כיצד לערבב לכות עם חומרי מילוי ננומטריים

ייצור לכות דורש ציוד ערבוב רב־עוצמה המסוגל להתמודד עם חלקיקים ננומטריים ופיגמנטים, שיש לפזר באופן אחיד בפורמולציה. הומוגנייזרים אולטרסוניים הם אמצעי פיזור יעיל ואמין ביותר, המספק פיזור אחיד של החלקיקים הננומטריים בתוך פולימרים.

ייצור לכות באמצעות מערבלים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים

לכה מתוארת כציפוי או כשכבת מגן צלולים, שקופים וקשיחים, המורכבים משרפים (למשל אקריל, פוליאוריתן, אלקיד, שלאק), שמן מתייבש, מייבש מתכתי וממסים נדיפים (למשל נפטא, ספירט מינרלי או מדלל). כאשר הלכה מתייבשת, הממס שבה מתאדה, והרכיבים הנותרים מתחמצנים או עוברים פילמור ליצירת שכבה שקופה ועמידה. לכות משמשות בעיקר כציפויי מגן למשטחי עץ, לציורים ולחפצי נוי שונים, ואילו לכות המתקשות בקרינת UV משמשות בציפויי רכב, בקוסמטיקה, במזון, במדע ובתחומים נוספים.

פיזור אולטרסוני של ננו־סיליקה בלכה

דוגמה נפוצה לפיזור אולטרסוני היא שילוב של סיליקות קולואידיות, שבדרך כלל מוסיפים כדי להקנות ללכות תכונות תיקסוטרופיות.
לדוגמה, לכת פוליאתרימיד המכילה חומר מילוי מסוג ננו־סיליקה מציגה אורך חיים ארוך עד פי שלושים מזה של לכה רגילה. ננו־סיליקה משפרת תכונות של הלכה כגון המוליכות החשמלית שלה, החוזק הדיאלקטרי שלה בזרם ישר ובזרם חילופין וחוזק ההדבקה שלה. לכן מפזרים אולטרסוניים נמצאים בשימוש נרחב לייצור ציפויים מוליכים חשמלית.
מינרלים סיליקטיים אחרים, וולסטוניט, טלק, נציץ, קאולין, פצלת השדה וסיאניט נפליני, הם חומרי מילוי זולים ונמצאים בשימוש נרחב בתור פיגמנטים המכונים פיגמנטים מאריכים, המוספים כדי לשנות את הריאולוגיה (הצמיגות), את היציבות כנגד שקיעה ואת חוזק השכבה בציפויים.

עליונות מוכחת מחקרית של מכשירים אולטרסוניים לפיזור חומרי מילוי ננומטריים

Monteiro ועמיתיו (2014) השוו טכנולוגיות פיזור נפוצות – כלומר מערבל רוטור־סטטור, אימפלר Cowles ומפזר אולטרסוני מסוג גשוש – מבחינת יעילותן בפיזור טיטניום דו־חמצני (TiO2, אנטאז). טיפול אולטרסוני התגלה כיעיל ביותר לפיזור החלקיקים הננומטריים במים באמצעות הפוליאלקטרוליט המקובל Na-PAA, ועלה במידה ניכרת על ערבוב באמצעות מערבל רוטור־סטטור או אימפלר Cowles.
פרטי המחקר: הושוו טכניקות פיזור שונות כדי לזהות את היעילה ביותר ליצירת תרחיף מימי של nano-TiO2 שבו האגלומרטים מפורקים היטב. מלח נתרן של חומצה פוליאקרילית (Na-PAA), המשמש בדרך כלל בתעשייה לדיספרסיות מימיות של TiO2, שימש כחומר פיזור להשוואה. איור 1 מציג את התפלגויות גודל החלקיקים לפי נפח (PSD) שהתקבלו באמצעות מפזר Cowles (30 min ב־2000 rpm), מערבל רוטור־סטטור (30 min ב־14,000 rpm) וטיפול אולטרסוני באמצעות גשוש (Hielscher UIP1000hdT, 2 min באמפליטודה של 50%). "בשימוש במפזר Cowles, גודלי החלקיקים היו בשלושה טווחים שונים: 40–100 nm, 350–1000 nm ו־1200–4000 nm. האגלומרטים הגדולים יותר שולטים בבירור בהתפלגות, דבר המראה שטכניקה זו אינה יעילה. גם הרוטור־סטטור סיפק תוצאות בלתי מספקות, ללא תלות בשאלה אם החלקיקים הננומטריים הוספו בבת אחת או בהדרגה במהלך הערבוב. ההבדל העיקרי שנצפה בתוצאה של Cowles קשור להסטת השיא האמצעי לעבר גודל חלקיקים גבוה יותר, תוך התמזגות חלקית עם השיא הימני ביותר. לעומת זאת, השימוש באולטרסאונד הניב תוצאה טובה הרבה יותר, עם שיא צר שמרכזו ב־0.1 nm ושני שיאים קטנים הרבה יותר בטווחים 150–280 nm ו־380–800 nm."

