Fabrication de colorants à l'aide de disperseurs haute performance
La production de colorants et de suspensions de pigments nécessite une dispersion et un mélange fiables. Les homogénéisateurs à ultrasons sont très efficaces pour la production de mélanges-maîtres liquides ou pâteux et de suspensions de colorants. Disponibles à toute échelle de production industrielle, les disperseurs à ultrasons améliorent considérablement la production de colorants et de pigments en offrant d'excellents résultats de broyage et de dispersion, des économies d'énergie ainsi qu'un passage aisé d'une formulation à l'autre.
Disperser les colorants à l'aide d'ultrasons de puissance
L'ultrasonication à sonde est une technique qui utilise des ondes ultrasonores de haute intensité et de basse fréquence pour moudre, broyer par voie humide, désagglomérer et disperser des particules dans un milieu liquide. Le mélange, le broyage et la dispersion par ultrasons utilisent le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique. La cavitation ultrasonique/acoustique se caractérise par des microturbulences, des forces de cisaillement très élevées et des différentiels de pression et de température localement élevés. Applicables aux processus de production par lots et en flux continu, les ultrasons sont utilisés dans la production en ligne à grande échelle ainsi que dans la recherche et le développement et le contrôle de la qualité.
Système industriel à ultrasons pour la dispersion et le broyage de colorants et de pigments.
Avantages de la dispersion des colorants par ultrasons
Dans le contexte de la fabrication industrielle de colorants à base de pigments, les ultrasons de type sonde offrent plusieurs avantages et peuvent surpasser en efficacité les broyeurs et disperseurs traditionnels :
- Dispersion améliorée : Les ultrasons peuvent briser efficacement les agglomérats de pigments et favoriser une meilleure dispersion, ce qui permet d'améliorer l'intensité de la couleur et l'uniformité.
- Taille réduite des particules : L'énergie de cavitation générée par les ultrasons peut réduire la taille des particules de pigments, ce qui permet d'obtenir un colorant plus fin et plus homogène. Les forces de cisaillement extrêmement élevées générées par les ultrasons de puissance créent des jets de liquide qui accélèrent les particules dans le liquide. Lorsque les particules entrent en collision les unes avec les autres, elles se brisent en minuscules morceaux. Lors de ces collisions interparticulaires, la surface des particules s'érode et se lisse également. La sonication est une technique très efficace pour la production de nanoparticules et de suspensions colloïdales de taille nanométrique. Des particules de plus petite taille peuvent présenter des avantages tels qu'une plus grande saturation des couleurs et une meilleure stabilité.
- Éviter les agents de broyage : Les médias de broyage tels que les billes et les perles utilisés dans les broyeurs traditionnels peuvent contaminer le produit en raison de l'érosion, laissant des débris indésirables dans la dispersion du pigment. Par conséquent, l'élimination et le nettoyage de ces billes, qui nécessitent une main-d'œuvre importante, sont évités. L'homogénéisation par ultrasons fonctionne sans support de broyage et utilise les particules solides du produit pigmentaire comme support de broyage. Les forces de cisaillement par cavitation accélèrent les particules dans le liquide à une vitesse extrêmement élevée. Par conséquent, les particules entrent en collision les unes avec les autres et se brisent.
- Efficacité temporelle et énergétique : L'ultrasonication par sonde est un processus relativement rapide qui permet d'obtenir une dispersion efficace en un temps nettement plus court que les méthodes traditionnelles. Cette efficacité peut conduire à des économies de temps et d'énergie et à une augmentation de la productivité dans la fabrication industrielle.
- Contrôle des processus : L'équipement ultrasonique permet un contrôle précis des paramètres de traitement importants tels que l'apport d'énergie, l'intensité, la température, la pression et la durée. Cela permet aux fabricants d'ajuster les conditions de traitement en ce qui concerne les pigments et d'optimiser le processus de broyage humide et de dispersion et d'adapter les propriétés des colorants à des exigences spécifiques.
Broyage et dispersion par ultrasons de pigments de lustre perlé. Le graphique rouge montre la distribution de la taille des particules avant la sonication, la courbe verte est pendant la sonication, la courbe bleue montre les pigments finaux après la dispersion par ultrasons.
