コーティング配合物中の超音波

例えば顔料、充填剤、化学添加剤、架橋剤及びレオロジー調整剤などの様々な成分は、コーティングおよび塗料配合物に入ります。超音波は、コーティング中のこのような成分の分散および乳化剤、解凝集及び粉砕するための有効な手段です。

超音波はのためのコーティングの製剤に使用されます。

コーティングは、水性樹脂と溶剤ベースの樹脂とコーティングの2つの大きなカテゴリに分類されます。各タイプには独自の課題があります。VOC削減と溶剤価格の高騰が求められる中、水性樹脂コーティング技術の成長を刺激しています。超音波処理の使用は、このような環境に優しいシステムの性能を向上させることができます。

超音波処理による強化されたコーティング製剤

超音波は、建築、産業、自動車、木材コーティングの配合者が、色強度、傷、亀裂、耐紫外線性または導電性などのコーティング特性を高めるのに役立ちます。これらのコーティング特性のいくつかは、ナノサイズの材料、例えば金属酸化物(TiO)の含有によって達成される。2、シリカ、セリア、酸化亜鉛、 …)。

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コーティングの分散のための2kWの超音波処理能力の合計を有する2x UIP1000hdTの超音波分散システム。

パージ可能なキャビネット内の2x 1000ワット超音波分散機の超音波システム。

超音波は、粘性の高い製品の脱泡(閉じ込められた気泡)および脱気(溶存ガス)にさらに役立ちます。 液体の超音波脱気と脱気についてもっと読む!

超音波分散技術は、ラボ、ベンチトップ、工業生産レベルで使用することができるので、10トン/時間を超えるスループット速度を可能にし、Rに適用されています&Dステージと商業生産で。プロセスの結果は、簡単かつ直線的にスケールアップできます。

全体的なエネルギー効率は液体の超音波のために重要ですヒールシャー超音波装置は非常にエネルギー効率が良いです。これらのデバイスは、電気入力電力の約80〜90%を液体中の機械的活動に変換します。これにより、処理コストが大幅に削減されます。

以下のリンクをたどると、

超音波処理を用いた乳化重合

従来のコーティング製剤は、基本的なポリマー化学を使用します。水性コーティング技術への変更は、原材料の選択、特性、配合方法に影響を与えます。

従来の乳化重合において、例えば水性コーティングのために、粒子は、その表面に中心から構築されます。キネティック要因は、粒子の均一性および形態に影響を与えます。

超音波処理は2つの方法で使用することができるポリマーエマルジョンを生成します。

  • トップダウン乳化/分散 小型化により、より小さい粒子を生成するために、より大きなポリマー粒子の
  • 一気飲み:粒子重合前または重合中の超音波の使用

 

このビデオでは、パージ可能なキャビネットでインライン操作のための2キロワットの超音波システムを紹介します。ヒールシャーは、化学工業、製薬、化粧品、石油化学プロセスだけでなく、溶剤ベースの抽出プロセスなど、ほぼすべての産業に超音波装置を供給しています。このパージ可能なステンレス鋼キャビネットは、危険区域での動作のために設計されています。この目的のために、密封されたキャビネットは、可燃性ガスまたは蒸気がキャビネットに入るのを防ぐために、窒素または新鮮な空気で顧客によってパージされ得る。

危険区域に取付けるためのパージ可能なキャビネットの2x 1000ワットの超音波装置

 

ミニエマルジョンでのナノ粒子状のポリマー

微粒子化により得られた粒子ミニエマルション中の粒子の重合は、粒子サイズを良好に制御した分散ポリマー粒子の製造を可能にする。K. Landfester(2001)によって提示されるように、ミニエマルジョン(ナノリアクターとしても知られている)中のナノ粒子ポリマー粒子の合成は、ポリマーナノ粒子の形成のための優れた方法である。このアプローチは、エマルジョン中の多数の小さなナノコンパートメント(分散相)をナノリアクターとして使用する。これらにおいて、粒子は、個々の閉じ込められた液滴において高度に平行な方法で合成される。彼女の論文では、Landfester(2001)は、ほぼ均一なサイズの非常に同一の粒子を生成するために、ナノリアクターでの重合を高い完成度で提示している。上の画像は、ミニエマルジョン中の超音波支援重付加によって得られた粒子を示す。

高剪断力(超音波処理)の適用によって生成され、安定化剤(乳化剤)によって安定化された小さな液滴は、その後の重合によって、または低温溶融材料の場合の温度低下によって硬化させることができる。超音波処理は、バッチおよび製造プロセスでほぼ均一なサイズの非常に小さな液滴を生成することができるので、それは最終的な粒径を良好に制御することを可能にする。ナノ粒子の重合のために、親水性モノマーを有機相に乳化し、疎水性モノマーを水中に乳化することができる。