התפלגויות גודל החלקיקים של פיזורי ננו-TiO2 מימיים (10mgmL−1, pH = 9) שהוכנו בטכניקות פיזור שונות. סוניקציה מניבה את ננו-חלקיקי ה-TiO2 הקטנים ביותר ואת עקומות הקטנת גודל החלקיקים הצרות ביותר. כאשר נעשה שימוש בחומר מפזר (Na-PAA), היחס בינו לבין ננו-TiO2 היה 1:1.
(מחקר ותרשים: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 שיובש בריסוס לפני ואחרי טחינה אולטרסונית

תוצאה זו עולה בקנה אחד עם עבודתם של Sato ועמיתיו (2008), המדווחת על תוצאות טובות יותר בסוניקציה בהשוואה לטכניקות אחרות לפיזור חלקיקי TiO2 בגודל ננומטרי במים. גלי ההלם הנוצרים עקב קוויטציה אקוסטית / אולטרסונית מובילים להתנגשויות עזות ביותר בין חלקיקים ולטחינה יעילה של החלקיקים ולפירוק אגלומרטים לשברים אחידים בקנה מידה ננומטרי.
(ראו להשוואה Monteiro et al., 2014)

הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לייצור לכות

כאשר משתמשים בננו-חלקיקים ובחומרי מילוי ננומטריים בתהליכי ייצור תעשייתיים כגון ייצור לכות וציפויים, יש לערבב אבקה יבשה באופן הומוגני לתוך פאזה נוזלית. פיזור ננו-חלקיקים דורש טכניקת ערבוב אמינה ויעילה, המספקת די אנרגיה לפירוק אגלומרטים כדי לממש את תכונותיהם של חלקיקים בקנה מידה ננומטרי. מכשירי אולטרסאונד מוכרים היטב כמכשירי פיזור רבי עוצמה ואמינים, ולכן משמשים לפירוק אגלומרטים ולפיזור הומוגני של חומרים שונים כגון סיליקה, ננו-צינוריות, גרפן, מינרלים וחומרים רבים אחרים בתוך פאזה נוזלית כגון שרפים, שרפי אפוקסי ותרכיזי פיגמנטים. Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומשווקת מכשירי פיזור אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לכל סוגי יישומי ההומוגניזציה ופירוק האגלומרטים.
בייצור פיזורים ננומטריים, בקרה מדויקת על הסוניקציה וטיפול אולטרסוני אמין בתרחיף הננו-חלקיקים חיוניים לקבלת מוצרים בעלי ביצועים גבוהים. המעבדים של Hielscher Ultrasonics מעניקים לכם שליטה מלאה בכל פרמטרי העיבוד החשובים, כגון תשומת אנרגיה, עוצמת האולטרסאונד, אמפליטודה, לחץ, טמפרטורה וזמן שהייה. כך תוכלו לכוונן את הפרמטרים לתנאים מיטביים, ובעקבות זאת לקבל פיזור ננומטרי באיכות גבוהה, כגון תרחיפי ננו-סיליקה או ננו-TiO2.

לכל נפח / כושר ייצור: Hielscher מציעה מכשירי אולטרסאונד ומגוון רחב של אביזרים. כך ניתן להרכיב את המערכת האולטרסונית האידיאלית ליישום ולכושר הייצור שלכם. החל מבקבוקונים קטנים המכילים מיליליטרים ספורים ועד לזרמים בנפחים גדולים של אלפי גלונים בשעה, Hielscher מציעה את הפתרון האולטרסוני המתאים לתהליך שלכם.
צמיגויות גבוהות: מערכות אולטרסוניות בקו הייצור מעבדות בקלות פורמולציות דמויות משחה, למשל תרכיזי פיגמנטים, שבהם פיגמנט בריכוז חלקיקים גבוה מעורבב באופן אחיד בתערובת של חומר מגמיש, מונומר ופולימר.
עמידות: המערכות האולטרסוניות שלנו עמידות ואמינות. כל מכשירי האולטרסאונד של Hielscher בנויים לפעולה 24/7/365 ודורשים תחזוקה מועטה מאוד.
ידידותיות למשתמש: התוכנה המתקדמת של המכשירים האולטרסוניים שלנו מאפשרת בחירה מראש ושמירה של הגדרות סוניקציה לביצוע סוניקציה פשוט ואמין. התפריט האינטואיטיבי נגיש בקלות באמצעות מסך מגע דיגיטלי צבעוני. השליטה מרחוק באמצעות דפדפן מאפשרת לכם להפעיל ולנטר דרך כל דפדפן אינטרנט. רישום נתונים אוטומטי שומר את פרמטרי התהליך של כל מחזור סוניקציה בכרטיס SD מובנה.
יעילות אנרגטית מצוינת: בהשוואה לטכנולוגיות פיזור חלופיות, מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מצטיינים ביעילות אנרגטית יוצאת דופן ובתוצאות עדיפות בהתפלגות גודל החלקיקים.
איכות גבוהה ועמידות: המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מוכרים בזכות איכותם, אמינותם ועמידותם. Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המתאפיינים בטכנולוגיה מתקדמת ובידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.

הטבלה שלהלן נותנת מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו: