributions de taille très étroites sont nécessaires. L'ultrasonisation est un moyen très efficace pour les fraisage fin de solides. Cavitation ultrasonique dans les liquides provoque des collisions interparticulaires à grande vitesse. Contrairement aux broyeurs à billes et aux broyeurs à galets conventionnels, les particules elles-mêmes se broient les unes les autres, ce qui rend les milieux de broyage inutiles.

Les entreprises, comme Panadur (Allemagne) utiliser les appareils à ultrasons Hielscher pour la dispersion et la désagglomération des nanomatériaux dans les revêtements dans le moule. Cliquez ici pour en savoir plus à ce sujet.

Pour la sonication de liquides ou solvants inflammables dans des environnements dangereux FM et certifiés ATEX, tels que les appareils suivants UIP1000-Exd sont disponibles.

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Littérature

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence de la viscosité en phase continue sur l'émulsification par ultrasons, in : Ultrasons Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001) : Influence de la pression hydrostatique et de la teneur en gaz sur l'émulsification ultrasonore continue, in : Ultrasons Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001) : The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions ; in : Matériaux Avancés 2001, 13, No 10, 17 mai. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005) : Production ultrasonique de dispersions et d'émulsions de taille nanométriquepo, po, po Actes de la Conférence européenne sur les nanosystèmes ENS’05.