Homogénéisateurs de peinture haute performance
Les mélangeurs à ultrasons sont un outil fiable pour homogénéiser, disperser et émulsifier les formulations de peintures et de pigments liquides. Les homogénéisateurs à ultrasons produisent non seulement des émulsions et des dispersions de peinture très stables et uniformes, mais ils sont également utilisés pour broyer les pigments, les nanomatériaux et les particules primaires. En raison des excellents résultats de dispersion et de broyage, les homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés par l'industrie de la peinture comme l'une des techniques de mélange de pâtes de peinture et de pigment les plus sophistiquées qui soient.
Homogénéisation, dispersion et émulsion des peintures
L'homogénéisation est appliquée pour réduire la taille des particules de solides ou de gouttelettes afin de faciliter la production d'émulsions et de dispersions stables et de haute qualité. Dans la formulation des peintures, des revêtements et des vernis, une taille de particule uniforme est cruciale pour obtenir des résultats homogènes en termes de coloration, de comportement à l'application et de fonctionnalité de la formulation de la peinture ou du revêtement.
Homogénéisateurs de peinture à ultrasons pour les formulations de dispersion et d'émulsion
Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement sont idéaux pour les applications d'homogénéisation, d'émulsification et de solubilisation, où la taille des particules ou des gouttelettes et leur distribution uniforme sont essentielles pour la performance et la qualité de la peinture.
L'homogénéisation par ultrasons est la technologie de prédilection, car la cavitation acoustique intense des ultrasons de forte puissance est capable de briser les molécules de manière fiable jusqu'à une distribution uniforme de particules de l'ordre du micron et du nanomètre. L'homogénéisation par ultrasons est la technique la plus sophistiquée pour produire des particules de taille nanométrique et micronique. La taille des particules (pigments, huiles, cires, additifs, etc.) peut être ajustée individuellement en appliquant la bonne intensité d'ultrasons.
En outre, la dispersion par ultrasons peut entraîner une modification de la surface des pigments, ce qui augmente considérablement la stabilité de la dispersion.
Processeur industriel à ultrasons UIP16000 (16kW) pour la production de peintures et de nanocharges
- peintures à base d'eau
- peintures à base de solvants
- peintures à l'émulsion
- peintures en dispersion
- dispersions de latex
- émulsions de cire
- des charges pigmentaires élevées
- peintures émulsion brillantes
- suspoémulsions (mélange de suspension et d'émulsion)
- revêtements de haute performance
- vernis
- formulations de polymères
- émaux
- additifs à base de nanoparticules
- particules abrasives
- polymérisation en mini-émulsion
Dispersion ultrasonique de nanocharges
Des charges de taille nanométrique sont incorporées dans des revêtements tels que des polymères ou des résines. Ces nanocharges peuvent considérablement améliorer les propriétés mécaniques, par exemple la résistance aux UV, la résistance aux rayures, la rigidité et la ténacité/la résistance à la traction de certains matériaux. La principale différence entre les charges conventionnelles de taille micrométrique et les charges de taille nanométrique est le rapport de surface spécifique élevé et, par conséquent, les caractéristiques complètement modifiées des nanocharges. Les nanomatériaux (par exemple, les charges à l'échelle nanométrique) doivent être dispersés uniformément dans une formulation de peinture ou de revêtement, afin que toute la surface puisse interagir avec la matrice qui l'entoure. Ce n'est que lorsqu'elles sont dispersées sous forme de nanoparticules uniques que les nanocharges peuvent exprimer leurs extraordinaires propriétés matérielles. Les homogénéisateurs et les disperseurs à ultrasons constituent la meilleure technologie de mélange pour démêler, désagglomérer et disperser uniformément les nanoparticules telles que les nanocharges dans une matrice (par exemple, des polymères, des époxydes ou des résines). Comme les forces de cisaillement ultrasoniques rompent les liaisons interparticulaires, chaque particule est dispersée individuellement dans la matrice, ce qui lui confère toutes ses propriétés. La dispersion et l'homogénéisation par ultrasons constituent donc la méthode la plus fiable pour la production de revêtements de haute performance.
La technique de dispersion par ultrasons présente de nombreux avantages par rapport aux technologies de broyage traditionnelles telles que les broyeurs à trois cylindres, les broyeurs à billes ou les broyeurs mécaniques.
Dispersion ultrasonique d'une émulsion de latex
Bien que les peintures au latex ne soient pas les plus compliquées à préparer, elles doivent néanmoins être préparées avec soin et tous les composants d'une formulation au latex doivent être ajoutés dans un ordre déterminé. La première étape de la préparation consiste à préparer une suspension de peinture de base. Les pigments sont donc dispersés dans l'eau avec des agents mouillants, des agents antimousse et d'autres additifs nécessaires à la recette spécifique de la formulation. Les pigments de dioxyde de titane (TiO2) sont généralement dispersés en premier, puis les pigments d'extension sont ajoutés. Pour la plupart des formules, l'ordre et la quantité d'ajout de ces composés est un facteur essentiel qui influe sur la qualité. La plupart du temps, des mélangeurs rotatifs ou à pales à grande vitesse, qui constituent la méthode la plus conventionnelle d'émulsification du latex, sont utilisés pour mouiller et disperser les particules. Avec les mélangeurs à lame ou rotatifs, le mélange d'une formule de base cohérente prend beaucoup de temps. Ensuite, l'émulsion de latex est ajoutée au mélange et incorporée à l'aide d'un niveau d'énergie de mélange nettement inférieur. Les émulsions de latex ont tendance à coalescer ou à se briser et nécessitent des conditions d'homogénéisation douces. Des épaississants déjà prédispersés sont ensuite ajoutés pour ajuster la viscosité de l'émulsion de peinture au latex finale à la consistance souhaitée.
Le disperseur à ultrasons permet de préparer facilement et de manière fiable des émulsions de latex. Comme l'énergie de sonication et donc l'intensité de la dispersion peuvent être adaptées à l'émulsion et à l'homogénéisation des différentes étapes de préparation, la décomposition des ingrédients ou la rupture de l'émulsion de latex peuvent être évitées de manière fiable. La dispersion par ultrasons est une technique éprouvée pour le mouillage complet des poudres. L'ordre d'ajout des matériaux, etc. peut être modifié en fonction des exigences de la formulation. L'apport d'énergie ultrasonique idéalement ajusté permet l'expression complète de la coloration des pigments et aboutit à une émulsion de peinture au latex de haute qualité.
Comme le disperseur ultrasonique avec cellule d'écoulement est un système fermé, il n'y a pas d'aération ou de moussage indésirables. Le disperseur à ultrasons présente l'avantage d'être robuste et fiable, facile et sûr à utiliser, d'avoir des cycles de lot plus courts et des procédures de formulation plus simples. Même avec un ultrasoniseur de table en configuration à flux continu, des capacités de production substantielles peuvent être traitées de manière efficace et rentable.
Avant et après la sonication : La courbe verte montre la taille des particules avant la sonication, la courbe rouge est la distribution de la taille des particules de silice dispersée par ultrasons.
Dispersion ultrasonique d'émulsions de cire
Les émulsions et dispersions de cire sont des additifs formulés à partir de particules de cire fines et stabilisées, réparties de manière homogène dans l'eau. Lorsque la cire est dispersée sous forme de nano-gouttelettes avec une distribution très homogène, on obtient une émulsion de cire stable. Les homogénéisateurs à ultrasons génèrent des forces de cisaillement intenses et constituent des systèmes de dispersion fiables et robustes pour produire des nano-émulsions de cire stables.
En savoir plus sur l'émulsification de la cire par ultrasons !
Disperseur ultrasonique avec cellule d'écoulement en verre pour visualiser l'homogénéisation de la peinture rouge
Pigments noirs sous UV : Avant et après ultrasonication
Homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement pour les formulations de peinture
Les homogénéisateurs, disperseurs, émulsifiants et broyeurs Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans la production industrielle de peintures et de revêtements de haute performance. Grâce à l'énergie intense des fréquences ultrasoniques, les homogénéisateurs ultrasoniques créent des forces de cisaillement, des turbulences et des forces destructrices très élevées. Ces forces ultrasoniques extraordinairement intenses couplent l'impact nécessaire sur les boues solides-liquides pour disperser et broyer les particules à la taille et à la fonctionnalité souhaitées.
Fraisage par ultrasons de charges solides élevées
Les systèmes à ultrasons en ligne peuvent facilement traiter des concentrations solides très élevées. Tant que la charge en particules de la suspension est pompable et peut être introduite dans la cellule d'écoulement à ultrasons, les homonéiseurs industriels à ultrasons de Hielscher peuvent traiter de manière fiable n'importe quel type de suspension très visqueuse et pâteuse. Le broyage humide par ultrasons est couramment utilisé pour préparer des lots de pigments de taille micronique ou nanométrique. La capacité de traiter des charges solides aussi élevées, même de particules abrasives, fait des homogénéisateurs à cisaillement élevé par ultrasons la technologie de broyage la plus efficace pour les pigments et les nanoparticules.
Agitateurs de cuves à ultrasons et réacteurs à écoulement continu
Les formulations de peinture peuvent être mélangées dans des cuves ouvertes ou des lots, dans lesquels une ou plusieurs sondes ultrasoniques sont insérées. Le mélange en conteneur ouvert à l'aide d'une installation telle que la SonoStation Hielscher (voir photo de gauche) est idéal pour disperser des volumes moyens de formulations peu ou moyennement visqueuses. Pour les gros volumes, les applications intenses de broyage et de cassage de particules primaires, ainsi que pour les boues et les pâtes très visqueuses, un réacteur à ultrasons pressurisable est l'installation de choix.
Un récipient ouvert tel qu'une cuve ne peut pas être pressurisé et n'est pas non plus idéal pour le traitement uniforme de volumes importants et/ou très visqueux. Un réacteur ultrasonique à circulation peut être pressurisé jusqu'à plusieurs bar. L'application d'une pression pendant la sonication intensifie la cavitation acoustique et donc les forces de cisaillement et les effets de dispersion, de broyage et d'homogénéisation des ultrasons. En même temps, toutes les peintures ou tous les pigments sont introduits uniformément dans le réacteur : ils ont le même temps de séjour et sont traités exactement dans les mêmes conditions ultrasoniques, ce qui permet d'obtenir une dispersion / un broyage très homogène. Le traitement très uniforme sous des forces ultrasoniques intenses permet d'obtenir des produits de peinture de qualité supérieure.
Hielscher Ultrasonics propose une gamme complète de processeurs à ultrasons de haute performance avec des cuves et des réacteurs qui vous fournissent l'équipement de dispersion par ultrasons idéal pour votre production de peinture.
Disperseurs ultrasoniques pour chaque capacité de produit
La gamme de produits Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, depuis les ultrasons de laboratoire compacts jusqu'aux processeurs à ultrasons industriels capables de traiter des camions à l'heure, en passant par les systèmes de paillasse et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer le disperseur à ultrasons le mieux adapté à vos formulations de peinture, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.
Les systèmes ultrasoniques de paillasse sont idéaux pour les essais de faisabilité et l'optimisation des procédés. La mise à l'échelle linéaire basée sur les paramètres de processus établis permet d'augmenter très facilement les capacités de traitement des petits lots jusqu'à la production commerciale complète. La mise à l'échelle peut se faire en installant un disperseur à ultrasons plus puissant ou en regroupant plusieurs ultrasons en parallèle. Avec l'UIP16000, Hielscher propose le disperseur à ultrasons le plus puissant au monde.
Amplitudes contrôlables avec précision pour des résultats optimaux
Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont contrôlables avec précision et constituent donc des outils de travail fiables pour la production. L'amplitude est l'un des paramètres cruciaux du processus qui influence l'efficacité de la dispersion et du broyage humide par ultrasons des pâtes pigmentaires, des peintures et des polymères.
Tous les produits Hielscher Ultrasonics’ permettent un réglage précis de l'amplitude. Les sonotrodes et les cornes d'amplification sont des accessoires qui permettent de modifier l'amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher peuvent délivrer des amplitudes très élevées et fournir l'intensité ultrasonique requise pour des applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Les amplitudes élevées sont essentielles lorsqu'il s'agit d'applications ultrasonores de haute puissance telles que les nano-dispersions, la synthèse de nanoparticules, le broyage de particules primaires et les mini-émulsions.
