કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશનમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ

કોટિંગ અને પેઇન્ટનાં ફોર્મ્યુલેશનમાં રંગદ્રવ્યો, પૂરક પદાર્થો, રાસાયણિક ઉમેરણો, ક્રોસલિંકર્સ અને પ્રવાહવર્તન સુધારકો જેવા વિવિધ ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે. કોટિંગમાં આવા ઘટકોના વિખેરણ અને ઇમલ્સીકરણ, કણસમૂહોના વિઘટન અને પેષણ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એક અસરકારક માધ્યમ છે.

કોટિંગના ફોર્મ્યુલેશનમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ નીચેના હેતુઓ માટે થાય છે:

• જલીય પ્રણાલીઓમાં પોલિમરોનું ઇમલ્સીકરણ
• રંગદ્રવ્યોનું વિખેરણ અને સૂક્ષ્મ પેષણ
• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં કોટિંગમાં નેનોસામગ્રીના કદમાં ઘટાડો

કોટિંગ બે વ્યાપક શ્રેણીઓમાં વહેંચાય છે: જલઆધારિત અને દ્રાવકઆધારિત રેઝિન અને કોટિંગ. દરેક પ્રકારના પોતાના પડકારો હોય છે. VOC ઘટાડવાની માગ કરતી માર્ગદર્શિકાઓ અને દ્રાવકોના ઊંચા ભાવ જલઆધારિત રેઝિન કોટિંગ તકનીકોના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ આવી પર્યાવરણને અનુકૂળ પ્રણાલીઓની કાર્યક્ષમતા વધારી શકે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા સુધારેલું કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશન

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સ્થાપત્ય, ઔદ્યોગિક, ઓટોમોટિવ અને લાકડાનાં કોટિંગના ફોર્મ્યુલેશન તૈયાર કરનારાઓને રંગની તીવ્રતા, ઉઝરડા, તિરાડો અને UV સામે પ્રતિકાર અથવા વિદ્યુત વાહકતા જેવા કોટિંગના ગુણધર્મો સુધારવામાં મદદ કરી શકે છે. કોટિંગના આમાંના કેટલાક ગુણધર્મો નેનો-કદની સામગ્રી, દા.ત. ધાતુના ઑક્સાઇડ (TiO₂, સિલિકા, સેરિયા, ZnO, …), ઉમેરવાથી પ્રાપ્ત થાય છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અત્યંત શ્યાન ઉત્પાદનોમાંથી ફીણ દૂર કરવામાં (ફસાયેલા પરપોટા) અને ગૅસ દૂર કરવામાં (ઓગળેલો ગૅસ) પણ મદદ કરે છે. પ્રવાહીમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી હવા અને ગૅસ દૂર કરવા વિશે વધુ વાંચો!

અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ તકનીકનો ઉપયોગ પ્રયોગશાળા, બેન્ચ-ટોપ અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સ્તરે કરી શકાય છે અને તે 10 tons/hour કરતાં વધુ સામગ્રીના પ્રોસેસિંગ દરને શક્ય બનાવે છે, તેથી તેનો ઉપયોગ સંશોધન અને વિકાસના તબક્કામાં તેમજ વ્યાપારી ઉત્પાદનમાં થાય છે. પ્રક્રિયાનાં પરિણામોને સરળતાથી અને રેખીય રીતે મોટા પાયે વિસ્તારી શકાય છે.

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો ખૂબ ઊર્જાકાર્યક્ષમ છે. આ ઉપકરણો ઇનપુટ વિદ્યુત શક્તિના આશરે 80 થી 90%ને પ્રવાહીમાં યાંત્રિક ગતિવિધિમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આનાથી પ્રોસેસિંગ ખર્ચ નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે.

નીચેની લિંક્સ દ્વારા, તમે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડના નીચેના ઉપયોગો વિશે વધુ વાંચી શકો છો:

• જલીય પ્રણાલીઓમાં પોલિમરોનું ઇમલ્સીકરણ,
• રંગદ્રવ્યોનું વિખેરણ અને સૂક્ષ્મ પેષણ,
• અને નેનોસામગ્રીના કદમાં ઘટાડો.

સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ઇમલ્શન પોલિમરાઇઝેશન

પરંપરાગત કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશનમાં મૂળભૂત પોલિમર રસાયણશાસ્ત્રનો ઉપયોગ થાય છે. જલઆધારિત કોટિંગ તકનીક તરફના પરિવર્તનની અસર કાચા માલની પસંદગી, ગુણધર્મો અને ફોર્મ્યુલેશનની પદ્ધતિઓ પર પડે છે.