粒子サイズが表面積に及ぼす影響粒径を小さくすると、粒子全体の表面積が同時に増加する。左の写真は、球状粒子の場合の粒径と表面積の相関関係を示しています。したがって、エマルションを安定化させるのに必要な界面活性剤の量は、粒子全表面積とほぼ直線的に増加する。界面活性剤の種類と量は、液滴サイズに影響します。30〜200nmの液滴は、アニオン性またはカチオン性界面活性剤を用いて得ることができる。

塗料中の顔料

有機および無機顔料は、コーティング製剤の重要な成分である。顔料性能を最大にするためには、粒径を良好に制御することが必要である。顔料粉末を水性、溶剤性またはエポキシ系に加える場合、個々の顔料粒子は大きな凝集体を形成する傾向がある。ローター - ステーターミキサーまたはアジテータービーズミルなどの高剪断機構は、従来、このような凝集体を破壊し、個々の顔料粒子を粉砕するために使用されている。コーティングの製造におけるこのステップのための非常に効果的な代替手段における超音波処理。

下のグラフは、真珠光沢顔料のサイズに対する超音波処理の影響を示しています。超音波は、高速粒子間衝突によって個々の顔料粒子を粉砕する。超音波処理の顕著な利点は、キャビテーションせん断力の影響が高いため、粉砕媒体(ビーズ、真珠など)の使用が不要になります。粒子は時速1000kmまでの非常に速い液体ジェットによって加速されると、激しく衝突し、小さな破片に粉砕されます。粒子の摩耗は、超音波粉砕された粒子に滑らかな表面を与える。全体として、超音波粉砕および分散は、微細サイズおよび均一な粒子分布をもたらす。

超音波粉砕およびパール光沢顔料の分散。

超音波粉砕およびパール光沢顔料の分散。赤いグラフは超音波処理前の粒度分布を示し、緑の曲線は超音波処理中、青い曲線は超音波分散後の最終顔料を示しています。

 

超音波粉砕および分散は、超音波処理がすべての粒子のより一貫した処理を提供するので、しばしば高速ミキサーおよび媒体ミルに優れている。一般に、超音波処理は、より小さな粒径と狭い粒度分布(顔料粉砕曲線)を生成します。これは、より大きな粒子が典型的には処理能力、光沢、抵抗および光学外観を妨げるので、顔料分散液の全体的な品質を改善する。

粒子粉砕および粉砕は、超音波キャビテーションの結果としての粒子間衝突に基づいているので、超音波反応器は、かなり高い固体濃度(例えば、マスターバッチ)を処理し、依然として良好なサイズ縮小効果を生成することができる。以下の表は、TiO2の湿式粉砕の写真を示しています。

超音波粉砕二酸化チタンTiO2粒子は、劇的に減少した直径と狭いサイズ分布を示しています。

超音波フライス加工前後のボールミルトTiO2

超音波粉砕後の二酸化チタンTiO2粒子は、劇的に減少した直径および狭いサイズ分布を示す。

超音波フライス加工前後の噴霧乾燥TiO2

以下のプロットは、超音波処理によるデグサアナターゼ型二酸化チタンの解凝集のための粒度分布曲線を示しています。超音波処理後の曲線の狭い形状は、超音波処理の典型的な特徴である。

超音波分散TiO2(デグサアナターゼ)は、狭い粒度分布を示す。

超音波分散TiO2(デグサアナターゼ)は、狭い粒度分布を示す。

高性能コーティングでナノサイズの材料

ナノテクノロジーは、多くの産業に進出する新興技術です。ナノ材料およびナノコンポジットは、例えば、摩耗や耐傷性またはUV安定性を高めるために、コーティング製剤に使用されています。コーティングの適用のための最大の課題は、透明性、透明度、光沢の保持です。したがって、ナノ粒子は、光の可視スペクトルとの干渉を避けるために非常に小さくなっている。多くの用途において、これは100nmより実質的に低い。

ナノメートル範囲への高性能部品の湿式粉砕は、ナノエンジニアリングコーティングの配合において重要なステップとなる。可視光を妨害する粒子はいずれも、透明性の低下やヘイズの原因となる。したがって、非常に狭いサイズ分布が必要です。超音波処理は、固体の微細粉砕のための非常に効果的な手段です。液体中の超音波/音響キャビテーションは、高速粒子間衝突を引き起こす。従来のビーズミルやペブルミルとは異なり、粒子自体が互いに分裂しているため、ミリング媒体が不要になります。

企業など Panadur(ドイツ) 金型内コーティング中のナノ材料の分散と解凝集のためにヒールシャー超音波装置を使用してください。 金型内コーティングの超音波分散についての詳細を読むにはここをクリック!

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ビデオはS24d 22mmの調査とUP400Stを使用して赤い色の超音波分散を示している。

UP400Stを用いた超音波赤色分散


顔料の効率的な分散と粉砕のための工業用超音波ホモジナイザー。

MultiSonoReactor MSR-4は、顔料およびポリマー分散液の工業生産に適した工業用インラインホモジナイザーです。


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