Comment mélanger les vernis avec les nano-charges

La production de vernis nécessite un équipement de mélange puissant capable de traiter les nanoparticules et les pigments, qui doivent être uniformément dispersés dans la formulation. Les homogénéisateurs à ultrasons sont une technique de dispersion très efficace et fiable qui permet une distribution homogène des nanoparticules dans les polymères.

Production de vernis avec des mélangeurs à ultrasons haute performance

Un vernis est décrit comme un revêtement ou un film protecteur dur, transparent et clair, qui est formulé à partir de résines (par exemple, acrylique, polyuréthane, alkyde, gomme-laque), d'une huile siccative, d'un siccatif métallique et de solvants volatils (par exemple, naphte, essence minérale ou diluant). Lorsque le vernis sèche, le solvant qu'il contient s'évapore et les constituants restants s'oxydent ou se polymérisent pour former un film transparent durable. Les vernis sont principalement utilisés comme revêtements de protection pour les surfaces en bois, les peintures et divers objets décoratifs, tandis que les vernis à séchage UV sont utilisés dans les revêtements automobiles, les cosmétiques, l'alimentation, les sciences et d'autres branches.

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Homogénéisateur à ultrasons UIP1000hdT pour la dispersion des nanocharges dans les vernis.

Ultrasoniseur UIP1000hdT (1000 watts) dispersion de nanocharges dans des vernis

Dispersion par ultrasons de la nano-silice dans un vernis

Dispersion par ultrasons de la silice fumée à 10 % dans l'eau à l'aide de l'ultrasoniseur UP400St. (étude et graphique : Vikash et Kumar, 2020)Un exemple courant de dispersion par ultrasons est l'incorporation de silices colloïdales, qui sont généralement ajoutées pour donner aux vernis des propriétés thixotropes.
Par exemple, un vernis polyétherimide chargé de nano-silice présente une durée de vie jusqu'à trente fois supérieure à un vernis standard. La nano-silice améliore les propriétés du vernis comme sa conductivité électrique, ses forces diélectriques en courant continu et alternatif et sa force d'adhérence. Les disperseurs à ultrasons sont donc largement utilisés pour la production de revêtements électriquement conducteurs.
D'autres minéraux silicatés, la wollastonite, le talc, le mica, le kaolin, le feldspath et la syénite néphélinique sont des charges bon marché et sont largement utilisés comme pigments dits extenders, qui sont ajoutés pour modifier la rhéologie (viscosité), la stabilité de la sédimentation et la résistance du film dans les revêtements.

La vidéo montre le mélange et la dispersion par ultrasons de graphite dans 250mL de résine époxy (Toolcraft L), à l'aide d'un homogénéisateur à ultrasons (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics fabrique des équipements pour disperser le graphite, le graphène, les nanotubes de carbone, les nanofils ou les charges en laboratoire ou dans des processus de production à haut volume. Les applications typiques sont la dispersion de nanomatériaux et de micro-matériaux pendant le processus de fonctionnalisation ou la dispersion dans des résines ou des polymères.

Mélangez la résine époxy et la charge de graphite à l'aide de l'homogénéisateur à ultrasons UP400St (400 watts).

Plongeurs à ultrasons pour la formulation de vernis

  • broyage et désagglomération de nanoparticules
  • mélange de nano-additifs
  • les dispersions de couleurs
  • dispersions de pigments
  • dispersions mates et brillantes
  • l'amincissement par cisaillement et la modification de la rhéologie
  • dégazage & désaération des vernis
Dispersion ultrasonique de la nano-silice : L'homogénéisateur à ultrasons UP400St de Hielscher disperse rapidement et efficacement les nanoparticules de silice en une nano-dispersion uniforme.

