Ultrahang a bevonat összetételében

Különböző összetevők, például pigmentek, töltőanyagok, kémiai adalékanyagok, térhálósítók és reológiai módosítók kerülnek a bevonat- és festékkészítményekbe. Az ultrahang hatékony eszköz az ilyen komponensek diszpergálására és emulgeálására, deagglomerációjára és őrlésére bevonatokban.

Az ultrahangot bevonatok készítésére használják:

• polimerek emulgeálása vizes rendszerekben
• pigmentek diszpergálása és finommarása
• A nanoanyagok méretének csökkentése a nagy teljesítményű bevonatokban

A bevonatok két nagy kategóriába sorolhatók: vízbázisú és oldószer alapú gyanták és bevonatok. Minden típusnak megvannak a maga kihívásai. A VOC csökkentésére és a magas oldószerárakra felszólító utasítások ösztönzik a vízbázisú gyanta bevonási technológiák növekedését. Az ultrahangos kezelés használata javíthatja az ilyen környezetbarát rendszerek teljesítményét.

Továbbfejlesztett bevonat készítmény miatt ultrahangos kezelés

Az ultrahang segíthet az építészeti, ipari, autóipari és fa bevonatok készítőinek a bevonat jellemzőinek javításában, mint például a színszilárdság, a karcolás, a repedés és az UV-ellenállás vagy az elektromos vezetőképesség. A bevonat ezen jellemzőinek némelyikét nanoméretű anyagok, pl. fém-oxidok (TiO₂, szilícium-dioxid, ceria, ZnO, …).

Az ultrahang tovább segíti a nagy viszkozitású termékek habzását (csapdába esett buborékok) és gáztalanítását (oldott gáz). További információ ultrahangos légtelenítés és folyadékok gáztalanítása!

Mivel az ultrahangos diszpergáló technológia laboratóriumi, asztali és ipari termelési szinten használható, lehetővé téve az áteresztőképességet több mint 10 tonna / óra az R&D szakaszban és a kereskedelmi termelésben. A folyamat eredményei könnyen és lineárisan skálázhatók.

A Hielscher ultrahangos készülékek nagyon energiatakarékosak. Az eszközök a bevitt elektromos teljesítmény kb. 80-90%-át alakítják át mechanikai tevékenységgé a folyadékban. Ez lényegesen alacsonyabb feldolgozási költségeket eredményez.

Az alábbi linkeket követve többet olvashat a nagy teljesítményű ultrahang használatáról a

• polimerek emulgeálása vizes rendszerekben,
• pigmentek diszpergálása és finommarása,
• és A nanoanyagok méretének csökkentése.

Emulzió polimerizáció szonikálással

A hagyományos bevonatkészítmények alapvető polimer kémiát használnak. A vízbázisú bevonási technológiára való áttérés hatással van a nyersanyag kiválasztására, tulajdonságaira és formulázási módszereire.

A hagyományos emulziós polimerizációnál, pl. vízbázisú bevonatoknál, a részecskék a középponttól a felületükig épülnek fel. A kinetikai tényezők befolyásolják a részecskék homogenitását és morfológiáját.

Az ultrahangos feldolgozás kétféleképpen használható polimer emulziók előállítására.

• felülről lefelé: Emulgeálószer/Szétválogatása nagyobb polimer részecskék előállításához kisebb részecskék előállításához méretcsökkentéssel
• alulról felfelé: Ultrahang használata részecskepolimerizáció előtt vagy alatt

 

 

Nanoszemcsés polimerek miniemulziókban

A részecskék miniemulziókban történő polimerizációja lehetővé teszi diszpergált polimer részecskék előállítását a részecskeméret jó szabályozásával. A nanorészecskék polimer részecskék szintézise miniemulziókban (más néven nanoreaktorokban), amint azt K. Landfester (2001) bemutatja, kiváló módszer polimer nanorészecskék kialakítására. Ez a megközelítés az emulzióban lévő kis nanorekeszek (diszperziós fázis) nagy számát használja nanoreaktorként. Ezekben a részecskék nagyon párhuzamos módon szintetizálódnak az egyedi, zárt cseppekben. Landfester (2001) tanulmányában nanoreaktorokban végzett polimerizációt mutatja be nagy tökéletességben, közel azonos méretű, nagyon azonos részecskék előállítására. A fenti képen az ultrahanggal segített poliaddícióval nyert részecskék láthatók miniemulziókban.

A nagy nyírás (ultrahangosítás) alkalmazásával generált és stabilizálószerekkel (emulgeálószerekkel) stabilizált kis cseppek későbbi polimerizációval vagy alacsony hőmérsékletű olvadó anyagok esetén hőmérsékletcsökkenéssel keményíthetők. Mivel az ultrahangos kezelés nagyon kis cseppeket hozhat létre, amelyek szinte egyenletes méretűek a tételben és a gyártási folyamatban, lehetővé teszi a végső részecskeméret jó ellenőrzését. A nanorészecskék polimerizációjához a hidrofil monomerek szerves fázisba emulgeálódhatnak, és hidrofób monomerek vízben.

A részecskeméret csökkentésével egyidejűleg a teljes részecskefelület is növekszik. A bal oldali kép a szemcsék mérete és felülete közötti korrelációt mutatja gömb alakú részecskék esetében. Ezért az emulzió stabilizálásához szükséges felületaktív anyag mennyisége szinte lineárisan nő a részecske teljes felületével. A felületaktív anyag típusa és mennyisége befolyásolja a cseppek méretét. A 30–200 nm-es cseppek anionos vagy kationos felületaktív anyagok felhasználásával nyerhetők.

Pigmentek a bevonatokban

A szerves és szervetlen pigmentek a bevonó készítmények fontos összetevői. A pigment teljesítményének maximalizálása érdekében a szemcseméret megfelelő szabályozására van szükség. Amikor pigmentport adunk a vízbázisú, oldószeres vagy epoxi rendszerekhez, az egyes pigmentrészecskék nagy agglomerátumokat képeznek. A nagy nyíróerejű mechanizmusokat, például a rotor-állórész keverőket vagy a keverőgyöngymalmokat hagyományosan az ilyen agglomerátumok feltörésére és az egyes pigmentrészecskék őrlésére használják. Ultrahangos kezelés rendkívül hatékony alternatíva erre a lépésre a bevonatok gyártásában.

Az alábbi grafikonok az ultrahangos kezelés hatását mutatják a gyöngyfény pigment méretére. Az ultrahang az egyes pigmentrészecskéket nagy sebességű részecske-ütközéssel őrli. Az ultrahangos kezelés kiemelkedő előnye a kavitációs nyíróerők nagy hatása, ami szükségtelenné teszi az őrlőközeg (pl. gyöngyök, gyöngyök) használatát. Ahogy a részecskéket extrém gyors, akár 1000 km/órás folyadéksugarak gyorsítják, a részecskék hevesen ütköznek és apró darabokra törnek. A részecske kopása sima felületet biztosít az ultrahanggal őrölt részecskéknek. Összességében az ultrahangos őrlés és diszperzió finom méretű és egyenletes részecskeeloszlást eredményez.

 

Az ultrahangos marás és diszpergálás gyakran kiemelkedik a nagysebességű keverők és a médiamalmok, mivel az ultrahangos kezelés az összes részecske következetesebb feldolgozását biztosítja. Általában az ultrahangos kezelés kisebb részecskeméreteket és keskeny részecskeméret-eloszlást eredményez (pigment marási görbék). Ez javítja a pigmentdiszperziók általános minőségét, mivel a nagyobb részecskék általában zavarják a feldolgozási képességet, a fényességet, az ellenállást és az optikai megjelenést.

Mivel a részecskemarás és őrlés az ultrahangos kavitáció eredményeként a részecskék közötti ütközésen alapul, az ultrahangos reaktorok meglehetősen magas szilárd koncentrációkat (pl. Mesterkeverékeket) képesek kezelni, és még mindig jó méretcsökkentő hatásokat fejtenek ki. Az alábbi táblázat a TiO2 nedves marásának képeit mutatja.

Az alábbi ábra a Degussa anatáz titán-dioxid ultrahangos kezeléssel történő deagglomerációjának részecskeméret-eloszlási görbéit mutatja. A görbe keskeny alakja az ultrahangos kezelés után az ultrahangos feldolgozás tipikus jellemzője.

Nanoméretű anyagok nagy teljesítményű bevonatokban

A nanotechnológia egy feltörekvő technológia, amely számos iparágban megjelenik. Nanoanyagokat és nanokompozitokat használnak a bevonatkészítményekben, például a kopás- és karcállóság vagy az UV-stabilitás fokozására. A bevonatokban való alkalmazás legnagyobb kihívása az átlátszóság, a tisztaság és a fényesség megőrzése. Ezért a nanorészecskéknek nagyon kicsiknek kell lenniük, hogy elkerüljék a fény látható spektrumával való interferenciát. Sok alkalmazás esetében ez lényegesen alacsonyabb, mint 100 nm.

A nagy teljesítményű alkatrészek nanométeres tartományba történő nedves csiszolása kulcsfontosságú lépéssé válik a nanotechnológiával előállított bevonatok kialakításában. Minden olyan részecske, amely zavarja a látható fényt, ködöt és átlátszóságot okoz. Ezért nagyon szűk méreteloszlásra van szükség. Az ultrahangos kezelés nagyon hatékony eszköz a szilárd anyagok finom őrlésére. A folyadékok ultrahangos / akusztikus kavitációja nagy sebességű részecske-ütközéseket okoz. A hagyományos gyöngymalmoktól és kavicsmalmoktól eltérően maguk a részecskék aprítják egymást, szükségtelenné téve a maróközegeket.

Olyan vállalatok, mint Panadur (Németország) használjon Hielscher ultrasonicators a nanoanyagok diszpergálására és deagglomerációjára in-mould bevonatokban. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az in-mould bevonatok ultrahangos diszperziójáról!

Gyúlékony folyadékok vagy oldószerek veszélyes környezetben történő ultrahangos kezelésére ATEX-tanúsítvánnyal rendelkező feldolgozók állnak rendelkezésre. Tudjon meg többet az Atex tanúsítvánnyal rendelkező UIP1000-Exd ultrahangos készülékről!