Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Ultrasuoni nella formulazione del rivestimento

Vari componenti, come pigmenti, cariche, additivi chimici, reticolanti e modificatori reologici, entrano nelle formulazioni dei rivestimenti e delle vernici. Gli ultrasuoni sono un mezzo efficace per la dispersione e l'emulsione, la deagglomerazione e la fresatura di tali componenti nei rivestimenti.

Gli ultrasuoni sono utilizzati nella formulazione di rivestimenti per:

I rivestimenti rientrano in due grandi categorie: resine a base acqua e a base solvente e resine e rivestimenti. Ogni tipo ha le proprie sfide. Indicazioni per chiamare Riduzione dei COV e gli elevati prezzi dei solventi stimolano la crescita delle tecnologie di resinatura all'acqua. L'uso dell'ultrasuono può migliorare le prestazioni di tale sistemi eco-compatibili.

Gli ultrasuoni possono aiutare i formulatori di rivestimenti architettonici, industriali, automobilistici e per legno a migliorare le caratteristiche del rivestimento, come la forza del colore, il graffio, la resistenza alle cricche e ai raggi UV o la conduttività elettrica. Alcune di queste caratteristiche di rivestimento sono ottenute grazie alla tecnologia inclusione di materiali di dimensioni nanometrichead es. ossidi metallici (TiO2Silica, Ceria, Ceria, ZnO, …).

Gli ultrasuoni aiutano ulteriormente nel Schiumatura (bolle intrappolate) e Degasaggio (gas disciolto) di prodotti altamente viscosi.

Poiché la tecnologia di dispersione a ultrasuoni può essere utilizzata su laboratorio, ripiano e livello di produzioneche tiene conto delle portate superiori a 10 tonnellate/ora, viene applicato nella serie R&D e nella produzione commerciale. I risultati del processo possono essere scalati facilmente (lineare).

L'efficienza energetica complessiva è importante per l'ultrasuoni dei liquidi. L'efficienza descrive quanta potenza viene trasmessa dalla spina al liquido. I nostri dispositivi di sonicazione hanno un'efficienza complessiva di oltre l'80%.Hielscher dispositivi ad ultrasuoni sono molto efficienza energetica. I dispositivi convertono circa l'80-90% della potenza elettrica di ingresso in attività meccanica nel liquido. Ciò comporta una sostanziale riduzione dei costi di lavorazione.

Qui di seguito, è possibile leggere l'uso degli ultrasuoni nella sezione emulsificazione di polimeri in sistemi acquosi, il dispersione e macinazione fine dei pigmentie il riduzione dimensionale dei nanomateriali.

Emulsione Polimerizzazione

Le formulazioni di rivestimento tradizionali utilizzano la chimica di base dei polimeri. Il passaggio alla tecnologia delle vernici all'acqua ha un impatto sulla selezione delle materie prime, sulle proprietà e sulle metodologie di formulazione.

Nella polimerizzazione convenzionale delle emulsioni, ad esempio per le vernici all'acqua, le particelle sono costruite dal centro alla superficie. I fattori cinetici influenzano l'omogeneità e la morfologia delle particelle.

L'elaborazione ad ultrasuoni può essere utilizzata in due modi per generare emulsioni polimeriche.

  • Top-Down: la emulsione/la dispersione di particelle di polimeri più grandi per generare particelle più piccole grazie alla riduzione dimensionale
  • Dal basso verso l'alto: Uso degli ultrasuoni prima o durante l'uso degli ultrasuoni polimerizzazione delle particelle

Polimeri nanoparticolati in miniemulsioni

(Clicca per ingrandire la visuale!) particelle ottenute per poliaddizione in miniemulsioni

La polimerizzazione di particelle in miniemulsioni permette la produzione di particelle polimeriche disperse con buon controllo sulla dimensione delle particelle. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by K. Landfester è il metodo per la formazione di nanoparticelle polimeriche. Questo approccio utilizza l'elevato numero di piccoli nanocompartimenti (fase dispersa) in un'emulsione come nanorreattori. In questi, le particelle sono sintetizzate in modo altamente parallelo nel metodo goccioline individuali, confinate. Nel suo articolo (La generazione di nanoparticelle in miniemulsioni) Landfester presenta la polimerizzazione in nanoreattori ad alta perfezione per la generazione di particelle altamente identiche di dimensioni quasi uniformi. Il immagine sopra mostra particelle ottenute per poliaddizione in miniemulsioni.

Piccole gocce generate dall'applicazione di cesoia (ultrasuoni) e stabilizzati da agenti stabilizzanti (emulsionanti), possono essere induriti per polimerizzazione successiva o per riduzione di temperatura nel caso di materiali da fondere a bassa temperatura. Come l'ultrasonicazione può produrre goccioline molto piccole di dimensione quasi uniforme nel processo di produzione e a lotti, consente un buon controllo sulla granulometria finale. Per la polimerizzazione di nanoparticelle, i monomeri idrofili possono essere emulsionati in fase organica e i monomeri idrofobici in acqua.

Quando si riduce la dimensione delle particelle, l'area totale della superficie delle particelle aumenta contemporaneamente. L'immagine a sinistra mostra la correlazione tra dimensione delle particelle e superficie nel caso di particelle sferiche (Clicca per ingrandirla!). Pertanto, la quantità di tensioattivo necessario per stabilizzare l'emulsione aumenta quasi linearmente con la superficie totale delle particelle. Il tipo e la quantità di tensioattivo influenza la dimensione delle gocce. Gocce da 30 a 200 nm possono essere ottenute utilizzando tensioattivi anionici o cationici.

Pigmenti in Rivestimenti

I pigmenti organici e inorganici sono una componente importante delle formulazioni di rivestimento. Al fine di massimizzare il livello di prestazioni del pigmento è necessario un buon controllo sulla dimensione delle particelle. Quando si aggiunge una polvere di pigmento a sistemi a base acqua, solvente o epossidici, le singole particelle di pigmento tendono a formarsi. grandi agglomerati. Meccanismi ad alta cesoiatura, come i miscelatori rotore-statore o i mulini a grani agitatori, vengono convenzionalmente utilizzati per rompere tali agglomerati e per macinare le singole particelle di pigmento. L'ultrasuoni in un estremamente efficace alternativa per questa fase della produzione di rivestimenti.

L'immagine a destra (Clicca per ingrandirla!) mostrano l'impatto della sonicazione sulla dimensione di un pigmento di lucentezza di una perla. L'ultrasuono macina le singole particelle di pigmento mediante collisione ad alta velocità tra le particelle. Il vantaggio principale di

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely distribuzione granulometrica stretta (curve di macinazione del pigmento). Questo migliora la qualità complessiva delle dispersioni dei pigmenti, in quanto particelle più grandi tipicamente interferiscono con la capacità di lavorazione, la brillantezza, la resistenza e l'aspetto ottico.

Dal momento che la particella Fresatura e la macinazione si basa su collisione tra particelle a seguito di Cavitazione ad ultrasuonii reattori ad ultrasuoni sono in grado di gestire in modo equo elevate concentrazioni di solidi (ad esempio, lotti master) e producono ancora buoni effetti di riduzione delle dimensioni. La tabella seguente mostra le immagini della fresatura ad umido di TiO2 (Fare clic sulle immagini per una visione più ampia!).

innanzi a

Sonicazione
dopo

Sonicazione

TiO2 da mulino a sfere

TiO essiccato a spruzzo2

L'immagine a destra (Clicca per ingrandire!) mostra le curve di distribuzione granulometrica delle particelle per il deagglomerato di Degussa anatasi di biossido di titanio per ultrasuoni. La forma stretta della curva dopo la sonicazione è una caratteristica tipica dell'elaborazione ad ultrasuoni.

Materiali Nanosize in rivestimenti ad alte prestazioni

La nanotecnologia è una tecnologia emergente che si sta facendo strada in molte industrie. I nanomateriali e i nanocompositi vengono utilizzati nelle formulazioni dei rivestimenti, ad esempio per migliorare la resistenza all'abrasione e ai graffi o la stabilità ai raggi UV. La sfida più grande per l'applicazione nei rivestimenti è il mantenimento di trasparenza, chiarezza e brillantezza. Pertanto, le nanoparticelle sono molto piccole per evitare interferenze con lo spettro visibile della luce. Per molte applicazioni, questo è sostanzialmente inferiore a 100 nm.

La macinazione a umido di componenti ad alte prestazioni fino alla gamma dei nanometri diventa un passo cruciale nella formulazione di rivestimenti nanoingegnerizzati. Eventuali particelle che interferiscono con la luce visibile, causano foschia e perdita di trasparenza. Pertanto, sono necessarie distribuzioni di dimensioni molto ridotte. L'ultrasuoni è un mezzo molto efficace per il fresatura fine di solidi. Cavitazione ad ultrasuoni nei liquidi causa collisioni interparticelle ad alta velocità. A differenza dei mulini convenzionali e dei mulini a sfere e dei mulini a ciottoli, le particelle stesse si sminuzzano a vicenda, rendendo superflui i mezzi di macinazione.

Aziende, come Panadur (Germania) utilizzare dispositivi ad ultrasuoni Hielscher per la dispersione e la deagglomerazione di nanomateriali nei rivestimenti interni allo stampo. Clicca qui per saperne di più.

Per la sonicazione di liquidi infiammabili o solventi in ambienti pericolosi FM e dei solventi certificati ATEX, come ad es. UIP1000-Exd sono disponibili.

Richiedi maggiori informazioni su questa applicazione!

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Letteratura

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influenza della viscosità a fase continua sull'emulsificazione ad ultrasuoni, in: Ecografia Sonochimica 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influenza della pressione idrostatica e del contenuto di gas sull'emulsificazione continua ad ultrasuoni, in: Ecografia Sonochimica 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001): La generazione di nanoparticelle in miniemulsioni; in: Materiali avanzati 2001, 13, n. 10, 17 maggio 2001. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Produzione ad ultrasuoni di dispersioni ed emulsioni di nano dimensionidentro: Atti della Conferenza europea sui nanosistemi ENS’05.