Technologie des ultrasons Hielscher

Ultrasons pour la Formulation de Revêtement

Divers composants, tels que des pigments, des charges, des additifs chimiques, des agents de réticulation et des modificateurs de rhéologie entrent dans des formulations de revêtement et de peinture. L'échographie est un moyen efficace pour la dispersion et l'émulsification, la désagglomération et le broyage de tels composants dans des revêtements.

L'échographie est utilisée dans la formulation de revêtements pour:

Les revêtements se répartissent en deux grandes catégories: l'eau d'origine et les résines à base de solvant et des revêtements. Chaque type a ses propres défis. Indications appelant réduction des COV et le prix élevé des solvants stimulent la croissance des technologies de revêtement de résine à base d'eau. L'utilisation de ultrasonication peut améliorer les performances de ces systèmes respectueux de l'environnement.

Enhanced Coating Formulation

Les ultrasons peuvent aider les formulateurs de revêtements architecturaux, industriels, de l'automobile et du bois pour améliorer les caractéristiques de revêtement, telles que la résistance de la couleur, de zéro, se fissurer et la résistance aux UV ou la conductivité électrique. sont atteints Certaines de ces caractéristiques de revêtement par le l'inclusion de matériaux nanométriques, par exemple. oxydes métalliques (TiO2, Silice, oxyde de cérium, ZnO, …).

L'échographie fait plus d'aide dans le démoussage (Bulles piégées) et dégazage (Gaz dissous) des produits très visqueux.

Comme la technologie de dispersion à ultrasons peut être utilisé sur laboratoires, installations pilotes et niveau de production, Ce qui permet des débits de plus de 10 tonnes / heure elle est appliquée dans la R&étape D et dans la production commerciale. les résultats de processus peuvent être étendus facilement (linéaire).

L'efficacité énergétique globale est importante pour l'ultrasonisation des liquidesappareils à ultrasons Hielscher sont très a faible consommation. Les appareils convertissent environ. 80 à 90% de la puissance électrique d'entrée en activité mécanique dans le liquide. Cela entraîne des coûts de traitement beaucoup plus bas.

Ci-dessous, vous pouvez lire sur l'utilisation des ultrasons dans le émulsification des polymères dans des systèmes aqueux, la dispersion et broyage fin de pigments, et le réduction de la taille des nanomatériaux.

emulsion Polymerization

Les formulations de revêtement traditionnels utilisent la chimie des polymères de base. le changer de technologie de revêtement à base d'eau a un impact sur le choix des matières premières, des propriétés et des méthodes de formulation.

Dans la polymérisation en emulsion classique, par exemple pour des revêtements d'origine hydrique, les particules sont construits à partir du centre de leur surface. Les facteurs influencent l'homogénéité cinétique et la morphologie des particules.

traitement par ultrasons peut être utilisé de deux manières de générer des émulsions polymères.

  • De haut en bas: Émulsion/Dispersion de plus grosses particules de polymère pour produire des particules plus petites par réduction de taille
  • De bas en haut: L'utilisation d'ultrasons, avant ou pendant la polymérisation des particules

Les polymères nanoparticulaires dans miniemulsions

Particules obtenues par polyaddition en miniémulsion

La polymérisation des particules en miniémulsions permet la fabrication de particules de polymère dispersées avec un bon contrôle de la taille des particules. La synthèse de particules polymères nanoparticulaires dans des miniémulsions (“nanoréacteurs”), tel que présenté par K. L'enfouissement est Procédé pour la formation de nanoparticules polymères. Cette approche utilise le nombre élevé de petites nanocompartments (phase dispersée) dans une émulsion nanoréacteurs. Dans ceux-ci, les particules sont synthétisées d'une manière hautement parallèle à la gouttelettes individuelles, confinés. Dans son article (La nouvelle génération sur Nanoparticules dans miniemulsions) Landfester présente la polymérisation en nanoréacteurs dans la perfection élevée pour la génération de particules très identiques de taille pratiquement uniforme. le image ci-dessus montre des particules obtenues par polyaddition en mini-émulsions.