Des réglages précis de l'amplitude et la surveillance permanente des paramètres du processus ultrasonique via un logiciel intelligent vous permettent de traiter vos pigments et vos boues en poudre dans les conditions ultrasoniques les plus efficaces. Une sonication optimale pour de meilleurs résultats de dispersion !
Des tests faciles et sans risque
Les procédés ultrasoniques peuvent être mis à l'échelle de manière totalement linéaire. Cela signifie que chaque résultat obtenu à l'aide d'un appareil à ultrasons de laboratoire ou de paillasse peut être mis à l'échelle pour obtenir exactement le même résultat en utilisant exactement les mêmes paramètres de processus. L'ultrasonication est donc idéale pour les essais de faisabilité sans risque, l'optimisation des processus et la mise en œuvre ultérieure dans la fabrication commerciale. Contactez-nous pour savoir comment la sonication peut améliorer votre production de peintures et de pigments.
La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne
En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés minutieusement dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font des outils de travail pour votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des disperseurs haute performance de Hielscher. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond à vos exigences en matière de traitement des peintures.
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 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 |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- N.P. Badgujar , Y.E. Bhoge , T.D. Deshpande , B.A. Bhanvase , P.R. Gogate , S.H. Sonawane , R.D. Kulkarni (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Siti Hajar Othman, Suraya Abdul Rashid, Tinia Idaty Mohd Ghazi, Norhafizah Abdullah (2012): Dispersion and Stabilization of Photocatalytic TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension for Coatings Applications. Journal of Nanomaterials, Volume 2012.
- Kimitoshi Sato; Ji‐Guang Li; Hidehiro Kamiya; Takamasa Ishigaki (2008): Ultrasonic Dispersion of TiO2 Nanoparticles in Aqueous Suspension. Jouranl of American Cermaic Society Vol. 91, Issue 8, 2008.
- Karl A. Kusters; Sotiris E. Pratsinis; Steven G. Thoma; Douglas M. Smith (1994): Energy—Size Reduction Laws for Ultrasonic Fragmentation. September 1994, Powder Technology 80 (3), 1994. 253–263.
- Stoffer J.O.; Fahim M. (1991): Ultrasonic dispersion of pigment in water based paints. Journal of Coatings Technology, 63, (797), 61.
Qu'il faut savoir
Quelle est la différence entre les dispersions et les émulsions ?
Définition de la dispersion :
A dispersion est un système dans lequel des particules réparties d'un matériau sont dispersées dans une phase continue d'un autre matériau. Les deux phases peuvent être dans le même état de la matière ou dans des états différents.
On distingue différents types de dispersions. Les facteurs distinctifs sont, par exemple, le rapport entre la taille des particules dispersées et celle des particules de la phase continue, l'existence ou non d'une précipitation et la présence d'un mouvement brownien. En général, les dispersions de particules suffisamment grosses pour sédimenter sont appelées suspensions, tandis que celles de particules plus petites sont appelées colloïdes et solutions. L'émulsion est un sous-type spécifique de dispersion, dans lequel deux liquides non miscibles (deux phases du même état) sont dispersés l'un dans l'autre.
Définition de l'émulsion :
émulsions sont des systèmes liquides composés d'au moins deux liquides non miscibles, où l'un des liquides est dispersé dans l'autre sous forme de petites gouttelettes. La phase de petites gouttelettes réparties est appelée phase dispersée ou phase interne, tandis que l'autre phase est appelée phase continue ou phase externe. Il existe deux types principaux d'émulsions : Les émulsions huile dans eau (H/E) et eau dans huile (E/H). Dans l'émulsion huile dans eau (H/E), la phase interne est une huile ou un liquide miscible à l'huile, et la phase externe est de l'eau ou un liquide miscible à l'eau. Dans l'émulsion eau dans huile (E/H), la phase interne est un liquide semblable à l'eau, tandis que la phase externe est un liquide semblable à l'huile.
La plupart des émulsions nécessitent un agent émulsifiant, connu sous le nom de stabilisateur ou de surfactant. La taille des gouttelettes joue également un rôle crucial dans la stabilité de l'émulsion. Plus la taille des gouttelettes est petite, plus l'émulsion est stable.
Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, de l'ultrasonateur de laboratoire compact aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.