પરંપરાગત ઇમલ્શન પોલિમરાઇઝેશનમાં, દા.ત. જલઆધારિત કોટિંગ માટે, કણોનું નિર્માણ તેમના કેન્દ્રથી તેમની સપાટી તરફ થાય છે. ગતિશાસ્ત્રીય પરિબળો કણોની સમાનતા અને આકારરચનાને પ્રભાવિત કરે છે.

પોલિમર ઇમલ્શન બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસિંગનો ઉપયોગ બે રીતે કરી શકાય છે.

• ઉપરથી નીચે: ઇમલ્સીકરણ/વિખેરણ દ્વારા મોટા પોલિમર કણોનું કદ ઘટાડીને નાના કણોનું નિર્માણ
• નીચેથી ઉપર: કણોના પોલિમરાઇઝેશન પહેલાં અથવા તે દરમિયાન અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ

 

આ વિડિયોમાં અમે આપને પર્જ કરી શકાય તેવા કેબિનેટમાં ઇનલાઇન કામગીરી માટેની 2 કિલોવોટની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલી દર્શાવીએ છીએ. Hielscher રાસાયણિક ઉદ્યોગ, ઔષધનિર્માણ, સૌંદર્યપ્રસાધન, પેટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ તથા દ્રાવક આધારિત નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયાઓ સહિત લગભગ તમામ ઉદ્યોગોને અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો પૂરાં પાડે છે. પર્જ કરી શકાય તેવું આ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કેબિનેટ જોખમી વિસ્તારોમાં કામગીરી માટે રચાયેલું છે. આ હેતુ માટે, જ્વલનશીલ વાયુઓ અથવા બાષ્પ કેબિનેટમાં પ્રવેશે તે અટકાવવા ગ્રાહક આ સીલબંધ કેબિનેટને નાઇટ્રોજન અથવા તાજી હવાથી પર્જ કરી શકે છે.

 

મિનિઇમલ્શનમાં નેનોકણ સ્વરૂપના પોલિમરો

મિનીઇમલ્શનમાં કણોનું પોલિમરાઇઝેશન કરવાથી કણોના કદ પર સારા નિયંત્રણ સાથે વિખેરાયેલા પોલિમર કણોનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. K. Landfester (2001) દ્વારા રજૂ કરવામાં આવેલ મિનીઇમલ્શનમાં (જે નેનોરિએક્ટર તરીકે પણ ઓળખાય છે) નેનોકદના પોલિમર કણોનું સંશ્લેષણ એ પોલિમરીય નેનોકણો બનાવવાની એક ઉત્તમ પદ્ધતિ છે. આ અભિગમમાં ઇમલ્શનમાં રહેલા મોટી સંખ્યાના નાના નેનોવિભાગોનો (વિખેરાયેલો તબક્કો) નેનોરિએક્ટર તરીકે ઉપયોગ થાય છે. તેમાં, અલગ-અલગ, સીમિત ટીપાંમાં કણોનું સંશ્લેષણ મોટા પાયે સમાંતર રીતે થાય છે. પોતાના સંશોધનપત્રમાં, Landfester (2001) લગભગ સમાન કદના, અત્યંત સમરૂપ કણો ઉત્પન્ન કરવા માટે નેનોરિએક્ટરમાં ઉચ્ચ પરિપૂર્ણતા સાથે પોલિમરાઇઝેશન રજૂ કરે છે. ઉપરની છબી મિનીઇમલ્શનમાં અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી પોલિએડિશન દ્વારા મેળવેલા કણો દર્શાવે છે.

ઉચ્ચ કતરણના ઉપયોગથી (અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા) ઉત્પન્ન કરાયેલાં અને સ્થિરીકરણ એજન્ટો (ઇમલ્સિફાયર) દ્વારા સ્થિર કરાયેલાં નાનાં ટીપાંને ત્યારબાદ પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા અથવા નીચા તાપમાને પીગળતા પદાર્થોના કિસ્સામાં તાપમાન ઘટાડીને સખત બનાવી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન બેચ અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં લગભગ સમાન કદનાં અત્યંત નાનાં ટીપાં ઉત્પન્ન કરી શકે છે, તેથી તે અંતિમ કણોના કદ પર સારું નિયંત્રણ રાખવા દે છે. નેનોકણોના પોલિમરાઇઝેશન માટે, જલસ્નેહી મોનોમરને કાર્બનિક તબક્કામાં અને જલવિરાગી મોનોમરને પાણીમાં ઇમલ્સિફાઇ કરી શકાય છે.