Les petites gouttelettes générées par l'application de cisaillement élevé (Ultrasonication) et stabilisé par des agents de stabilisation (émulsifiants), peuvent être durcies par polymérisation ultérieure ou par diminution de la température dans le cas de matériaux à point de fusion à basse température. Comme ultrasonication peut produire de très petites gouttelettes de taille presque uniforme dans le lot et le processus de production, il permet un bon contrôle de la granulométrie finale. Pour la polymérisation des nanoparticules, des monomères hydrophiles peuvent être émulsionnés dans une phase organique, et de monomères hydrophobes dans l'eau.

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

Pigments dans les revêtements

Les pigments organiques et inorganiques sont un élément important des formulations de revêtement. Afin de maximiser la la performance du pigment un bon contrôle de la taille des particules est nécessaire. Lors de l'ajout de la poudre de pigment pour des systèmes hydriques, de solvants ou époxy, les particules de pigment individuelles ont tendance à former gros agglomérats. des mécanismes à cisaillement élevé, tels que des mélangeurs à rotor-stator ou des broyeurs agitateurs à billes sont utilisés classiquement pour briser les agglomérats et à broyer les particules de pigment individuelles. Ultrasons dans un très efficace de rechange pour cette étape dans la fabrication de revêtements.

L'image à droite (Cliquez pour agrandir!) Montrent l'impact de sonication sur la taille d'un pigment nacré. L'échographie broie les particules de pigment individuelles par collision à grande vitesse inter-particules. L'avantage important de

Le traitement par ultrasons sur des mélangeurs à grande vitesse, les broyeurs de médias est le traitement le plus cohérent de toutes les particules. Cela réduit le problème de “filature”. Comme on peut le voir sur la photo, les courbes de distribution sont presque décalées vers la gauche. En général, les ultrasons produisent des étroite distribution de tailles de particules (courbes de broyage de pigment). Cela permet d'améliorer la qualité globale des dispersions de pigments, comme des particules plus grandes interfèrent généralement avec une capacité de traitement, la brillance, la résistance et l'aspect optique.

Depuis la particule fraisage et le broyage est basé sur collision entre particules en conséquence de cavitation à ultrasons, Les réacteurs à ultrasons peuvent gérer assez des concentrations élevées de solides (par exemple des mélanges maîtres) et produisent encore de bons effets de réduction de la taille. Le tableau ci-dessous montre des images de la mouture humide de TiO2 (Cliquez sur les images pour agrandir!).

avant
Sonication
après
Sonication
TiO2 provenant d'un broyeur à boulets avant la sonication TiO2 du broyeur à boulets TiO2 séché par pulvérisation après sonication
TiO2 provenant d'un broyeur à boulets avant la sonication pulvériser TiO séché2 TiO2 séché par pulvérisation après sonication

courbes de distribution de la taille des particules pour la désagglomération du dioxyde de titane Degussa anatase par ultrasonsL'image de droite (Cliquez pour agrandir !) montre les courbes de distribution de la taille des particules pour la désagglomération du dioxyde de titane Degussa anatase par ultrasons. 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 revêtements, 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 la conservation de la transparence, de la clarté et de la brillance. Les nanoparticules doivent donc être très petites pour éviter toute interférence avec le spectre visible de la lumière. Pour de nombreuses applications, ce chiffre est nettement inférieur à 100 nm.

Le broyage humide de composants à haute performance à l'échelle du nanomètre devient une étape cruciale dans la formulation des revêtements issus de la nanotechnologie. Toutes les particules qui interfèrent avec la lumière visible, provoquent un brouillard et une perte de transparence. C'est pourquoi des distributions de taille très étroites sont nécessaires. L'échographie est un moyen très efficace pour la broyage fin des solides. cavitation à ultrasons dans des liquides provoque une grande vitesse collisions entre les particules. Différent des broyeurs à billes classiques et les usines de galets, les particules elles-mêmes sont broyant les uns des autres, ce qui rend inutile milieu de broyage.

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

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

Pour plus d'informations sur cette application!

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Littérature

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

Behrend, O., Schubert, H. (2001) : Influence de la pression hydrostatique et la teneur en gaz à l'émulsification par ultrasons en continu, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001) : La nouvelle génération de Nanoparticules dans miniemulsions; dans: Matériaux avancés 2001, 13, n ° 10, May17th. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005) : La production par ultrasons de Dispersions et Emulsions Nano-Taille, Dans: Actes de nanosystèmes européens Conférence de l'ENS’05