Ultrasonik untuk Formulasi Coating

Berbagai komponen, pigmen, fillers, bahan kimia tambahan, crosslinkers dan reologi modifiers mengarah pada formulasi coating dan cat. USG adalah cara yang efektif untuk dispersi dan emulsifying, deagglomeration dan penggilingan dari komponen coating / lapaisan.

USG digunakan dalam formulasi coating, untuk:

• emulis polimer dalam sistem larutan
• dispersi dan fine milling dari pigmen
• Pengurangan ukuran bahan nano dalam pelapis berkinerja tinggi

Pelapis terbagi dalam dua kategori besar: resin dan pelapis berbasis air dan pelarut. Setiap jenis memiliki tantangannya sendiri. Arahan yang menyerukan pengurangan VOC dan harga pelarut yang tinggi merangsang pertumbuhan teknologi pelapisan resin yang ditularkan melalui air. Penggunaan ultrasonikasi dapat meningkatkan kinerja sistem ramah lingkungan tersebut.

Formulasi Pelapisan yang Ditingkatkan karena Ultrasonikasi

Ultrasonografi dapat membantu formulator pelapis arsitektur, industri, otomotif dan kayu untuk meningkatkan karakteristik pelapisan, seperti kekuatan warna, goresan, retak dan ketahanan UV atau konduktivitas listrik. Beberapa karakteristik pelapisan ini dicapai dengan dimasukkannya bahan ukuran nano, misalnya oksida logam (TiO₂, Silika, Ceria, ZnO, …).

Karena teknologi dispersing ultrasonik dapat digunakan pada tingkat produksi laboratorium, bench-top dan industri, memungkinkan tingkat throughput lebih dari 10 ton / jam, ini diterapkan di R&D tahap dan dalam produksi komersial. Hasil proses dapat ditingkatkan dengan mudah dan linier.

Perangkat ultrasonik Hielscher sangat hemat energi. Perangkat mengubah sekitar 80 hingga 90% daya input listrik menjadi aktivitas mekanis dalam cairan. Hal ini mengarah pada biaya pemrosesan yang jauh lebih rendah.

Mengikuti tautan di bawah ini, Anda dapat membaca lebih lanjut tentang penggunaan USG berkinerja tinggi untuk

• emulis polimer dalam sistem larutan,
• dispersi dan fine milling dari pigmen,
• dan pengurangan ukuran nanomaterials.

Polimerisasi Emulsi menggunakan Sonikasi

Formulasi pelapis tradisional menggunakan kimia polimer dasar. Perubahan ke teknologi pelapisan berbasis air berdampak pada pemilihan bahan baku, sifat, dan metodologi formulasi.

Di polimerisasi emulsi konvensional, misalnya untuk lapisan berbasis air, partikel yang dibentuk dari inti ke permukaan. Fakto kinetik mempengaruhi keseragaman dan morfologi partikel.

Ultrasonik pengolahan dapat digunakan dalam dua cara untuk menghasilkan emulsi polimer.

• Top-Down : Emulsifying/Dispersing / Penyebaran partikel polimer lebih besar untuk menghasilkan partikel yang lebih kecil dengan pengurangan ukuran
• Bottom-Up: Penggunaan ultrasound sebelum atau selama polimerisasi partikel

Nanoparticulate polimer di Miniemulsions

Polimerisasi partikel dalam miniemulsi memungkinkan pembuatan partikel polimer terdispersi dengan kontrol yang baik atas ukuran partikel. Sintesis partikel polimer nanopartikulat dalam miniemulsi (juga dikenal sebagai nanoreaktor), seperti yang disajikan oleh K. Landfester (2001), adalah metode yang sangat baik untuk pembentukan nanopartikel polimer. Pendekatan ini menggunakan sejumlah besar kompartemen nano kecil (fase dispersi) dalam emulsi sebagai nanoreaktor. Dalam hal ini, partikel disintesis dengan cara yang sangat paralel dalam tetesan individu yang terbatas. Dalam makalahnya, Landfester (2001) menyajikan polimerisasi dalam nanoreaktor dengan kesempurnaan tinggi untuk menghasilkan partikel yang sangat identik dengan ukuran yang hampir seragam. Gambar di atas menunjukkan partikel yang diperoleh dengan poliadmen berbantuan ultrasonik dalam miniemulsi.

Tetesan kecil yang dihasilkan oleh penerapan geser tinggi (ultrasonikasi) dan distabilkan oleh zat penstabil (pengemulsi), dapat dikeraskan dengan polimerisasi berikutnya atau dengan penurunan suhu dalam kasus bahan leleh suhu rendah. Karena ultrasonikasi dapat menghasilkan tetesan yang sangat kecil dengan ukuran yang hampir seragam dalam batch dan proses produksi, ini memungkinkan kontrol yang baik atas ukuran partikel akhir. Untuk polimerisasi nanopartikel, monomer hidrofilik dapat diemulsi menjadi fase organik, dan monomer hidrofobik dalam air.

Saat mengurangi ukuran partikel, luas permukaan partikel total meningkat pada saat yang bersamaan. Gambar di sebelah kiri menunjukkan korelasi antara ukuran partikel dan luas permukaan dalam kasus partikel bola. Oleh karena itu, jumlah surfaktan yang dibutuhkan untuk menstabilkan emulsi meningkat hampir secara linier dengan total luas permukaan partikel. Jenis dan jumlah surfaktan mempengaruhi ukuran tetesan. Tetesan 30 hingga 200nm dapat diperoleh menggunakan surfaktan anionik atau kationik.

Pigmen dalam Coating

Pigmen organik dan anorganik merupakan komponen penting dari formulasi pelapis. Untuk memaksimalkan kinerja pigmen, diperlukan kontrol yang baik atas ukuran partikel. Saat menambahkan bubuk pigmen ke sistem yang terbawa air, tertular pelarut atau epoksi, partikel pigmen individu cenderung membentuk aglomerat besar. Mekanisme geser tinggi, seperti mixer rotor-stator atau pabrik manik-manik agitator secara konvensional digunakan untuk memecah aglomerat tersebut dan untuk menggiling partikel pigmen individu. Ultrasonikasi dalam alternatif yang sangat efektif untuk langkah ini dalam pembuatan pelapis.

Grafik di bawah ini menunjukkan dampak sonikasi pada ukuran pigmen kilau mutiara. Ultrasonografi menggiling partikel pigmen individu dengan tabrakan antar-partikel berkecepatan tinggi. Keuntungan menonjol dari ultrasonikasi adalah dampak tinggi dari gaya geser kavitasi, yang membuat penggunaan media penggilingan (misalnya manik-manik, mutiara) tidak diperlukan. Saat partikel dipercepat oleh semburan cairan yang sangat cepat hingga 1000 km / jam, partikel bertabrakan dengan keras dan hancur menjadi potongan-potongan kecil. Abrasi partikel memberikan permukaan yang halus pada partikel yang digiling secara ultrasonik. Secara keseluruhan, penggilingan dan dispersi ultrasonik menghasilkan distribusi partikel berukuran halus dan seragam.

Penggilingan ultrasonik dan dispersi pigmen kilau mutiara. Grafik merah menunjukkan distribusi ukuran partikel sebelum sonikasi, kurva hijau selama sonikasi, kurva biru menunjukkan pigmen akhir setelah dispersi ultrasonik.

Penggilingan dan pendispersian ultrasonik sering unggul dari mixer berkecepatan tinggi dan pabrik media karena sonikasi memberikan pemrosesan yang lebih konsisten dari semua partikel. Umumnya, ultrasonikasi menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dan distribusi ukuran partikel yang sempit (kurva penggilingan pigmen). Ini meningkatkan kualitas keseluruhan dispersi pigmen, karena partikel yang lebih besar biasanya mengganggu kemampuan pemrosesan, kilap, ketahanan, dan penampilan optik.

Karena penggilingan dan penggilingan partikel didasarkan pada tabrakan antar-partikel sebagai akibat dari kavitasi ultrasonik, reaktor ultrasonik dapat menangani konsentrasi padat yang cukup tinggi (misalnya batch induk) dan masih menghasilkan efek pengurangan ukuran yang baik. Tabel di bawah ini menunjukkan gambar penggilingan basah TiO2.

TiO2 yang digiling bola sebelum dan sesudah penggilingan ultrasonik

TiO2 kering semprot sebelum dan sesudah penggilingan ultrasonik

Plot di bawah ini menunjukkan kurva distribusi ukuran partikel untuk deaglomerasi degussa anatase titanium dioksida dengan ultrasonikasi. Bentuk kurva yang sempit setelah sonikasi adalah fitur khas dari pemrosesan ultrasonik.

TiO2 yang tersebar secara ultrasonik (Degussa anatase) menunjukkan distribusi ukuran partikel yang sempit.

Nanosize Materials pada High Performance Coatings

Nanoteknologi adalah teknologi baru yang masuk ke banyak industri. Nanomaterial dan nanokomposit digunakan dalam formulasi pelapisan, misalnya untuk meningkatkan ketahanan abrasi dan gores atau stabilitas UV. Tantangan terbesar untuk aplikasi dalam pelapis adalah retensi transparansi, kejernihan, dan kilap. Oleh karena itu, nanopartikel harus sangat kecil untuk menghindari gangguan pada spektrum cahaya yang terlihat. Untuk banyak aplikasi, ini secara substansial lebih rendah dari 100nm.

Penggilingan basah komponen berkinerja tinggi hingga kisaran nanometer menjadi langkah penting dalam formulasi pelapis rekayasa nano. Setiap partikel yang mengganggu cahaya tampak, menyebabkan kabut dan hilangnya transparansi. Oleh karena itu, diperlukan distribusi ukuran yang sangat sempit. Ultrasonikasi adalah cara yang sangat efektif untuk penggilingan padatan halus. Kavitasi ultrasonik / akustik dalam cairan menyebabkan tabrakan antar-partikel berkecepatan tinggi. Berbeda dari pabrik manik-manik konvensional dan pabrik kerikil, partikel itu sendiri saling bercampur, membuat media penggilingan tidak diperlukan.

Perusahaan, seperti Panadur (Jerman) gunakan ultrasonicators Hielscher untuk penyebaran dan deaglomerasi bahan nano dalam pelapis dalam cetakan. Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang dispersi ultrasonik pelapis dalam cetakan!

Untuk sonikasi cairan atau pelarut yang mudah terbakar di lingkungan berbahaya, prosesor bersertifikat ATEX tersedia. Pelajari lebih lanjut tentang ultrasonicator bersertifikat Atex UIP1000-Exd!