Ուլտրաձայնը ծածկույթների բաղադրակազմերի մշակման մեջ

Ծածկույթների և ներկերի բաղադրակազմերում ներառվում են տարբեր բաղադրիչներ, ինչպիսիք են գունանյութերը, լցանյութերը, քիմիական հավելումները, խաչաձև կապակցող նյութերը և ռեոլոգիական հատկությունների փոփոխիչները։ Ուլտրաձայնը ծածկույթներում այսպիսի բաղադրիչների դիսպերսման, էմուլգացման, ապաագլոմերացման և աղացման արդյունավետ միջոց է։

Ուլտրաձայնը ծածկույթների բաղադրակազմերի մշակման մեջ օգտագործվում է հետևյալ նպատակներով՝

• ջրային համակարգերում պոլիմերների էմուլգացում
• գունանյութերի դիսպերսում և նուրբ աղացում
• նանոնյութերի չափերի փոքրացում բարձր արդյունավետությամբ ծածկույթներում

Ծածկույթները բաժանվում են երկու լայն կատեգորիայի՝ ջրային հիմքով և լուծիչի հիմքով խեժեր ու ծածկույթներ։ Յուրաքանչյուր տեսակ ունի իրեն բնորոշ դժվարությունները։ Ցնդող օրգանական միացությունների (VOC) քանակի նվազեցում պահանջող հրահանգները և լուծիչների բարձր գները խթանում են ջրային հիմքով խեժային ծածկույթների տեխնոլոգիաների զարգացումը։ Ուլտրաձայնային մշակման կիրառումը կարող է բարելավել այսպիսի էկոլոգիապես անվտանգ համակարգերի արդյունավետությունը։

Ծածկույթների բաղադրակազմերի բարելավում ուլտրաձայնային մշակման շնորհիվ

Ուլտրաձայնը կարող է օգնել ճարտարապետական, արդյունաբերական, ավտոմոբիլային և փայտի ծածկույթների բաղադրակազմեր մշակողներին բարելավել ծածկույթների այնպիսի բնութագրեր, ինչպիսիք են գունավորման ուժը, քերծվածքների, ճաքերի և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նկատմամբ դիմադրությունը կամ էլեկտրահաղորդականությունը։ Ծածկույթների այս բնութագրերից մի քանիսն ապահովվում են նանոչափ նյութերի, օրինակ՝ մետաղների օքսիդների ներառմամբ (TiO₂, սիլիցիումի երկօքսիդ, ցերիումի երկօքսիդ, ZnO, …)։

Ուլտրաձայնը նաև նպաստում է բարձր մածուցիկությամբ արտադրանքների փրփրազերծմանը (ներսում մնացած պղպջակների հեռացմանը) և գազազերծմանը (լուծված գազի հեռացմանը)։ Կարդացեք ավելին հեղուկների ուլտրաձայնային օդազերծման և գազազերծման մասին։

Քանի որ ուլտրաձայնային դիսպերսման տեխնոլոգիան կարող է կիրառվել լաբորատոր, սեղանադիր և արդյունաբերական արտադրության մակարդակներում՝ ապահովելով 10 tons/hour-ից ավելի արտադրողականություն, այն օգտագործվում է ինչպես հետազոտությունների և մշակումների փուլում, այնպես էլ առևտրային արտադրության մեջ։ Գործընթացի արդյունքները կարելի է հեշտությամբ և գծային կերպով մասշտաբավորել։

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը շատ էներգաարդյունավետ են։ Սարքերը մուտքային էլեկտրական հզորության մոտավորապես 80-ից 90%-ը փոխակերպում են հեղուկում մեխանիկական ներգործության։ Սա հանգեցնում է մշակման ծախսերի զգալի նվազման։

Հետևելով ստորև բերված հղումներին՝ կարող եք ավելին կարդալ բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնի կիրառման մասին՝

• ջրային համակարգերում պոլիմերների էմուլգացման համար,
• գունանյութերի դիսպերսման և նուրբ աղացման համար,
• և նանոնյութերի չափերի փոքրացման համար.