Dispersion par ultrasons de la nano-silice à l'aide de l'ultrasoniseur UP400St

La recherche a démontré la supériorité des ultrasons pour la dispersion des nanocharges

Le disperseur à ultrasons peut être utilisé en mode batch et en flux continu pour mélanger les nanocharges dans les varis.Monteiro et al. (2014) ont comparé les technologies de dispersion courantes. – à savoir le mélangeur rotor-stator, la turbine Cowles et le disperseur à sonde ultrasonique – concernant leur efficacité à disperser le dioxyde de titane (TiO2, anatase). L'ultrasonication s'est révélée être la plus efficace pour disperser les nanoparticules dans l'eau en utilisant le polyélectrolyte Na-PAA conventionnel, et a surpassé de manière significative le mélange avec un rotor-stator ou une roue de Cowles.
Les détails de l'étude : Différentes techniques de dispersion ont été comparées afin d'identifier la plus efficace pour créer une suspension aqueuse de nano-TiO2 bien désagglomérée. Le sel de sodium de l'acide polyacrylique (Na-PAA), conventionnellement utilisé dans l'industrie pour les dispersions aqueuses de TiO2 a été utilisé comme dispersant de référence. La figure 1 montre les distributions de taille des particules en volume (PSD) obtenues, en utilisant le disperseur Cowles (30 min à 2000 rpm), le mélangeur rotor-stator (30 min à 14000 rpm), et l'ultrasonication de type sonde (Hielscher UIP1000hdT2 min à 50% d'amplitude). “En utilisant le disperseur Cowles, les tailles des particules étaient dans trois gammes différentes : 40-100 nm, 350-1000 nm et 1200-4000 nm. Les agglomérats les plus gros dominent clairement la distribution, ce qui montre que cette technique est inefficace. Le rotor-stator a également donné des résultats insatisfaisants, que les nanoparticules soient ajoutées en une seule fois ou progressivement au cours du temps de mélange. La principale différence observée dans le résultat de Cowles est liée au déplacement du pic du milieu vers les particules de plus grande taille, fusionnant partiellement avec le pic le plus à droite. En revanche, l'utilisation des ultrasons a donné un bien meilleur résultat, avec un pic étroit centré à 0,1 nm et deux autres beaucoup plus petits dans les plages 150-280 nm et 380-800 nm.”

Le disperseur à ultrasons UIP1000hdT surpasse le mélangeur rotor-stator et le mélangeur Cowles dans la dispersion du nano-TiO2.

Distributions de la taille des particules des dispersions aqueuses de nano-TiO2 (10mgmL-1, pH = 9) préparées en utilisant différentes techniques de dispersion. L'ultrasonication donne les plus petites nanoparticules de TiO2 et les courbes de réduction de taille de particule les plus étroites. Lorsque le dispersant (Na-PAA) a été utilisé, le rapport avec les nano-TiO2 était de 1:1.
(étude et graphique : © Monteiro et al., 2014)

Les particules de dioxyde de titane TiO2 après broyage par ultrasons présentent un diamètre considérablement réduit et une distribution de taille étroite.

TiO2 séché par pulvérisation avant et après broyage par ultrasons

Ce résultat est en accord avec les travaux de Sato et al. (2008), qui rapportent de meilleurs résultats avec l'ultrasonication qu'avec d'autres techniques pour disperser des particules de TiO2 nanométriques dans l'eau. Les ondes de choc créées par la cavitation acoustique / ultrasonique entraînent des collisions interparticulaires très intenses et un broyage et une désagglomération efficaces des particules en fragments uniformes à l'échelle nanométrique.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Le TiO2 dispersé par ultrasons (anatase Degussa) présente une distribution étroite de la taille des particules.

Le TiO2 dispersé par ultrasons (anatase Degussa) présente une distribution étroite de la taille des particules.

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Homogénéisateurs ultrasoniques haute performance pour la production de vernis

Lorsque les nanoparticules et les nanocharges sont utilisées dans des procédés de fabrication industriels tels que la production de vernis et de revêtements, la poudre sèche doit être mélangée de manière homogène à une phase liquide. La dispersion des nanoparticules nécessite une technique de mélange fiable et efficace, qui applique une énergie suffisante pour briser les agglomérats afin de libérer les qualités des particules à l'échelle nanométrique. Les ultrasons sont bien connus comme des disperseurs puissants et fiables, donc utilisés pour désagglomérer et distribuer de manière homogène divers matériaux tels que la silice, les nanotubes, le graphène, les minéraux et bien d'autres matériaux dans une phase liquide telle que les résines, les époxydes et les lots maîtres de pigments. Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs à ultrasons de haute performance pour tout type d'application d'homogénéisation et de désagglomération.
Lorsqu'il s'agit de produire des nano-dispersions, un contrôle précis de la sonication et un traitement ultrasonique fiable de la suspension de nanoparticules sont essentiels pour obtenir des produits performants. Les processeurs de Hielscher Ultrasonics vous donnent un contrôle total sur tous les paramètres de traitement importants tels que l'entrée d'énergie, l'intensité ultrasonique, l'amplitude, la pression, la température et le temps de rétention. Vous pouvez ainsi ajuster les paramètres à des conditions optimales, ce qui permet d'obtenir des nano-dispersions de haute qualité, comme les suspensions de nanosilice ou de nano-TiO2.

