Kako miješati lakove s nanopunilima

Proizvodnja lakova zahtijeva snažnu opremu za miješanje koja se može nositi s nanočesticama i pigmentima, koji moraju biti ravnomjerno raspršeni u formulaciji. Ultrazvučni homogenizatori su visoko učinkovita i pouzdana tehnika raspršivanja koja omogućuje homogenu distribuciju nanočestica u polimere.

Proizvodnja laka s ultrazvučnim mješalicama visokih performansi

Lak se opisuje kao prozirni, prozirni tvrdi zaštitni premaz ili film, koji je formuliran od smola (npr. akril, poliuretan, alkid, šelak), ulja za sušenje, sredstva za sušenje metala i hlapljivih otapala (npr. nafte, mineralnog alkohola ili razrjeđivača ). Kada se lak osuši, otapalo koje sadrži ispari, a preostali sastojci oksidiraju ili polimeriziraju kako bi stvorili postojan prozirni film. Lakovi se uglavnom koriste kao zaštitni premazi za drvene površine, slike i razne ukrasne predmete, dok se lakovi koji stvrdnjavaju UV koriste u automobilskim premazima, kozmetici, prehrani, znanosti i drugim granama.

Ultrazvučna disperzija nano-silika u laku

Uobičajeni primjer za ultrazvučno raspršivanje je ugradnja koloidnih silicija, koji se obično dodaju za davanje tiksotropnih svojstava lakovima.
Na primjer, polieterimidni lak punjen nano-silikagelom pokazuje produženi životni vijek do trideset puta duži od standardnog. Nano-silika poboljšava svojstva laka kao što su njegova električna vodljivost, dielektrična čvrstoća istosmjerne i izmjenične struje i čvrstoća lijepljenja. Ultrazvučni raspršivači se stoga široko koriste za proizvodnju elektrovodljivih premaza.
Drugi silikatni minerali, wollastonite, talk, tinjac, kaolin, feldspat i nefelinski sienit su jeftina punila i naširoko se koriste kao takozvani produžni pigmenti, koji se dodaju za modificiranje reologije (viskoznosti), stabilnosti taloženja i čvrstoće filma u premazima.

Istraživanjem dokazana superiornost ultrazvučnih uređaja za disperziju nanopunila

Monteiro i sur. (2014) usporedili su uobičajene tehnologije raspršivanja – naime rotor-stator mješalica, Cowles rotor i raspršivač tipa ultrazvučne sonde – s obzirom na njihovu učinkovitost u raspršivanju titanijevog dioksida (TiO2, anataz). Pokazalo se da je ultrazvučna obrada najučinkovitija za raspršivanje nanočestica u vodi korištenjem konvencionalnog Na-PAA polielektrolita, te je značajno nadmašila miješanje s rotor-statorom ili Cowlesovim propelerom.
Pojedinosti studije: Uspoređene su različite tehnike disperzije kako bi se identificirala najučinkovitija u stvaranju dobro deaglomerirane vodene suspenzije nano-TiO2. Kao referentni disperzant korištena je natrijeva sol poliakrilne kiseline (Na-PAA), koja se uobičajeno koristi u industriji za vodene disperzije TiO2. Slika 1 prikazuje volumne raspodjele veličine čestica (PSD) dobivene korištenjem Cowlesovog disperzera (30 min pri 2000 o/min), rotor-stator miješalice (30 min pri 14000 o/min) i ultrazvučne sonde (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri 50% amplitude). “Korištenjem Cowlesovog raspršivača veličine čestica bile su u tri različita raspona: 40–100 nm, 350–1000 nm i 1200–4000 nm. Veći aglomerati jasno dominiraju distribucijom, što pokazuje da je ova tehnika neučinkovita. Rotor-stator također je dao nezadovoljavajuće rezultate, neovisno o dodavanju nanočestica odjednom ili postupno tijekom vremena miješanja. Glavna razlika uočena u Cowlesovom rezultatu povezana je s pomicanjem srednjeg vrha prema većoj veličini čestica, djelomično se spajajući s krajnjim desnim vrhom. S druge strane, korištenje ultrazvuka dalo je mnogo bolji rezultat, s uskim vrhom usredotočenim na 0,1 nm i dva mnogo manja u rasponima od 150-280 nm i 380-800 nm.”