કણોનું કદ ઘટાડતી વખતે, કણોનું કુલ સપાટી ક્ષેત્રફળ પણ તે જ સમયે વધે છે. ડાબી બાજુની છબી ગોળાકાર કણોના કિસ્સામાં કણોના કદ અને સપાટી ક્ષેત્રફળ વચ્ચેનો સહસંબંધ દર્શાવે છે. તેથી, ઇમલ્શનને સ્થિર કરવા માટે જરૂરી સર્ફેક્ટન્ટનું પ્રમાણ કણોના કુલ સપાટી ક્ષેત્રફળ સાથે લગભગ રેખીય રીતે વધે છે. સર્ફેક્ટન્ટનો પ્રકાર અને તેનું પ્રમાણ ટીપાંના કદને પ્રભાવિત કરે છે. ઋણાયનિક અથવા ધનાયનિક સર્ફેક્ટન્ટનો ઉપયોગ કરીને 30 થી 200nmનાં ટીપાં મેળવી શકાય છે.

કોટિંગમાં રંગદ્રવ્યો

કાર્બનિક અને અકાર્બનિક રંગદ્રવ્યો કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશનનો એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે. રંગદ્રવ્યની કાર્યક્ષમતાને મહત્તમ બનાવવા માટે કણોના કદ પર સારું નિયંત્રણ જરૂરી છે. પાણી આધારિત, દ્રાવક આધારિત અથવા ઇપોક્સી પ્રણાલીઓમાં રંગદ્રવ્યનો પાવડર ઉમેરતી વખતે, અલગ-અલગ રંગદ્રવ્ય કણો મોટા કણસમૂહો બનાવવાનું વલણ ધરાવે છે. આવા કણસમૂહોને તોડવા અને અલગ-અલગ રંગદ્રવ્ય કણોને પીસીને નાના કરવા માટે પરંપરાગત રીતે રોટર-સ્ટેટર મિક્સર અથવા એજિટેટર બીડ મિલ જેવી ઉચ્ચ કતરણવાળી યાંત્રિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે. કોટિંગના ઉત્પાદનમાં આ પગલા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન એક અત્યંત અસરકારક વિકલ્પ છે.

નીચેના આલેખો મોતી જેવી ચમક ધરાવતા રંગદ્રવ્યના કદ પર સોનિકેશનની અસર દર્શાવે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કણો વચ્ચેની ઊંચી ઝડપની અથડામણ દ્વારા અલગ-અલગ રંગદ્રવ્ય કણોને પીસે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો મુખ્ય લાભ કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતા કતરણ બળોની પ્રબળ અસર છે, જે પીસવા માટેનાં માધ્યમોનો (દા.ત. બીડ્સ, મોતી) ઉપયોગ બિનજરૂરી બનાવે છે. 1000km/hr સુધીની અત્યંત ઊંચી ઝડપવાળા પ્રવાહી જેટ દ્વારા કણોને પ્રવેગ મળતો હોવાથી, તેઓ જોરથી અથડાય છે અને નાના ટુકડાઓમાં વિખેરાઈ જાય છે. કણોના ઘર્ષણથી અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પીસેલા કણોને લીસી સપાટી મળે છે. એકંદરે, અલ્ટ્રાસોનિક પીસણ અને વિખેરણથી સૂક્ષ્મ કદના કણોનું એકસમાન વિતરણ પ્રાપ્ત થાય છે.

 

અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ અને વિખેરણ ઘણી વાર હાઇ-સ્પીડ મિક્સર્સ અને ગ્રાઇન્ડિંગ માધ્યમવાળી મિલ્સ કરતાં ચડિયાતાં સાબિત થાય છે, કારણ કે સોનિકેશન તમામ કણોનું વધુ એકસરખું પ્રક્રિયાકરણ કરે છે. સામાન્ય રીતે, અલ્ટ્રાસોનિકેશનથી કણોનું કદ નાનું થાય છે અને કણોના કદનું વિતરણ સાંકડું બને છે (રંગદ્રવ્યના મિલિંગના વક્રો). આનાથી રંગદ્રવ્યના વિખેરણોની એકંદર ગુણવત્તા સુધરે છે, કારણ કે મોટા કણો સામાન્ય રીતે પ્રક્રિયાકરણની ક્ષમતા, ચળકાટ, પ્રતિકારકતા અને દૃશ્ય દેખાવમાં વિક્ષેપ ઊભો કરે છે.

કણોનું મિલિંગ અને પીસવાની પ્રક્રિયા અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનના પરિણામે થતા આંતરકણ અથડામણ પર આધારિત હોવાથી, અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર્સ ઘન પદાર્થોની પ્રમાણમાં ઊંચી સાંદ્રતાઓ (દા.ત. માસ્ટર બેચ) સંભાળી શકે છે અને તેમ છતાં કદ ઘટાડવાની સારી અસર પેદા કરી શકે છે. નીચેનું કોષ્ટક TiO2 ના ભીના મિલિંગનાં ચિત્રો દર્શાવે છે.

નીચેનો આલેખ અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા Degussa એનાટેઝ ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડના કણસમૂહો છૂટા પાડવા માટેના કણકદ વિતરણના વક્રો દર્શાવે છે. સોનિકેશન પછી વક્રનો સાંકડો આકાર અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાકરણની એક લાક્ષણિક વિશેષતા છે.

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા કોટિંગ્સમાં નેનોકદની સામગ્રીઓ

નેનોટેકનોલોજી એક ઊભરતી ટેકનોલોજી છે જે અનેક ઉદ્યોગોમાં પ્રવેશ કરી રહી છે. કોટિંગના ફોર્મ્યુલેશન્સમાં નેનોસામગ્રીઓ અને નેનોકોમ્પોઝિટ્સનો ઉપયોગ થાય છે, દા.ત. ઘસારા અને ઉઝરડા સામેની પ્રતિકારકતા અથવા UV-સ્થિરતા વધારવા માટે. કોટિંગ્સમાં તેમના ઉપયોગ માટેનો સૌથી મોટો પડકાર પારદર્શિતા, સ્વચ્છતા અને ચળકાટ જાળવી રાખવાનો છે. તેથી, પ્રકાશના દૃશ્ય વર્ણપટ સાથે થતો વિક્ષેપ ટાળવા માટે નેનોકણો ખૂબ નાના હોવા જરૂરી છે. ઘણા ઉપયોગો માટે, આ કદ 100nm કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું હોય છે.

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા ઘટકોને ભીની અવસ્થામાં પીસીને નેનોમીટર શ્રેણીના કદ સુધી લાવવું એ નેનોસ્તરે એન્જિનિયર કરેલા કોટિંગ્સના ફોર્મ્યુલેશનમાં એક નિર્ણાયક પગલું બને છે. દૃશ્ય પ્રકાશ સાથે વિક્ષેપ ઊભો કરતા કોઈપણ કણો ધૂંધળાપો અને પારદર્શિતામાં ઘટાડો કરે છે. તેથી, કદનાં ખૂબ સાંકડાં વિતરણો જરૂરી છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ ઘન પદાર્થોના બારીક મિલિંગ માટેનું ખૂબ અસરકારક સાધન છે. પ્રવાહીઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક / ધ્વનિજન્ય કેવિટેશન કણો વચ્ચે ઊંચી ઝડપે અથડામણો પેદા કરે છે. પરંપરાગત બીડ મિલ્સ અને પેબલ મિલ્સથી જુદું, અહીં કણો પોતે જ એકબીજાને તોડીને નાના કરે છે, જેથી મિલિંગ માધ્યમની જરૂર રહેતી નથી.

ઉદાહરણ તરીકે, Panadur (જર્મની) જેવી કંપનીઓ ઇન-મોલ્ડ કોટિંગ્સમાં નેનોસામગ્રીઓને વિખેરવા અને તેમના કણસમૂહોને છૂટા પાડવા માટે Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સનો ઉપયોગ કરે છે. ઇન-મોલ્ડ કોટિંગ્સના અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ વિશે વધુ વાંચવા માટે અહીં ક્લિક કરો!

જોખમી વાતાવરણમાં જ્વલનશીલ પ્રવાહીઓ અથવા દ્રાવકોના સોનિકેશન માટે ATEX-પ્રમાણિત પ્રોસેસર્સ ઉપલબ્ધ છે. Atex-પ્રમાણિત અલ્ટ્રાસોનિકેટર UIP1000-Exd વિશે વધુ જાણો!