Էմուլսիոն պոլիմերացում ուլտրաձայնային մշակմամբ

Ծածկույթների ավանդական բաղադրակազմերում կիրառվում են պոլիմերների քիմիայի հիմնական սկզբունքները։ Ջրային հիմքով ծածկույթների տեխնոլոգիային անցումն ազդում է հումքի ընտրության, հատկությունների և բաղադրակազմերի մշակման մեթոդների վրա։

Սովորական էմուլսիոն պոլիմերացման ժամանակ, օրինակ՝ ջրային հիմքով ծածկույթների դեպքում, մասնիկները ձևավորվում են կենտրոնից դեպի իրենց մակերևույթը։ Կինետիկական գործոններն ազդում են մասնիկների համասեռության և ձևաբանության վրա։

Ուլտրաձայնային մշակումը կարող է կիրառվել երկու եղանակով՝ պոլիմերային էմուլսիաներ ստանալու համար։

• Վերևից ներքև: Խոշոր պոլիմերային մասնիկների էմուլգացում/դիսպերսում ՝ չափերի փոքրացմամբ ավելի փոքր մասնիկներ ստանալու համար
• Ներքևից վերև: Ուլտրաձայնի կիրառում մասնիկների պոլիմերացումից առաջ կամ դրա ընթացքում

 

Այս տեսանյութում ներկայացնում ենք գազով փչամաքրվող պահարանում տեղադրված 2 կիլովատտ հզորությամբ ուլտրաձայնային համակարգ՝ հոսքային աշխատանքի համար։ Hielscher ընկերությունը մատակարարում է ուլտրաձայնային սարքավորումներ արդյունաբերության գրեթե բոլոր ճյուղերին, այդ թվում՝ քիմիական, դեղագործական, կոսմետիկ և նավթաքիմիական արդյունաբերությանը, ինչպես նաև լուծիչներով արդյունահանման գործընթացների համար։ Չժանգոտվող պողպատից այս փչամաքրվող պահարանը նախատեսված է վտանգավոր գոտիներում շահագործման համար։ Այդ նպատակով պատվիրատուն կարող է հերմետիկ պահարանը փչամաքրել ազոտով կամ թարմ օդով՝ կանխելու դյուրավառ գազերի կամ գոլորշիների ներթափանցումը պահարան։

 

Նանոմասնիկային պոլիմերներ մինիէմուլսիաներում

Մինիէմուլսիաներում մասնիկների պոլիմերացումը հնարավորություն է տալիս ստանալ դիսպերսված պոլիմերային մասնիկներ՝ լավ վերահսկելով մասնիկների չափը։ Մինիէմուլսիաներում (որոնք հայտնի են նաև որպես նանոռեակտորներ) նանոմասնիկային պոլիմերային մասնիկների սինթեզը, ինչպես ներկայացրել է K. Landfester-ը (2001), պոլիմերային նանոմասնիկների ձևավորման գերազանց մեթոդ է։ Այս մոտեցման դեպքում էմուլսիայում առկա մեծ թվով փոքր նանոխորշերը (դիսպերս ֆազը) օգտագործվում են որպես նանոռեակտորներ։ Դրանցում մասնիկները սինթեզվում են առանձին, սահմանափակ ծավալով կաթիլներում՝ զուգահեռ ընթացող մեծ թվով գործընթացներով։ Իր հոդվածում Landfester-ը (2001) ներկայացնում է նանոռեակտորներում կատարելության բարձր աստիճանով իրականացվող պոլիմերացումը՝ գրեթե միատեսակ չափի, խիստ նույնանման մասնիկներ ստանալու համար։ Վերևի պատկերը ցույց է տալիս մինիէմուլսիաներում ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պոլիմիացման միջոցով ստացված մասնիկները։

Սահքի բարձր ինտենսիվության կիրառմամբ (ուլտրաձայնային մշակմամբ) առաջացած և կայունացնող նյութերով (էմուլգատորներով) կայունացված փոքր կաթիլները կարող են պնդացվել հետագա պոլիմերացմամբ կամ, ցածր ջերմաստիճանում հալվող նյութերի դեպքում, ջերմաստիճանի իջեցմամբ։ Քանի որ ուլտրաձայնային մշակումը կարող է պարբերական մշակման և արտադրական գործընթացի ընթացքում առաջացնել գրեթե միատեսակ չափի շատ փոքր կաթիլներ, այն թույլ է տալիս լավ վերահսկել մասնիկների վերջնական չափը։ Նանոմասնիկների պոլիմերացման համար հիդրոֆիլ մոնոմերները կարող են էմուլգացվել օրգանական ֆազում, իսկ հիդրոֆոբ մոնոմերները՝ ջրում։

Մասնիկների չափի փոքրացման հետ միաժամանակ մեծանում է մասնիկների մակերևույթի ընդհանուր մակերեսը։ Ձախ կողմի պատկերը ցույց է տալիս գնդաձև մասնիկների չափի և մակերևույթի մակերեսի միջև կապը։ Հետևաբար, էմուլսիան կայունացնելու համար անհրաժեշտ մակերևութաակտիվ նյութի քանակը մեծանում է գրեթե գծային կերպով՝ մասնիկների մակերևույթի ընդհանուր մակերեսի մեծացմանը զուգընթաց։ Մակերևութաակտիվ նյութի տեսակը և քանակը ազդում են կաթիլների չափի վրա։ Անիոնային կամ կատիոնային մակերևութաակտիվ նյութերի կիրառմամբ կարելի է ստանալ 30-ից մինչև 200nm չափի կաթիլներ։

Գունանյութերը ծածկույթներում

Օրգանական և անօրգանական գունանյութերը ծածկույթների բաղադրությունների կարևոր բաղադրիչ են։ Գունանյութի արդյունավետությունը առավելագույնի հասցնելու համար անհրաժեշտ է լավ վերահսկել մասնիկների չափը։ Գունանյութի փոշին ջրային հիմքով, լուծիչային հիմքով կամ էպօքսիդային համակարգերին ավելացնելիս գունանյութի առանձին մասնիկները հակված են խոշոր ագլոմերատներ առաջացնելու։ Նման ագլոմերատները քայքայելու և գունանյութի առանձին մասնիկները մանրացնելու համար ավանդաբար կիրառվում են սահքի բարձր ինտենսիվություն ապահովող մեխանիզմներ, ինչպիսիք են ռոտոր–ստատորային խառնիչները կամ խառնիչով գնդիկավոր աղացները։ Ուլտրաձայնային մշակումը չափազանց արդյունավետ այլընտրանք է ծածկույթների արտադրության այս փուլի համար։

Ստորև բերված գրաֆիկները ցույց են տալիս ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունը սադափափայլ գունանյութի մասնիկների չափի վրա։ Ուլտրաձայնը մանրացնում է գունանյութի առանձին մասնիկները՝ մասնիկների միջև բարձր արագությամբ բախումների միջոցով։ Ուլտրաձայնային մշակման ակնառու առավելությունը կավիտացիոն սահքի ուժերի հզոր ազդեցությունն է, որն անհարկի է դարձնում աղացող մարմինների (օրինակ՝ գնդիկների, ուլունքների) օգտագործումը։ Քանի որ մասնիկներն արագացվում են մինչև 1000km/hr արագությամբ շարժվող հեղուկի չափազանց արագ շիթերով, դրանք ուժգնորեն բախվում են և փշրվում մանր կտորների։ Մասնիկների քերամաշումը ուլտրաձայնով աղացած մասնիկներին տալիս է հարթ մակերևույթ։ Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային աղացումը և դիսպերսումը հանգեցնում են մանր մասնիկների համաչափ բաշխման։

 

Ուլտրաձայնային աղացումն ու դիսպերգացումը հաճախ գերազանցում են բարձր արագությամբ խառնիչներին և աղացող մարմիններով աղացներին, քանի որ ուլտրաձայնային մշակումն ապահովում է բոլոր մասնիկների ավելի համաչափ մշակումը։ Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային մշակումը տալիս է ավելի փոքր չափերի մասնիկներ և մասնիկների չափերի նեղ բաշխում (գունանյութերի աղացման կորեր)։ Սա բարելավում է գունանյութերի դիսպերսիաների ընդհանուր որակը, քանի որ ավելի խոշոր մասնիկները սովորաբար խոչընդոտում են մշակելիությանը, փայլին, դիմադրողականությանը և տեսողական տեսքին։

Քանի որ մասնիկների աղացումն ու մանրացումը հիմնված են ուլտրաձայնային կավիտացիայի հետևանքով առաջացող միջմասնիկային բախումների վրա, ուլտրաձայնային ռեակտորները կարող են մշակել պինդ նյութերի բավական բարձր կոնցենտրացիաներով խառնուրդներ (օրինակ՝ խտանյութեր)՝ միաժամանակ ապահովելով չափերի նվազեցման լավ արդյունքներ։ Ստորև բերված աղյուսակում ներկայացված են TiO2-ի թաց աղացման պատկերները։

Ստորև բերված գրաֆիկը ցույց է տալիս մասնիկների չափերի բաշխման կորերը՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ Degussa անատազային տիտանի երկօքսիդի դեագլոմերացման դեպքում։ Ուլտրաձայնային մշակումից հետո կորի նեղ ձևը ուլտրաձայնային մշակման բնորոշ հատկանիշ է։

Նանոչափ նյութերը բարձր արդյունավետությամբ ծածկույթներում

Նանոտեխնոլոգիան զարգացող տեխնոլոգիա է, որը ներթափանցում է արդյունաբերության բազմաթիվ ճյուղեր։ Նանոնյութերն ու նանոկոմպոզիտներն օգտագործվում են ծածկույթների բաղադրություններում, օրինակ՝ մաշակայունությունն ու քերծվածքների նկատմամբ դիմադրությունը կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նկատմամբ կայունությունը բարձրացնելու համար։ Ծածկույթներում դրանց կիրառման ամենամեծ դժվարությունը թափանցիկության, պարզության և փայլի պահպանումն է։ Ուստի նանոմասնիկները պետք է շատ փոքր լինեն, որպեսզի չխանգարեն լույսի տեսանելի սպեկտրին։ Շատ կիրառությունների համար դրանց չափը զգալիորեն փոքր է 100nm-ից։

Բարձր արդյունավետությամբ բաղադրիչների թաց մանրացումը մինչև նանոմետրային չափեր դառնում է նանոտեխնոլոգիայով մշակված ծածկույթների բաղադրությունների պատրաստման վճռորոշ փուլ։ Տեսանելի լույսին խանգարող ցանկացած մասնիկ առաջացնում է պղտորություն և թափանցիկության կորուստ։ Ուստի պահանջվում են չափերի շատ նեղ բաշխումներ։ Ուլտրաձայնային մշակումը պինդ նյութերի նուրբ աղացման շատ արդյունավետ միջոց է։ Հեղուկներում ուլտրաձայնային / ակուստիկ կավիտացիան առաջացնում է բարձր արագությամբ միջմասնիկային բախումներ։ Ի տարբերություն սովորական ուլունքային և խճաքարային աղացների՝ մասնիկներն իրենք են մանրացնում միմյանց՝ վերացնելով աղացող մարմինների անհրաժեշտությունը։

Այնպիսի ընկերություններ, ինչպիսին է Panadur-ը (Գերմանիա) , օգտագործում են Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը՝ կաղապարի ներսում կիրառվող ծածկույթներում նանոնյութերի դիսպերգացման և դեագլոմերացման համար։ Սեղմեք այստեղ՝ կաղապարի ներսում կիրառվող ծածկույթների ուլտրաձայնային դիսպերգացման մասին ավելին կարդալու համար։

Վտանգավոր միջավայրերում դյուրավառ հեղուկների կամ լուծիչների ուլտրաձայնային մշակման համար հասանելի են ATEX հավաստագրում ունեցող մշակման սարքեր։ Իմացեք ավելին Atex հավաստագրում ունեցող UIP1000-Exd ուլտրաձայնային սարքի մասին։