Kako miješati lakove s nanopunilima

Proizvodnja lakova zahtijeva snažnu opremu za miješanje koja može obrađivati nanočestice i pigmente, koji se moraju ravnomjerno dispergirati u formulaciji. Ultrazvučni homogenizatori vrlo su učinkovita i pouzdana tehnika dispergiranja koja osigurava homogenu raspodjelu nanočestica u polimerima.

Proizvodnja lakova ultrazvučnim miješalicama visokih performansi

Lak se opisuje kao bistar, proziran, tvrd zaštitni premaz ili film koji se formulira od smola (npr. akrilnih, poliuretanskih, alkidnih, šelaka), sušivog ulja, metalnog sikativa i hlapljivih otapala (npr. lakog benzina, lak-benzina ili razrjeđivača). Kada se lak suši, otapalo koje sadržava isparava, a preostali sastojci oksidiraju ili polimeriziraju i tvore trajan proziran film. Lakovi se uglavnom upotrebljavaju kao zaštitni premazi za drvene površine, umjetničke slike i razne ukrasne predmete, dok se lakovi koji se stvrdnjavaju UV zračenjem upotrebljavaju u automobilskim premazima, kozmetici, prehrani, znanosti i drugim granama.

Ultrazvučno dispergiranje nanosilicijeva dioksida u laku

Čest primjer ultrazvučnog dispergiranja jest ugrađivanje koloidnih silicijevih dioksida, koji se obično dodaju kako bi lakovima dali tiksotropna svojstva.
Primjerice, polieterimidni lak s punilom od nanosilicijeva dioksida ima do trideset puta dulji vijek trajanja od standardnog laka. Nanosilicijev dioksid poboljšava svojstva laka kao što su električna vodljivost, dielektrična čvrstoća pri istosmjernom i izmjeničnom naponu te čvrstoća prianjanja. Ultrazvučni dispergatori stoga se široko upotrebljavaju za proizvodnju električki vodljivih premaza.
Ostali silikatni minerali, volastonit, talk, tinjac, kaolin, feldspat i nefelinski sijenit, jeftina su punila koja se široko upotrebljavaju kao takozvani pigmenti za povećanje volumena, koji se dodaju radi prilagodbe reologije (viskoznosti), sedimentacijske stabilnosti i čvrstoće filma u premazima.

Istraživanjima dokazana nadmoć ultrazvučnih uređaja za dispergiranje nanopunila

Monteiro et al. (2014) usporedili su uobičajene tehnologije dispergiranja – miješalicu s rotorom i statorom, Cowlesov rotor i ultrazvučni dispergator sa sondom – s obzirom na njihovu učinkovitost pri dispergiranju titanijeva dioksida (TiO2, anatas). Ultrazvučna obrada pokazala se najučinkovitijom za dispergiranje nanočestica u vodi uz upotrebu konvencionalnog polielektrolita Na-PAA te je znatno nadmašila miješanje miješalicom s rotorom i statorom ili Cowlesovim rotorom.
Pojedinosti istraživanja: Različite tehnike dispergiranja uspoređene su kako bi se utvrdilo koja je najučinkovitija za stvaranje dobro deaglomerirane vodene suspenzije nano-TiO2. Natrijeva sol poliakrilne kiseline (Na-PAA), koja se u industriji uobičajeno upotrebljava za vodene disperzije TiO2, upotrijebljena je kao referentni dispergator. Slika 1 prikazuje dobivene volumne raspodjele veličine čestica (PSD) uz upotrebu Cowlesova dispergatora (30 min pri 2000 rpm), miješalice s rotorom i statorom (30 min pri 14.000 rpm) i ultrazvučne obrade sondom (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri amplitudi od 50%). “Pri upotrebi Cowlesova dispergatora veličine čestica bile su u trima različitim rasponima: 40–100 nm, 350–1000 nm i 1200–4000 nm. Veći aglomerati jasno prevladavaju u raspodjeli, što pokazuje da je ova tehnika neučinkovita. Miješalica s rotorom i statorom također je dala nezadovoljavajuće rezultate, neovisno o tome jesu li nanočestice dodane odjednom ili postupno tijekom miješanja. Glavna razlika uočena u rezultatu dobivenom Cowlesovim dispergatorom povezana je s pomakom srednjeg vrha prema većim veličinama čestica, pri čemu se djelomično spaja s krajnjim desnim vrhom. S druge strane, upotreba ultrazvuka dala je znatno bolji rezultat, s uskim vrhom centriranim na 0,1 nm i dvama znatno manjim vrhovima u rasponima 150–280 nm i 380–800 nm.”

Raspodjele veličina čestica vodenih disperzija nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) pripremljenih različitim tehnikama dispergiranja. Sonikacijom se dobivaju najmanje nanočestice TiO2 i najuže krivulje smanjenja veličine čestica. Kada je upotrijebljen disperzant (Na-PAA), njegov omjer prema nano-TiO2 bio je 1:1.
(istraživanje i grafički prikaz: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 osušen raspršivanjem prije i nakon ultrazvučnog mljevenja

Ovaj je rezultat u skladu s radom Sato et al. (2008), u kojem su navedeni bolji rezultati sonikacije u usporedbi s drugim tehnikama dispergiranja čestica TiO2 nanometarskih veličina u vodi. Udarni valovi nastali akustičkom / ultrazvučnom kavitacijom dovode do vrlo intenzivnih sudara među česticama te učinkovitog mljevenja i deaglomeracije čestica u ujednačene fragmente nanometarskih veličina.
(usp. Monteiro et al., 2014)

Ultrazvučni homogenizatori visokih performansi za proizvodnju lakova

Kada se nanočestice i nanopunila upotrebljavaju u industrijskim proizvodnim procesima, poput proizvodnje lakova i premaza, suhi prah mora se homogeno umiješati u tekuću fazu. Dispergiranje nanočestica zahtijeva pouzdanu i učinkovitu tehniku miješanja kojom se unosi dovoljno energije za razbijanje aglomerata kako bi se iskoristila svojstva čestica nanometarskih veličina. Ultrazvučni uređaji dobro su poznati kao snažni i pouzdani dispergatori te se stoga upotrebljavaju za deaglomeraciju i homogenu raspodjelu različitih materijala, poput silicijeva dioksida, nanocijevi, grafena, minerala i mnogih drugih materijala, u tekućoj fazi, poput smola, epoksidnih smola i pigmentnih koncentrata. Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne dispergatore visokih performansi za sve vrste primjena homogenizacije i deaglomeracije.
Pri proizvodnji nanodisperzija precizna kontrola sonikacije i pouzdana ultrazvučna obrada suspenzije nanočestica ključne su za dobivanje proizvoda visokih performansi. Procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics omogućuju vam potpunu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade, poput unosa energije, intenziteta ultrazvuka, amplitude, tlaka, temperature i vremena zadržavanja. Time možete prilagoditi parametre optimalnim uvjetima, što potom dovodi do visokokvalitetnih nanodisperzija, poput suspenzija nanosilicijeva dioksida ili nano-TiO2.

Za svaki volumen / kapacitet: Hielscher nudi ultrazvučne uređaje i širok izbor dodatne opreme. To omogućuje konfiguriranje idealnog ultrazvučnog sustava za vašu primjenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica koje sadrže nekoliko mililitara do tokova velikog volumena od više tisuća galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
Visoke viskoznosti: Ultrazvučni sustavi za obradu u toku lako obrađuju formulacije nalik pasti, npr. pigmentne koncentrate, u kojima se pigment pri visokom udjelu čestica ravnomjerno umiješa u smjesu plastifikatora, monomera i polimera.
Robusnost: Naši su ultrazvučni sustavi robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7/365 i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Jednostavnost upotrebe: Napredni softver naših ultrazvučnih uređaja omogućuje prethodni odabir i spremanje postavki sonikacije za jednostavnu i pouzdanu sonikaciju. Intuitivnom izborniku lako se pristupa putem digitalnog zaslona u boji osjetljivog na dodir. Daljinsko upravljanje putem preglednika omogućuje vam upravljanje i nadzor putem bilo kojeg internetskog preglednika. Automatsko bilježenje podataka sprema procesne parametre svakog ciklusa sonikacije na ugrađenu SD karticu.
Izvrsna energetska učinkovitost: U usporedbi s alternativnim tehnologijama dispergiranja, Hielscher ultrazvučni uređaji ističu se izvanrednom energetskom učinkovitošću i vrhunskim rezultatima u raspodjeli veličina čestica.
Visoka kvaliteta i robusnost: Hielscher ultrazvučni uređaji prepoznati su po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je tvrtka s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su sa zahtjevima za oznaku CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: