Ultrasons pour la dispersion et le broyage : Peinture & pigments
Les ultrasons de puissance sont bien connus pour leurs effets de broyage et de dispersion intenses et contrôlables avec précision. Les homogénéisateurs à ultrasons sont donc idéaux pour la production de pâtes pigmentaires et de formulations de peinture. Les ultrasons industriels permettent d'obtenir une distribution granulométrique très uniforme de l'ordre du micron et du nanomètre. Les sonicateurs Hielscher permettent de traiter de grands volumes de produits à haute viscosité et d'obtenir un mouillage, une dispersion, une désagglomération et un broyage homogènes !
Fabrication de peintures par ultrasons
Améliorez vos peintures, couleurs et revêtements grâce à la sonication :
- Formulation : Qu'il s'agisse de viscosités élevées, de charges de particules élevées, de produits aqueux ou à base de solvant – Les ultrasons industriels en ligne Hielscher vous permettent de traiter n'importe quelle formulation.
- Taille micronique et nanométrique : Les forces de cisaillement élevées générées par la cavitation acoustique réduisent les particules à des diamètres infimes et assurent une dispersion uniforme. L'ajustement des paramètres d'ultrasonication à vos exigences en matière de particules et de formulation permet une production fiable de pigments de taille nanométrique.
- Propriétés optiques : Pour obtenir des propriétés optiques correctes, la taille des particules de pigment doit être contrôlée. En général, l'opacité est en corrélation avec la taille des particules : plus la taille des particules est fine, plus l'opacité est importante. Par exemple, le TiO2 est spécifiquement traité pour obtenir une taille de particule de 0,20 à 0,3 micron, ce qui équivaut approximativement à la moitié de la longueur d'onde de la lumière. Les ultrasons réduisent les pigments de TiO2 à leur taille optimale, ce qui permet d'obtenir une dissimulation ultime.
- Particules de haute performance : Des particules de plus petite taille permettent d'obtenir une plus grande saturation des couleurs, une plus grande uniformité et une plus grande stabilité des couleurs. Les forces ultrasonores intenses, mais contrôlables avec précision, permettent de produire des nanoparticules modifiées et fonctionnalisées, telles que des particules enrobées, des SWNT, des MWCNT et des particules core-shell. Ces particules présentent des caractéristiques uniques et élèvent les formulations de peintures ou de revêtements à un nouveau niveau de qualité et de fonctionnalité (par exemple, résistance aux UV, résistance aux rayures, solidité, adhésivité, résistance à la chaleur, réflectivité infrarouge et solaire).
- Particules modifiées : Les pigments modifiés en surface ont une très faible viscosité à des charges pigmentaires élevées (2,5cP à 10 % de solides), une stabilité de suspension supérieure et une grande pureté. La fonctionnalisation des particules assistée par ultrasons permet de synthétiser facilement des pigments de haute performance présentant des caractéristiques particulières.
Le traitement par ultrasons est une méthode puissante pour broyer et disperser les pâtes pigmentaires.
- formulations finales
- lots maîtres de pâte pigmentaire
- affinage des particules après broyage conventionnel
Les pâtes de pigments broyées et dispersées par cavitation ultrasonique et forces de cisaillement élevées présentent une réduction significative de la taille et une distribution uniforme. Le graphique ci-dessus montre l'augmentation de la réduction de la taille à mesure que l'énergie ultrasonique augmente.
Pour la production de peinture, les composants tels que les pigments, les liants/filmants, les diluants/solvants, les résines, les charges et les additifs doivent être mélangés pour former une formulation homogène. Les pigments sont le composant déterminant qui donne sa couleur à la peinture. Le pigment blanc le plus important est le TiO2, qui doit être broyé à une taille de particule optimale comprise entre 0,2 et 0,3 micron de diamètre pour présenter le degré souhaité de blancheur, de brillance, d'opacité et un indice de réfraction très élevé. Les forces de cisaillement ultrasoniques permettent une désagglomération et une dispersion très efficaces et peu énergivores des particules de TiO2 (voir l'image ci-dessous).
TEM de la suspension de nanoparticules de TiO2 dispersées par ultrasons avec différentes concentrations solides. La sonication a été réalisée à l'aide de l'appareil Ultrasonateur UIP1000hdT
Gauche : apport d'énergie ultrasonique 1,8 × 105 J/L – À droite : apport d'énergie ultrasonique 5,4 × 105 J/L
(Étude et images : ©Fasaki et al., 2012)
Le broyage et la dispersion par ultrasons améliorent la qualité de la peinture en renforçant sa couleur, sa densité, la finesse du broyage, la dispersion et la rhéologie.
dispersion par ultrasons & Conditions de broyage
La qualité des peintures et des revêtements dépend de la dispersion homogène des pigments. Hielscher Ultrasonics fournit des équipements de broyage et de concassage efficaces pour la dispersion des peintures, en particulier pour les formulations à forte teneur en pigments. Le mécanisme des disperseurs à ultrasons pour les applications de broyage, de désagglomération et de dispersion est principalement basé sur le principe de cisaillement généré par la cavitation ultrasonique. Les forces de cisaillement cavitationnelles nécessaires à la dissociation des particules sont produites par des différences de pression élevées, des points chauds locaux et des jets de liquide, ce qui entraîne la rupture des particules par collision interparticulaire.
Les disperseurs ultrasoniques industriels tels que l'UIP16000hdT avec 16 000 watts par sonde ultrasonique ont la capacité de traiter des flux importants de peintures et de revêtements.
Traitement par ultrasons : 7x UIP1000hdT
La peinture à la craie soniquée sur le broyeur démontre la désagglomération et la distribution granulométrique parfaitement uniformes des pigments.
Dispersion des nanoparticules
Le broyage et la dispersion par ultrasons sont souvent la seule méthode permettant de traiter efficacement les nanoparticules afin d'obtenir des particules primaires très dispersées. Une petite taille de particule primaire se traduit par une grande surface et est corrélée à l'expression de caractéristiques et de fonctionnalités uniques de la particule. En même temps, une taille de particule plus petite est associée à une énergie de surface élevée pour une agrégation et une réactivité plus sévères, de sorte que les forces de dispersion ultrasoniques intenses sont nécessaires pour disperser les nanoparticules de manière homogène dans la formulation.
En outre, un traitement de surface par ultrasons peut modifier les nanoparticules, ce qui permet d'améliorer la dispersibilité, la stabilité de la dispersion, l'hydrophobie et d'autres caractéristiques.
Les chercheurs ont recommandé la méthode de dispersion par ultrasons pour les nanoparticules comme solution privilégiée, “car la matière dispersée par la méthode ultrasonique est beaucoup plus pure que celle produite par le broyage de billes.” [Kim et al. 2010].
Pigments noirs sous UV : Avant et après ultrasonication
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.
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Littérature / Références
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- 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.
- 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.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
Qu'il faut savoir
Les homogénéisateurs de tissus à ultrasons sont souvent appelés sonicateurs/ sonificateurs à sonde, lysers soniques, perturbateurs à ultrasons, broyeurs à ultrasons, sono-rupteurs, sonificateurs, démembreurs soniques, perturbateurs cellulaires, disperseurs à ultrasons, émulsifiants ou dissolvants. Les différents termes résultent des diverses applications qui peuvent être réalisées par la sonication.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.