कोटिंग के सूत्रीकरण में अल्ट्रासाउंड

कोटिंग और पेंट के सूत्रीकरणों में वर्णक, भराव पदार्थ, रासायनिक योजक, क्रॉसलिंकर और प्रवाहिकी संशोधक जैसे विभिन्न घटक शामिल होते हैं। अल्ट्रासाउंड कोटिंग में ऐसे घटकों के परिक्षेपण और पायसीकरण, विगुच्छन तथा पिसाई का एक प्रभावी साधन है।

कोटिंग के सूत्रीकरण में अल्ट्रासाउंड का उपयोग निम्नलिखित के लिए किया जाता है:

• जलीय प्रणालियों में बहुलकों का पायसीकरण
• वर्णकों का परिक्षेपण और सूक्ष्म पिसाई
• उच्च निष्पादन वाली कोटिंग में नैनो पदार्थों के आकार में कमी

कोटिंग दो व्यापक श्रेणियों में आती हैं: जल-आधारित और विलायक-आधारित रेज़िन तथा कोटिंग। प्रत्येक प्रकार की अपनी चुनौतियाँ होती हैं। VOC में कमी की माँग करने वाले निर्देश और विलायकों की ऊँची कीमतें जल-आधारित रेज़िन कोटिंग प्रौद्योगिकियों के विकास को प्रोत्साहित करती हैं। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग ऐसी पर्यावरण-अनुकूल प्रणालियों के निष्पादन को बढ़ा सकता है।

अल्ट्रासोनिकेशन से कोटिंग के सूत्रीकरण में सुधार

अल्ट्रासाउंड वास्तु, औद्योगिक, ऑटोमोटिव और लकड़ी की कोटिंग के सूत्रीकरणकर्ताओं को कोटिंग के गुणों, जैसे रंग की तीव्रता, खरोंच, दरार और UV के प्रति प्रतिरोध या विद्युत चालकता को बढ़ाने में मदद कर सकता है। कोटिंग के इनमें से कुछ गुण नैनो आकार के पदार्थों, जैसे धातु ऑक्साइड (TiO₂, सिलिका, सीरिया, ZnO, …) को शामिल करने से प्राप्त होते हैं।

अल्ट्रासाउंड अत्यधिक श्यान उत्पादों से झाग हटाने (फँसे हुए बुलबुले) और गैस हटाने (घुली हुई गैस) में भी मदद करता है। द्रवों से अल्ट्रासोनिक विधि द्वारा वायु और गैस हटाने के बारे में अधिक पढ़ें!

अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण प्रौद्योगिकी का उपयोग प्रयोगशाला, बेंचटॉप और औद्योगिक उत्पादन स्तर पर किया जा सकता है और यह 10 tons/hour से अधिक की प्रसंस्करण दर संभव बनाती है, इसलिए इसका उपयोग अनुसंधान एवं विकास चरण और व्यावसायिक उत्पादन में किया जा रहा है। प्रक्रिया के परिणामों को आसानी से और रैखिक रूप से बड़े पैमाने पर प्राप्त किया जा सकता है।

Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण अत्यंत ऊर्जा-कुशल हैं। ये उपकरण विद्युत इनपुट शक्ति के लगभग 80 से 90% को द्रव में यांत्रिक गतिविधि में परिवर्तित करते हैं। इससे प्रसंस्करण लागत काफी कम हो जाती है।

नीचे दिए गए लिंक पर जाकर आप निम्नलिखित कार्यों के लिए उच्च निष्पादन वाले अल्ट्रासाउंड के उपयोग के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं:

• जलीय प्रणालियों में बहुलकों का पायसीकरण,
• वर्णकों का परिक्षेपण और सूक्ष्म पिसाई,
• और नैनो पदार्थों के आकार में कमी.

सोनिकेशन द्वारा पायस बहुलकीकरण

पारंपरिक कोटिंग सूत्रीकरणों में मूलभूत बहुलक रसायन का उपयोग होता है। जल-आधारित कोटिंग प्रौद्योगिकी को अपनाने से कच्चे माल के चयन, गुणों और सूत्रीकरण की पद्धतियों पर प्रभाव पड़ता है।

पारंपरिक पायस बहुलकीकरण में, उदाहरण के लिए जल-आधारित कोटिंग के लिए, कणों का निर्माण उनके केंद्र से सतह की ओर होता है। गतिकीय कारक कणों की समरूपता और आकारिकी को प्रभावित करते हैं।

बहुलक पायस बनाने के लिए अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का उपयोग दो तरीकों से किया जा सकता है।

• टॉप-डाउन: पायसीकरण/परिक्षेपण द्वारा बड़े बहुलक कणों का आकार घटाकर छोटे कण बनाना
• बॉटम-अप: कणों के बहुलकीकरण से पहले या उसके दौरान अल्ट्रासाउंड का उपयोग

 

इस वीडियो में हम आपको गैस प्रवाहित करके शुद्ध की जा सकने वाली कैबिनेट में प्रवाह के दौरान संचालन के लिए एक 2 किलोवाट अल्ट्रासोनिक प्रणाली दिखाते हैं। Hielscher लगभग सभी उद्योगों के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण उपलब्ध कराता है, जिनमें रासायनिक उद्योग, औषधि उद्योग, प्रसाधन उद्योग, पेट्रोरासायनिक प्रक्रियाएँ और विलायक आधारित निष्कर्षण प्रक्रियाएँ शामिल हैं। गैस प्रवाहित करके शुद्ध की जा सकने वाली यह स्टेनलेस स्टील कैबिनेट खतरनाक क्षेत्रों में संचालन के लिए बनाई गई है। इसके लिए ग्राहक इस सीलबंद कैबिनेट में नाइट्रोजन या ताजी हवा प्रवाहित कर सकते हैं, ताकि ज्वलनशील गैसें या वाष्प कैबिनेट में प्रवेश न कर सकें।

 

मिनीइमल्शन में नैनोकणीय बहुलक

मिनीइमल्शनों में कणों का बहुलकीकरण, कण आकार पर अच्छे नियंत्रण के साथ परिक्षेपित बहुलक कणों के निर्माण की सुविधा देता है। K. Landfester (2001) द्वारा प्रस्तुत मिनीइमल्शनों (जिन्हें नैनोरिएक्टर भी कहा जाता है) में नैनोकणीय बहुलक कणों का संश्लेषण, बहुलकीय नैनोकणों के निर्माण की एक उत्कृष्ट विधि है। यह दृष्टिकोण किसी इमल्शन में बड़ी संख्या में मौजूद छोटे नैनोखंडों (परिक्षिप्त प्रावस्था) का उपयोग नैनोरिएक्टरों के रूप में करता है। इनमें, अलग-अलग, सीमित स्थान वाली बूंदों में कणों का संश्लेषण अत्यधिक समानांतर ढंग से होता है। अपने शोधपत्र में, Landfester (2001) लगभग एकसमान आकार के अत्यधिक समान कणों के निर्माण के लिए नैनोरिएक्टरों में बहुलकीकरण को अत्यंत उच्च परिपूर्णता के साथ प्रस्तुत करती हैं। ऊपर दिया गया चित्र मिनीइमल्शनों में अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त बहुयोग अभिक्रिया द्वारा प्राप्त कणों को दर्शाता है।

उच्च अपरूपण (अल्ट्रासोनिकेशन) के प्रयोग से उत्पन्न और स्थिरीकरण कारकों (पायसीकारकों) द्वारा स्थिर की गई छोटी बूंदों को बाद में बहुलकीकरण द्वारा या कम तापमान पर पिघलने वाली सामग्रियों के मामले में तापमान घटाकर कठोर किया जा सकता है। चूंकि अल्ट्रासोनिकेशन बैच और उत्पादन प्रक्रियाओं में लगभग एकसमान आकार की बहुत छोटी बूंदें उत्पन्न कर सकता है, इसलिए यह अंतिम कण आकार पर अच्छा नियंत्रण प्रदान करता है। नैनोकणों के बहुलकीकरण के लिए, जलरागी मोनोमरों को कार्बनिक प्रावस्था में और जलविरागी मोनोमरों को पानी में पायसीकृत किया जा सकता है।

कण आकार घटाने पर, कणों का कुल सतही क्षेत्रफल भी साथ ही बढ़ता है। बाईं ओर का चित्र गोलाकार कणों के मामले में कण आकार और सतही क्षेत्रफल के बीच संबंध दर्शाता है। इसलिए, इमल्शन को स्थिर करने के लिए आवश्यक पृष्ठसक्रिय पदार्थ की मात्रा, कणों के कुल सतही क्षेत्रफल के साथ लगभग रैखिक रूप से बढ़ती है। पृष्ठसक्रिय पदार्थ का प्रकार और उसकी मात्रा बूंदों के आकार को प्रभावित करते हैं। ऋणायनिक या धनायनिक पृष्ठसक्रिय पदार्थों का उपयोग करके 30 से 200nm की बूंदें प्राप्त की जा सकती हैं।

कोटिंग्स में वर्णक

कार्बनिक और अकार्बनिक वर्णक कोटिंग फॉर्मूलेशनों का एक महत्वपूर्ण घटक हैं। वर्णक के प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए कण आकार पर अच्छा नियंत्रण आवश्यक है। जल-आधारित, विलायक-आधारित या एपॉक्सी प्रणालियों में वर्णक पाउडर मिलाने पर, अलग-अलग वर्णक कण बड़े समुच्चय बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं। ऐसे समुच्चयों को तोड़ने और अलग-अलग वर्णक कणों को पीसकर छोटा करने के लिए परंपरागत रूप से रोटर-स्टेटर मिक्सर या एजिटेटर बीड मिल जैसे उच्च अपरूपण वाले उपकरणों का उपयोग किया जाता है। कोटिंग्स के निर्माण में इस चरण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन एक अत्यंत प्रभावी विकल्प है।

नीचे दिए गए ग्राफ मोती जैसी चमक वाले वर्णक के आकार पर सोनिकेशन के प्रभाव को दर्शाते हैं। अल्ट्रासाउंड उच्च गति की अंतर-कण टक्करों द्वारा अलग-अलग वर्णक कणों को पीसता है। अल्ट्रासोनिकेशन का प्रमुख लाभ कैविटेशन से उत्पन्न अपरूपण बलों का प्रबल प्रभाव है, जिससे पिसाई माध्यमों (जैसे बीड्स, मोती) का उपयोग अनावश्यक हो जाता है। चूंकि कण 1000km/hr तक की अत्यंत तेज गति वाले तरल जेटों द्वारा त्वरित होते हैं, इसलिए वे जोरदार ढंग से टकराते हैं और छोटे टुकड़ों में टूट जाते हैं। कणों का अपघर्षण अल्ट्रासोनिक विधि से पीसे गए कणों को चिकनी सतह प्रदान करता है। कुल मिलाकर, अल्ट्रासोनिक पिसाई और परिक्षेपण से सूक्ष्म आकार के कणों का एकसमान वितरण प्राप्त होता है।

 

अल्ट्रासोनिक मिलिंग और परिक्षेपण अक्सर उच्च गति वाले मिक्सरों और मीडिया मिलों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं, क्योंकि सोनिकेशन सभी कणों का अधिक एकसमान प्रसंस्करण करता है। सामान्यतः, अल्ट्रासोनिकेशन से छोटे आकार के कण और संकीर्ण कण आकार वितरण प्राप्त होता है (वर्णक मिलिंग वक्र)। इससे वर्णक परिक्षेपणों की समग्र गुणवत्ता में सुधार होता है, क्योंकि बड़े कण आमतौर पर प्रसंस्करण क्षमता, चमक, प्रतिरोध और दृश्य स्वरूप में बाधा डालते हैं।

चूँकि कणों की मिलिंग और पिसाई अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के परिणामस्वरूप होने वाली अंतर-कण टक्करों पर आधारित होती है, इसलिए अल्ट्रासोनिक रिएक्टर ठोस पदार्थों की काफ़ी अधिक सांद्रताओं (जैसे मास्टरबैच) को संभाल सकते हैं और फिर भी आकार में अच्छी कमी ला सकते हैं। नीचे दी गई तालिका में TiO2 की गीली मिलिंग के चित्र दिखाए गए हैं।

नीचे दिया गया आलेख अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा Degussa एनाटेज़ टाइटेनियम डाइऑक्साइड के कणों के समुच्चय तोड़ने के लिए कण आकार वितरण वक्र दिखाता है। सोनिकेशन के बाद वक्र का संकीर्ण आकार अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण की एक विशिष्ट विशेषता है।

उच्च प्रदर्शन वाली कोटिंग में नैनो आकार की सामग्रियाँ

नैनोप्रौद्योगिकी एक उभरती हुई प्रौद्योगिकी है जो कई उद्योगों में प्रवेश कर रही है। कोटिंग के फ़ॉर्मूलेशन में नैनोसामग्रियों और नैनोकम्पोज़िट का उपयोग किया जा रहा है, उदाहरण के लिए घर्षण और खरोंच प्रतिरोध या UV-स्थिरता बढ़ाने के लिए। कोटिंग में इनके उपयोग की सबसे बड़ी चुनौती पारदर्शिता, स्पष्टता और चमक बनाए रखना है। इसलिए, प्रकाश के दृश्य स्पेक्ट्रम में हस्तक्षेप से बचने के लिए नैनोकणों का बहुत छोटा होना आवश्यक है। कई अनुप्रयोगों में, यह आकार 100nm से काफ़ी कम होता है।

उच्च प्रदर्शन वाले घटकों को गीली पिसाई द्वारा नैनोमीटर परास तक लाना नैनोइंजीनियर्ड कोटिंग के फ़ॉर्मूलेशन में एक महत्वपूर्ण चरण बन जाता है। दृश्य प्रकाश में हस्तक्षेप करने वाले किसी भी कण के कारण धुंधलापन आता है और पारदर्शिता घटती है। इसलिए, अत्यंत संकीर्ण आकार वितरण आवश्यक होते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन ठोस पदार्थों की महीन मिलिंग का एक बहुत प्रभावी साधन है। द्रवों में अल्ट्रासोनिक / ध्वनिक कैविटेशन के कारण कणों के बीच उच्च गति से टक्कर होती है। पारंपरिक बीड मिलों और पेबल मिलों से भिन्न, इसमें कण स्वयं एक-दूसरे को तोड़कर छोटा करते हैं, जिससे मिलिंग माध्यम की आवश्यकता नहीं रहती।

उदाहरण के लिए, Panadur (जर्मनी) जैसी कंपनियाँ इन-मोल्ड कोटिंग में नैनोसामग्रियों के परिक्षेपण और उनके कणों के समुच्चय तोड़ने के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों का उपयोग करती हैं। इन-मोल्ड कोटिंग के अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें!

खतरनाक परिवेशों में ज्वलनशील द्रवों या विलायकों के सोनिकेशन के लिए ATEX-प्रमाणित प्रोसेसर उपलब्ध हैं। Atex-प्रमाणित अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000-Exd के बारे में अधिक जानें!