אולטרסאונד בניסוח ציפוי

רכיבים שונים, כגון פיגמנטים, חומרי מילוי, תוספים כימיים, קרוסלינקרים ומשנים ריאולוגיים נכנסים לפורמולציות ציפוי וצבע. אולטרסאונד הוא אמצעי יעיל לפיזור ותחלוב, פירוק וכרסום של רכיבים כאלה בציפויים.

אולטרסאונד משמש ניסוח של ציפויים עבור:

• תחליב של פולימרים במערכות מימיות
• פיזור וכרסום עדין של פיגמנטים
• הקטנת גודל של ננו-חומרים בציפויים בעלי ביצועים גבוהים

ציפויים מתחלקים לשתי קטגוריות רחבות: שרפים וציפויים על בסיס מים וממסים. לכל סוג אתגרים משלו. כיוונים הקוראים להפחתת VOC ומחירי ממסים גבוהים מעודדים צמיחה בטכנולוגיות ציפוי שרף הנישא במים. השימוש באולטרהסוניקציה יכול לשפר את הביצועים של מערכות ידידותיות לסביבה כאלה.

נוסחת ציפוי משופרת עקב אולטרסוניקציה

אולטרסאונד יכול לסייע לפורמולטורים של ציפויים אדריכליים, תעשייתיים, רכביים ועץ כדי לשפר את מאפייני הציפוי, כגון חוזק צבע, שריטה, סדקים ועמידות UV או מוליכות חשמלית. חלק ממאפייני ציפוי אלה מושגים על ידי הכללת חומרים בגודל ננומטרי, למשל תחמוצות מתכת (TiO₂סיליקה, ceria, ZnO, …).

אולטרסאונד עוזר עוד יותר בפירוק (בועות כלואות) ופירוק גזים (גז מומס) של מוצרים צמיגים מאוד. קרא עוד על de-aeration קולי de-aeration ו degassing של נוזלים!

מכיוון שניתן להשתמש בטכנולוגיית פיזור קולי ברמת המעבדה, הספסל והייצור התעשייתי, המאפשרת קצבי תפוקה מעל 10 טון לשעה היא מיושמת ב- R&בשלב D ובהפקה המסחרית. ניתן להגדיל את תוצאות התהליך בקלות ולינאריות.

Hielscher התקנים קוליים הם יעילים מאוד באנרגיה. המכשירים ממירים כ-80% עד 90% מכוח הכניסה החשמלית לפעילות מכנית בנוזל. זה מוביל לעלויות עיבוד נמוכות משמעותית.

בעקבות הקישורים הבאים, תוכל לקרוא עוד על השימוש באולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים עבור

• תחליב של פולימרים במערכות מימיות,
• פיזור וכרסום עדין של פיגמנטים,
• ו הקטנת גודל של ננו-חומרים.

פילמור תחליב באמצעות סוניקציה

נוסחאות ציפוי מסורתיות משתמשות בכימיה פולימרית בסיסית. המעבר לטכנולוגיית ציפוי על בסיס מים משפיע על בחירת חומרי הגלם, תכונותיהם ומתודולוגיות הפורמולציה.

בפילמור תחליב קונבנציונלי, למשל עבור ציפויים הנישאים במים, החלקיקים בנויים מהמרכז אל פני השטח שלהם. גורמים קינטיים משפיעים על הומוגניות ומורפולוגיה של חלקיקים.

עיבוד קולי יכול לשמש בשתי דרכים ליצור תחליבים פולימריים.

• מלמעלה למטה: תחליב/פיזור של חלקיקי פולימר גדולים יותר כדי ליצור חלקיקים קטנים יותר על ידי הפחתת גודל
• מלמטה למעלהשימוש באולטרסאונד לפני או במהלך פילמור חלקיקים:

 

 

פולימרים ננו-מפרקיים במיניאמולסיות

פילמור חלקיקים במיניאמולסיות מאפשר ייצור חלקיקי פולימר מפוזרים עם שליטה טובה על גודל החלקיקים. הסינתזה של חלקיקי פולימר ננו-חלקיקי במיני-תחליבים (הידועים גם בשם ננו-ריאקטורים), כפי שהוצגה על ידי ק. לנדפסטר (2001), היא שיטה מצוינת להיווצרות ננו-חלקיקים פולימריים. גישה זו משתמשת במספר הגבוה של ננו-תאים קטנים (פאזת פיזור) בתחליב כננו-ריאקטורים. באלה, החלקיקים מסונתזים באופן מקביל מאוד בטיפות בודדות, סגורות. במאמרה Landfester (2001) מציגה את הפילמור בננו-ריאקטורים בשלמות גבוהה ליצירת חלקיקים זהים מאוד בגודל כמעט אחיד. התמונה לעיל מראה חלקיקים המתקבלים על ידי polyaddition בסיוע אולטרה-סאונד במיניאמולסיות.

טיפות קטנות הנוצרות על ידי יישום של גזירה גבוהה (ultrasonication) ומיוצבות על ידי חומרים מייצבים (מתחלבים), ניתן להתקשות על ידי פילמור לאחר מכן או על ידי ירידה בטמפרטורה במקרה של חומרים נמסים בטמפרטורה נמוכה. מכיוון שאולטרסוניקציה יכולה לייצר טיפות קטנות מאוד בגודל כמעט אחיד בתהליך האצווה והייצור, היא מאפשרת שליטה טובה על גודל החלקיקים הסופי. לצורך פילמור של ננו-חלקיקים, מונומרים הידרופיליים יכולים להתחלב לפאזה אורגנית, ומונומרים הידרופוביים במים.

