Come miscelare le vernici con nanofillers
La produzione di vernici richiede potenti apparecchiature di miscelazione in grado di gestire nano-particelle e pigmenti, che devono essere dispersi uniformemente nella formulazione. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni sono una tecnica di dispersione altamente efficiente e affidabile che garantisce una distribuzione omogenea delle nanoparticelle nei polimeri.
Produzione di vernice con miscelatori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Una vernice è descritta come un rivestimento o una pellicola protettiva trasparente e dura, formulata a partire da resine (ad esempio, acriliche, poliuretaniche, alchidiche, gommalacca), olio essiccante, un essiccatore per metalli e solventi volatili (ad esempio, nafta, spirito minerale o diluente). Quando la vernice si asciuga, il solvente contenuto evapora e i componenti rimanenti si ossidano o polimerizzano formando una pellicola trasparente e duratura. Le vernici sono utilizzate principalmente come rivestimenti protettivi per superfici in legno, dipinti e vari oggetti decorativi, mentre le vernici a polimerizzazione UV sono utilizzate nei rivestimenti per automobili, nei cosmetici, negli alimenti, nella scienza e in altri settori.
Dispersione a ultrasuoni di nano-silice in una vernice
Un esempio comune di dispersione a ultrasuoni è l'incorporazione di silice colloidale, che di solito viene aggiunta per conferire alle vernici proprietà tissotropiche.
Ad esempio, le vernici polieterimmidiche caricate con nano-silice mostrano una durata di vita fino a trenta volte superiore rispetto a quelle standard. La nano-silice migliora le proprietà della vernice, come la conduttività elettrica, la rigidità dielettrica in corrente continua e alternata e la forza di adesione. I dispersori a ultrasuoni sono quindi ampiamente utilizzati per la produzione di rivestimenti elettricamente conduttivi.
Altri minerali silicati, wollastonite, talco, mica, caolino, feldspato e nefelina sienite, sono riempitivi a basso costo e ampiamente utilizzati come cosiddetti pigmenti estensori, che vengono aggiunti per modificare la reologia (viscosità), la stabilità di sedimentazione e la resistenza del film nei rivestimenti.
- macinazione e deagglomerazione di nanoparticelle
- miscelazione di nano-additivi
- dispersioni di colore
- dispersioni di pigmenti
- dispersioni opache e lucide
- modifica della reologia e dell'assottigliamento al taglio
- degassificazione & disaerazione delle vernici
La ricerca ha dimostrato la superiorità degli ultrasuoni per la dispersione dei nanofiller
Monteiro et al. (2014) hanno confrontato le tecnologie di dispersione più comuni – ovvero il miscelatore rotore-statore, la girante Cowles e il dispersore a sonda ultrasonica. – per quanto riguarda la loro efficienza nel disperdere il biossido di titanio (TiO2, anatasio). L'ultrasuonoterapia si è rivelata la più efficiente per disperdere le nanoparticelle in acqua utilizzando il polielettrolita Na-PAA convenzionale e ha superato in modo significativo la miscelazione con un rotore-statore o con la girante Cowles.
I dettagli dello studio: Sono state confrontate diverse tecniche di dispersione per identificare la più efficace nel creare una sospensione acquosa di nano-TiO2 ben deagglomerata. Come disperdente di riferimento è stato utilizzato il sale di sodio dell'acido poliacrilico (Na-PAA), convenzionalmente utilizzato nell'industria per le dispersioni acquose di TiO2. La Fig. 1 mostra le distribuzioni granulometriche volumetriche (PSD) ottenute utilizzando il dispersore Cowles (30 minuti a 2000 rpm), il miscelatore rotore-statore (30 minuti a 14000 rpm) e l'ultrasuonizzazione a sonda (Hielscher UIP1000hdT, 2 minuti al 50% di ampiezza). “Utilizzando il disperdente Cowles, le dimensioni delle particelle erano comprese in tre diversi intervalli: 40-100 nm, 350-1000 nm e 1200-4000 nm. Gli agglomerati più grandi dominano chiaramente la distribuzione, dimostrando che questa tecnica è inefficiente. Anche il rotore-statore ha fornito risultati insoddisfacenti, indipendentemente dal fatto che le nanoparticelle siano state aggiunte in una sola volta o gradualmente durante il tempo di miscelazione. La differenza principale osservata nel risultato di Cowles è legata allo spostamento del picco centrale verso le particelle di dimensioni più elevate, fondendosi in parte con il picco più a destra. D'altra parte, l'uso degli ultrasuoni ha dato un risultato molto migliore, con un picco stretto centrato a 0,1 nm e due picchi molto più piccoli negli intervalli 150-280 nm e 380-800 nm.”
Questo risultato concorda con il lavoro di Sato et al. (2008), che ha riportato risultati migliori con gli ultrasuoni rispetto ad altre tecniche per la dispersione di particelle nanometriche di TiO2 in acqua. Le onde d'urto create dalla cavitazione acustica/ ultrasonica portano a collisioni interparticellari molto intense e a un'efficiente macinazione e deagglomerazione delle particelle in frammenti uniformi su scala nanometrica.
(cfr. Monteiro et al., 2014)
Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di vernici
Quando le nanoparticelle e i nanofiller vengono utilizzati nei processi produttivi industriali, come la produzione di vernici e rivestimenti, la polvere secca deve essere miscelata in modo omogeneo in una fase liquida. La dispersione delle nanoparticelle richiede una tecnica di miscelazione affidabile ed efficace, che applichi un'energia sufficiente a rompere gli agglomerati per liberare le qualità delle particelle su scala nanometrica. Gli ultrasonici sono noti come disperdenti potenti e affidabili, pertanto vengono utilizzati per deagglomerare e distribuire in modo omogeneo vari materiali come silice, nanotubi, grafene, minerali e molti altri materiali in una fase liquida come resine, epossidici e master batches di pigmenti. Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per qualsiasi tipo di applicazione di omogeneizzazione e deagglomerazione.
Quando si tratta di produrre nano-dispersioni, un controllo preciso della sonicazione e un trattamento ultrasonico affidabile della sospensione di nanoparticelle sono essenziali per ottenere prodotti ad alte prestazioni. I processori di Hielscher Ultrasonics consentono il pieno controllo di tutti i parametri di lavorazione più importanti, come l'energia immessa, l'intensità degli ultrasuoni, l'ampiezza, la pressione, la temperatura e il tempo di ritenzione. In questo modo, è possibile regolare i parametri in condizioni ottimizzate, che portano successivamente a una nano-dispersione di alta qualità, come gli impasti di nanosilice o nano-TiO2.
Per qualsiasi volume/capacità: Hielscher offre ultrasuonatori e un'ampia gamma di accessori. Ciò consente di configurare il sistema a ultrasuoni ideale per la vostra applicazione e capacità produttiva. Da piccole fiale contenenti pochi millilitri a flussi ad alto volume di migliaia di litri all'ora, Hielscher offre la soluzione a ultrasuoni adatta al vostro processo.
Alta viscosità: I sistemi in linea a ultrasuoni processano facilmente formulazioni pastose, ad esempio master batches di pigmento, in cui un pigmento viene miscelato con un elevato carico di particelle in modo uniforme in una miscela di plastificante, monomero e polimero.
Robustezza: I nostri sistemi a ultrasuoni sono robusti e affidabili. Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono costruiti per funzionare 24/7/365 e richiedono pochissima manutenzione.
Facilità d'uso: Il software elaborato dei nostri dispositivi a ultrasuoni consente di preselezionare e salvare le impostazioni di sonicazione per una sonicazione semplice e affidabile. Il menu intuitivo è facilmente accessibile tramite un display digitale a sfioramento colorato. Il controllo remoto via browser consente di operare e monitorare tramite qualsiasi browser internet. La registrazione automatica dei dati salva i parametri di processo di ogni sonicazione su una scheda SD integrata.
Eccellente efficienza energetica: Rispetto alle tecnologie di dispersione alternative, gli ultrasuoni Hielscher eccellono per l'eccezionale efficienza energetica e i risultati superiori nella distribuzione delle dimensioni delle particelle.
Alta qualità & Robustezza: Gli ultrasuoni Hielscher sono riconosciuti per la loro qualità, affidabilità e robustezza. Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuoni ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.
- Alta efficienza
- Tecnologia all'avanguardia
- affidabilità & robustezza
- lotto & in linea
- per qualsiasi volume - da piccole fiale a carichi di camion all'ora
- Scientificamente provato
- software intelligente
- funzioni intelligenti (ad esempio, protocollaggio dei dati)
- CIP (clean-in-place)
- funzionamento semplice e sicuro
- facile installazione, bassa manutenzione
- economicamente vantaggioso (meno manodopera, tempo di lavorazione, energia)
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
---|---|---|
1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Letteratura / Riferimenti
- S. Monteiro, A. Dias, A.M. Mendes, J.P. Mendes, A.C. Serra, N. Rocha, J.F.J. Coelho, F.D. Magalhães (2014): Stabilization of nano-TiO2 aqueous dispersions with poly(ethylene glycol)-b-poly(4-vinyl pyridine) block copolymer and their incorporation in photocatalytic acrylic varnishes. Progress in Organic Coatings, 77, 2014. 1741-1749.
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- K. Sato, J.-G. Li, H. Kamiya, T. Ishigaki (2008): Ultrasonic dispersion of TiO2 nanoparticles in aqueous suspension. Journal of the American Ceramic Society 91, 2008. 2481– 2487.