Dans cette vidéo, nous vous montrons un système à ultrasons de 2 kilowatts pour un fonctionnement en ligne dans une armoire purgeable. Hielscher fournit des équipements à ultrasons à presque toutes les industries, telles que l'industrie chimique, pharmaceutique, cosmétique, les processus pétrochimiques ainsi que les processus d'extraction à base de solvants. Cette armoire purgeable en acier inoxydable est conçue pour fonctionner dans des zones dangereuses. À cette fin, l'armoire scellée peut être purgée par le client avec de l'azote ou de l'air frais pour empêcher les gaz ou les vapeurs inflammables de pénétrer dans l'armoire.

Ultrasons 2x 1000 Watts dans une armoire purgeable pour l'installation dans des zones dangereuses

Pour tout volume / capacité : Hielscher propose des ultrasons et un large éventail d'accessoires. Cela permet de configurer le système à ultrasons idéal pour votre application et votre capacité de production. Qu'il s'agisse de petits flacons contenant quelques millilitres ou de flux à haut volume de plusieurs milliers de gallons par heure, Hielscher propose la solution ultrasonique adaptée à votre processus.
Viscosité élevée : Les systèmes ultrasoniques en ligne traitent facilement les formulations pâteuses, par exemple les lots maîtres de pigments, où un pigment est mélangé à une charge particulaire élevée de manière uniforme dans un mélange de plastifiant, de monomère et de polymère.
Robustesse : Nos systèmes à ultrasons sont robustes et fiables. Tous les ultrasonateurs Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an et ne nécessitent que très peu de maintenance.
Convivialité : Le logiciel élaboré de nos appareils à ultrasons permet la présélection et la sauvegarde des réglages de sonication pour une sonication simple et fiable. Le menu intuitif est facilement accessible via un écran tactile numérique de couleur. La télécommande du navigateur vous permet d'utiliser et de contrôler l'appareil via n'importe quel navigateur Internet. L'enregistrement automatique des données sauvegarde les paramètres de traitement de toute sonication exécutée sur une carte SD intégrée.
Excellente efficacité énergétique : Par rapport aux autres technologies de dispersion, les ultrasons Hielscher se distinguent par une efficacité énergétique exceptionnelle et des résultats supérieurs en matière de distribution de la taille des particules.
Haute qualité & Robustesse : Les ultrasons Hielscher sont reconnus pour leur qualité, leur fiabilité et leur robustesse. Hielscher Ultrasonics est une société certifiée ISO et met l'accent sur des ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

L'image montre un résultat typique de la dispersion par ultrasons de la silice fumée dans l'eau.

Dispersion ultrasonique de silice fumée dans l'eau. Les homogénéisateurs à ultrasons peuvent produire des nanodispersions efficaces et fiables, par ex. Nanosilica.

Pourquoi Hielscher Ultrasonics?

  • haute efficacité
  • Une technologie de pointe
  • fiabilité & robustesse
  • lot & en ligne
  • pour tout volume - des petites fioles aux camions chargés à l'heure
  • Scientifiquement prouvé
  • logiciels intelligents
  • des fonctions intelligentes (par exemple, l'enregistrement des données)
  • CIP (clean-in-place)
  • opération simple et sûre
  • installation facile, faible maintenance
  • économiquement avantageux (moins de main-d'œuvre, de temps de traitement, d'énergie)

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
15 à 150L 3 à 15L/min UIP6000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.


Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, depuis les ultrasons compacts de laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.