Raspodjela veličine čestica nano-TiO2 vodenih disperzija (10 mgmL−1, pH = 9) pripremljenih korištenjem različitih disperzijskih tehnika. Ultrasonication daje najmanje nanočestice TiO2 i najuže krivulje smanjenja veličine čestica. Kada je korišten disperzant (Na-PAA), omjer prema nano-TiO2 bio je 1:1.
(studija i grafički prikaz: © Monteiro et al., 2014.)

TiO2 osušen raspršivanjem prije i poslije ultrazvučnog mljevenja

Ovaj rezultat se slaže s radom Satoa i sur. (2008), izvještavajući o boljim rezultatima s ultrazvučnom obradom nego s drugim tehnikama za raspršivanje nanovelikih čestica TiO2 u vodi. Udarni valovi stvoreni akustičnom/ultrazvučnom kavitacijom dovode do vrlo intenzivnih međučestičnih sudara i učinkovitog mljevenja čestica i deaglomeracije do uniformnih fragmenata nano-razmjera.
(usp. Monteiro et al., 2014.)

Visokoučinkoviti ultrazvučni homogenizatori za proizvodnju laka

Kada se nanočestice i nanopunila koriste u industrijskim proizvodnim procesima kao što je proizvodnja lakova i premaza, suhi prah mora biti homogeno umiješan u tekuću fazu. Disperzija nano-čestica zahtijeva pouzdanu i učinkovitu tehniku miješanja, koja primjenjuje dovoljno energije za razbijanje aglomerata kako bi se oslobodile kvalitete čestica nano-razmjera. Ultrasonicators su dobro poznati kao snažni i pouzdani raspršivači, stoga se koriste za deaglomeraciju i distribuciju različitih materijala kao što su silicij, nanocijevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tekuću fazu kao što su smole, epoksidi i pigmentne glavne serije. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne raspršivače za sve vrste aplikacija za homogenizaciju i deaglomeraciju.
Kada je u pitanju proizvodnja nano-disperzija, precizna kontrola ultrazvučne obrade i pouzdana ultrazvučna obrada suspenzije nanočestica ključni su kako bi se dobili proizvodi visokih performansi. Procesori Hielscher Ultrasonics daju vam punu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade kao što su unos energije, ultrazvučni intenzitet, amplituda, tlak, temperatura i vrijeme zadržavanja. Time možete prilagoditi parametre optimiziranim uvjetima, što kasnije dovodi do visokokvalitetne nano-disperzije kao što je nanosilika ili nano-TiO2 kaša.

Za bilo koji volumen / kapacitet: Hielscher nudi ultrazvučne uređaje i širok portfelj dodatne opreme. To omogućuje konfiguraciju idealnog ultrazvučnog sustava za vašu primjenu i proizvodni kapacitet. Od malih bočica koje sadrže nekoliko mililitara do velikih volumena tokova od tisuća galona na sat, Hielscher nudi odgovarajuće ultrazvučno rješenje za vaš proces.
Visoke viskoznosti: Ultrazvučni linijski sustavi lako obrađuju formulacije poput paste, npr. glavne šarže pigmenta, gdje se pigment umiješa pri visokom opterećenju česticama ujednačeno u mješavini plastifikatora, monomera i polimera.
Robusnost: Naši ultrazvučni sustavi su robusni i pouzdani. Svi Hielscher ultrasonicators su napravljeni za rad 24/7/365 i zahtijevaju vrlo malo održavanja.
Jednostavnost korištenja: Razrađen softver naših ultrazvučnih uređaja omogućuje predodabir i spremanje postavki sonikacije za jednostavnu i pouzdanu sonikaciju. Intuitivni izbornik lako je dostupan putem digitalnog zaslona u boji osjetljivog na dodir. Daljinsko upravljanje preglednikom omogućuje vam upravljanje i praćenje putem bilo kojeg internetskog preglednika. Automatsko snimanje podataka sprema parametre procesa bilo koje ultrazvučne obrade na ugrađenu SD karticu.
Izvrsna energetska učinkovitost: U usporedbi s alternativnim disperzijskim tehnologijama, Hielscher ultrasonicators ističe se izvanrednom energetskom učinkovitošću i vrhunskim rezultatima u distribuciji veličine čestica.
Visoka kvaliteta & Robusnost: Hielscher ultrasonicators su prepoznati po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: