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 vernici 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.

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Omogeneizzatore a ultrasuoni UIP1000hdT per la dispersione di nanofiller nelle vernici.

Ultrasuonatore UIP1000hdT (1000 watt) dispersione di nanofiller nelle vernici

Dispersione a ultrasuoni di nano-silice in una vernice

Dispersione ad ultrasuoni di silice fumata al 10wt% in acqua utilizzando l'ultrasuonatore UP400St (studio e grafico: Vikash e Kumar, 2020).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.

Il video mostra la miscelazione e la dispersione a ultrasuoni di grafite in 250 ml di resina epossidica (Toolcraft L), utilizzando un omogeneizzatore a ultrasuoni (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics produce apparecchiature per disperdere grafite, grafene, nanotubi di carbonio, nanofili o cariche in laboratorio o in processi di produzione ad alto volume. Le applicazioni tipiche sono la dispersione di nano materiali e micro materiali durante il processo di funzionalizzazione o la dispersione in resine o polimeri.

Miscelare la resina epossidica con il riempitivo di grafite utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St (400 Watt)

Diperser a ultrasuoni per la formulazione delle vernici

  • 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
  • Degasaggio & disaerazione delle vernici
Dispersione a ultrasuoni di nano-silice: L'omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St di Hielscher disperde le nanoparticelle di silice in modo rapido ed efficiente in una nano-dispersione uniforme.

Dispersione a ultrasuoni di nano-silice con l'ultrasuonatore UP400St

La ricerca ha dimostrato la superiorità degli ultrasuoni per la dispersione dei nanofiller

Il dispersore a ultrasuoni può essere utilizzato in modalità batch e a flusso continuo per miscelare i nanofiller nei preparati.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.”

Il dispersore a ultrasuoni UIP1000hdT supera il miscelatore a rotore statore e il miscelatore Cowles nella dispersione di nano-TiO2.

Distribuzioni granulometriche di dispersioni acquose di nano-TiO2 (10mgmL-1, pH = 9) preparate con diverse tecniche di dispersione. L'ultrasonicazione produce le nanoparticelle di TiO2 più piccole e le curve di riduzione delle dimensioni delle particelle più strette. Quando è stato utilizzato il disperdente (Na-PAA), il rapporto con il nano-TiO2 era di 1:1.
(studio e grafico: © Monteiro et al., 2014)

Le particelle di biossido di titanio TiO2 dopo la macinazione a ultrasuoni mostrano un diametro drasticamente ridotto e una stretta distribuzione dimensionale.

TiO2 essiccato a spruzzo prima e dopo la macinazione a ultrasuoni

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)

Il TiO2 disperso a ultrasuoni (Degussa anatase) mostra una stretta distribuzione delle dimensioni delle particelle.

Il TiO2 disperso a ultrasuoni (Degussa anatase) mostra una stretta distribuzione delle dimensioni delle particelle.

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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.

In questo video vi mostriamo un sistema a ultrasuoni da 2 kilowatt per il funzionamento in linea in un armadio spurgabile. Hielscher fornisce apparecchiature a ultrasuoni a quasi tutti i settori industriali, come l'industria chimica, farmaceutica, cosmetica, petrolchimica e per i processi di estrazione con solventi. Questo armadio in acciaio inox spurgabile è progettato per il funzionamento in aree pericolose. A tale scopo, l'armadio sigillato può essere spurgato dal cliente con azoto o aria fresca per evitare che gas o vapori infiammabili entrino nell'armadio.

2x Ultrasuonatori da 1000 Watt in armadio spurgabile per l'installazione in aree pericolose

Per qualsiasi volume/capacità: Hielscher offre ultrasuoni e un ampio portafoglio di accessori. Questo permette 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, la 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 un funzionamento 24/7/365 e richiedono pochissima manutenzione.
Facilità d'uso: Il software elaborato dei nostri dispositivi a ultrasuoni permette la preselezione e il salvataggio delle impostazioni di sonicazione per una sonicazione semplice e affidabile. Il menu intuitivo è facilmente accessibile tramite un touch-display digitale a colori. Il controllo remoto del browser permette 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: Se confrontati con 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.

L'immagine mostra un tipico risultato della dispersione ultrasonica di silice fumata in acqua.

Dispersione a ultrasuoni di silice fumata in acqua. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni possono produrre nanodispersioni efficienti e affidabili, ad es. Nanosilice.

Perché Hielscher Ultrasonics?

  • alta efficienza
  • Tecnologia all'avanguardia
  • attendibilità & robustezza
  • lotto & in linea
  • per qualsiasi volume - da piccole fiale a carichi di camion all'ora
  • Scientificamente provato
  • software intelligente
  • caratteristiche intelligenti (per esempio, protocollatura 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 ultrasuoni:

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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Utilizzate il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni sui dispersori a ultrasuoni, sulle applicazioni relative ai nanofiller e sul prezzo. Saremo lieti di discutere con voi il vostro processo e di offrirvi un omogeneizzatore a ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.