Production de mélanges-maîtres à l'aide d'homogénéisateurs à ultrasons
Les mélanges maîtres sont des concentrés de colorants et/ou d'additifs dans une matrice visqueuse dont la teneur en colorants et/ou en additifs est supérieure à celle de l'application finale. Il existe différentes formes de livraison (granulés, liquides, etc.). – pâte, poudre). Les homogénéisateurs à ultrasons sont très efficaces pour la dispersion uniforme des pigments dans les mélanges-maîtres liquides et pâteux. Les particules de pigments peuvent être dispersées et broyées en utilisant les forces de cavitation intenses et l'agitation des ultrasons de puissance pour réduire la taille des particules à des dimensions inférieures au micron et au nanomètre.
- mélanges maîtres et formulations de produits finis
- pigments minéraux organiques et inorganiques
- production par lots et en ligne
- haute et basse viscosité
- toute échelle de volume
SonoStation : Système de dispersion mobile clé en main composé de disperseurs à ultrasons, d'une pompe, d'un agitateur et d'un réservoir
Système de dispersion composé de deux ultrasons de 1 kW pour la fabrication de colorants en flux continu
Disperseurs ultrasoniques haute performance pour la fabrication de colorants
Les processeurs industriels à ultrasons de Hielscher Ultrasonics sont des disperseurs de pointe et offrent la solution parfaite pour les mélanges maîtres de pigments !
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- lot & en ligne
- pour tout volume
- logiciel intelligent
- fonctions intelligentes (par exemple, programmable, protocole de données, contrôle à distance)
- facile et sûr à utiliser
- peu d'entretien
- CIP (clean-in-place)
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 00,5 à 1,5 ml | n.d. | VialTweeter | 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.
Littérature? Références
- Nina Hauptman; Marta Klanjšek Gunde; Matjaž Kunaver; Marija Bešter-Rogač (2011): Influence of dispersing additives on the conductivity of carbon black pigment dispersion. J Coat Technol Res 8, 2011. 553–561.
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Shaik, S., Sonawane, S.H., Barkade, S.S., Bhanvase, B. (2016): Synthesis of Inorganic, Polymer, and Hybrid Nanoparticles Using Ultrasound. In: Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Springer, Singapore.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
Qu'il faut savoir
On distingue les colorants à base de minéraux et les colorants à base de pigments organiques. Les deux types de colorants sont largement utilisés dans de nombreuses applications, chacun ayant ses propres avantages et considérations. Le choix entre ces deux types de colorants dépend de facteurs tels que la gamme de couleurs souhaitée, les exigences de stabilité, les besoins spécifiques à l'application et les considérations réglementaires.
Pigments organiques
Les colorants à base de pigments organiques sont dérivés de composés à base de carbone, tels que des extraits de plantes ou des sources synthétiques. Ils offrent une large gamme de couleurs et de nuances et sont couramment utilisés dans diverses industries, notamment les cosmétiques, les textiles et l'imprimerie. Les pigments organiques peuvent offrir une résistance et une luminosité des couleurs excellentes, mais ils peuvent être plus enclins à se décolorer au fil du temps, en particulier lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil ou à d'autres facteurs environnementaux.
Couleurs à base de minéraux
Les pigments de couleur inorganiques synthétisés artificiellement sont également regroupés sous le terme collectif de “couleurs minérales”. Ces pigments sont des oxydes ou des sels de plomb, de zinc, de titane, de baryum, de chrome, de fer, d'aluminium, de mercure, de cadmium, de cuivre, de manganèse et de cobalt. Ils comprennent les couleurs blanches que sont le blanc de plomb (carbonate de plomb) et le blanc de zinc (oxyde de zinc). Le blanc de titane (dioxyde de titane), le lithopone (sulfure de zinc) et le blanc fixe (sulfate de baryum).
Les pigments colorés et noirs comprennent le plomb rouge (oxyde de plomb), le jaune de Naples (antimoniate de plomb), le jaune de chrome (chromate de plomb), l'orange de chrome, le vert de chrome (oxyde de chrome), le jaune de zinc (chromate de zinc), le vert-de-gris (acétate de cuivre), le vert permanent, le rouge d'oxyde de fer, le rouge anglais et également le smalt.
Ces pigments sont très stables et résistants à la décoloration.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.