בעת הקטנת גודל החלקיק, שטח הפנים הכולל של החלקיקים גדל בו זמנית. התמונה משמאל מראה את המתאם בין גודל החלקיקים לשטח הפנים במקרה של חלקיקים כדוריים. לכן, כמות החומר פעילי השטח הדרושה לייצוב התחליב גדלה כמעט באופן ליניארי עם שטח הפנים הכולל של החלקיקים. סוג וכמות החומר פעילי השטח משפיעים על גודל הטיפה. ניתן להשיג טיפות של 30 עד 200nm באמצעות חומרים פעילי שטח אניוניים או קטיוניים.

פיגמנטים בציפויים

פיגמנטים אורגניים ואי-אורגניים הם מרכיב חשוב בתכשירי הציפוי. על מנת למקסם את ביצועי הפיגמנט יש צורך בשליטה טובה על גודל החלקיק. כאשר מוסיפים אבקת פיגמנט למערכות המועברות במים, נישאות בממס או אפוקסי, חלקיקי הפיגמנט הבודדים נוטים ליצור אגרטלומרטים גדולים. מנגנונים בעלי גזירה גבוהה, כגון מערבלי רוטור-סטטור או טחנות חרוזים מתסיסים משמשים בדרך כלל לשבירת אגרומרטים כאלה ולטחינת חלקיקי פיגמנט בודדים. Ultrasonication חלופה יעילה ביותר לשלב זה בייצור של ציפויים.

הגרפים שלהלן מראים את השפעת הסוניקציה על גודלו של פיגמנט ברק פנינה. האולטרסאונד טוחן את חלקיקי הפיגמנט הבודדים על ידי התנגשות בין חלקיקים במהירות גבוהה. היתרון הבולט של אולטרה-סוניקציה הוא ההשפעה הגבוהה של כוחות גזירה קוויטציוניים, מה שהופך את השימוש באמצעי טחינה (למשל חרוזים, פנינים) למיותר. כאשר החלקיקים מואצים על ידי סילוני נוזל מהירים במיוחד של עד 1000 קמ"ש, הם מתנגשים באלימות ומתנפצים לחתיכות קטנות. שחיקת חלקיקים מעניקה לחלקיקים הטחונים באולטרה-סאונד משטח חלק. בסך הכל, כרסום ופיזור על-קוליים מביאים לפיזור חלקיקים אחיד בגודל עדין.

 

כרסום ופיזור על-קוליים מצטיינים לעתים קרובות במיקסרים מהירים ובטחנות מדיה מכיוון שסוניקציה מספקת עיבוד עקבי יותר של כל החלקיקים. בדרך כלל, אולטרה-סוניקציה מייצרת גדלי חלקיקים קטנים יותר והתפלגות גודל חלקיקים צרה (עקומות כרסום פיגמנטים). זה משפר את האיכות הכוללת של פיזור הפיגמנטים, מכיוון שחלקיקים גדולים יותר בדרך כלל מפריעים ליכולת העיבוד, הברק, ההתנגדות והמראה האופטי.

מכיוון שכרסום והשחיקה של חלקיקים מבוססים על התנגשות בין חלקיקים כתוצאה מקוויטציה על-קולית, כורים על-קוליים יכולים להתמודד עם ריכוזים מוצקים גבוהים למדי (למשל אצוות מאסטר) ועדיין לייצר השפעות טובות של הפחתת גודל. הטבלה הבאה מציגה תמונות של הטחינה הרטובה של TiO2.

העלילה שלהלן מציגה את עקומות התפלגות גודל החלקיקים עבור deagglomeration של Degussa anatase טיטניום דו-חמצני על ידי ultrasonication. הצורה הצרה של העקומה לאחר סוניקציה היא תכונה אופיינית של עיבוד קולי.

חומרים ננומטריים בציפויים בעלי ביצועים גבוהים

ננוטכנולוגיה היא טכנולוגיה מתפתחת שעושה את דרכה לתעשיות רבות. ננו-חומרים וננו-חומרים מרוכבים משמשים בפורמולציות ציפוי, למשל כדי לשפר שחיקה ועמידות בפני שריטות או יציבות UV. האתגר הגדול ביותר עבור היישום בציפויים הוא שמירה על שקיפות, בהירות וברק. לכן, הננו-חלקיקים היו קטנים מאוד כדי למנוע הפרעה לספקטרום הנראה של האור. עבור יישומים רבים, זה נמוך משמעותית מ 100nm.

השחזה רטובה של רכיבים בעלי ביצועים גבוהים לטווח ננומטרי הופכת לשלב מכריע בגיבוש ציפויים ננומטריים. כל חלקיק שמפריע לאור הנראה, גורם לאובך ולאובדן שקיפות. לכן, נדרשות הפצות בגודל צר מאוד. Ultrasonication הוא אמצעי יעיל מאוד עבור כרסום עדין של מוצקים. קוויטציה קולית / אקוסטית בנוזלים גורמת להתנגשויות בין חלקיקים במהירות גבוהה. בשונה מטחנות חרוזים רגילות וטחנות חלוקי נחל, החלקיקים עצמם מתערבבים זה בזה, והופכים את אמצעי הכרסום למיותרים.

חברות, כמו Panadur (גרמניה) השתמש Hielscher ultrasonicators עבור פיזור deagglomeration של ננו-חומרים ציפויים in-mold. לחצו כאן כדי לקרוא עוד על פיזור אולטראסוני של ציפויים בתוך עובש!

עבור סוניקציה של נוזלים דליקים או ממסים בסביבות מסוכנות, מעבדים מאושרי ATEX זמינים. למידע נוסף על Ultrasonicator מוסמך ATEX UIP1000-Exd!