ナノフィラー入りワニスの混ぜ方

ワニスの製造には、製剤中に均一に分散させなければならないナノ粒子や顔料を扱うことができる強力な混合装置が必要です。超音波ホモジナイザーは非常に効率的で信頼性の高い分散技術であり、ポリマー中にナノ粒子を均一に分散させることができます。

高性能超音波ミキサーによるワニス製造

ワニスは透明で硬い保護膜で、樹脂（アクリル、ポリウレタン、アルキド、シェラックなど）、乾燥油、金属乾燥剤、揮発性溶剤（ナフサ、ミネラルスピリット、シンナーなど）から作られます。ワニスが乾燥すると、含まれていた溶剤が蒸発し、残った成分が酸化または重合して耐久性のある透明な皮膜を形成する。ワニスは主に木製の表面や絵画、様々な装飾品の保護塗料として使用され、UV硬化ワニスは自動車塗料、化粧品、食品、科学などの分野で使用される。

ワニス中へのナノシリカの超音波分散

超音波分散の一般的な例としては、コロイド状シリカの混入があり、これは通常ワニスにチキソトロピー性を付与するために添加される。
例えば、ナノシリカを充填したポリエーテルイミドワニスは、標準的なワニスの30倍まで寿命が延びる。ナノシリカは、ワニスの導電性、直流および交流の絶縁耐力、接着強度などの特性を向上させる。そのため、超音波分散器は導電性コーティングの製造に広く使用されている。
その他の珪酸塩鉱物、ウォラストナイト、タルク、雲母、カオリン、長石、ネフェリン・シエナイトは安価な充填剤であり、いわゆるエクステンダー顔料として広く使用されている。これらは、塗料のレオロジー（粘度）、沈降安定性、皮膜強度を修正するために添加される。

ナノフィラー分散における超音波発生装置の優位性が研究で証明される

Monteiroら（2014）は、一般的な分散技術を比較した。 – すなわち、ローター・ステーター・ミキサー、カウレス・インペラー、超音波プローブ型分散機である。 – 二酸化チタン(TiO2、アナターゼ)を分散させる際の効率について。従来のNa-PAA高分子電解質を用いた水中でのナノ粒子の分散には、超音波処理が最も効率的であり、ローター・ステーターやカウレス・インペラーを用いた混合よりも大幅に優れていることが明らかになった。
研究の詳細ナノTiO2水性懸濁液を良好に凝集除去するために最も効果的な方法を特定するために、様々な分散技術を比較した。ポリアクリル酸ナトリウム塩(Na-PAA)は、TiO2水分散液の分散剤として従来から産業界で使用されているものである。図1は、Cowles分散機（2000 rpmで30分）、ローター・ステーター・ミキサー（14000 rpmで30分）、およびプローブ型超音波処理(ヒールシャーUIP1000hdT振幅50％で2分間）。 “カウレス分散機を使用し、粒子径は3つの異なる範囲にあった：40-100 nm、350-1000 nm、1200-4000 nmである。大きな凝集体が明らかに分布を支配しており、この手法が非効率的であることを示している。ローター・ステーターも、ナノ粒子を一度に添加しても、混合時間と共に徐々に添加しても、満足のいく結果は得られなかった。Cowlesの結果で観察された大きな違いは、真ん中のピークが粒径の大きい方にシフトし、右端のピークと一部合体していることに関連している。一方、超音波を使用すると、0.1 nmを中心とする狭いピークと、150～280 nmと380～800 nmの範囲にある2つの非常に小さいピークを持つ、はるかに良い結果が得られた。”

異なる分散技術を用いて調製したナノTiO2水分散液（10mgmL-1、pH＝9）の粒度分布。超音波処理により、最も小さなTiO2ナノ粒子が得られ、粒子径減少曲線が最も狭くなった。分散剤（Na-PAA）を使用した場合、ナノTiO2に対する比率は1:1であった。
(研究およびグラフィック：© Monteiro et al.）

超音波粉砕前後の噴霧乾燥TiO2

この結果は、ナノサイズのTiO2粒子を水中に分散させるための他の技術よりも超音波処理の方が良い結果を報告しているSatoら(2008)の研究と一致している。音響/超音波キャビテーションによって発生する衝撃波は、非常に激しい粒子間衝突を引き起こし、効率的な粒子粉砕と均一なナノスケールの断片への脱凝集をもたらす。
(参照：Monteiro et al.）

ワニス製造用高性能超音波ホモジナイザー

ナノ粒子やナノフィラーをワニスやコーティング剤の製造などの工業的製造工程で使用する場合、乾燥粉末を液相に均一に混合する必要があります。ナノ粒子の分散には、ナノスケール粒子の特性を引き出すために凝集体を破壊するのに十分なエネルギーを加える、信頼性が高く効果的な混合技術が必要です。超音波分散機は、強力で信頼性の高い分散機としてよく知られており、シリカ、ナノチューブ、グラフェン、鉱物など様々な材料の凝集を解き、樹脂、エポキシ、顔料のマスターバッチなどの液相に均質に分散させるために使用されます。Hielscher Ultrasonics社は、あらゆる種類の均質化および脱凝集アプリケーション用の高性能超音波分散機を設計、製造、販売しています。
ナノ分散液の製造において、高性能な製品を得るためには、正確な超音波処理制御とナノ粒子懸濁液の信頼性の高い超音波処理が不可欠です。Hielscher Ultrasonicsのプロセッサーは、エネルギー入力、超音波強度、振幅、圧力、温度、保持時間など、すべての重要な処理パラメーターを完全に制御できます。これにより、パラメータを最適な条件に調整することができ、ナノシリカやナノTiO2スラリーのような高品質のナノ分散につながります。

どのような容量でも： Hielscher社は、超音波発生装置と幅広いアクセサリーのポートフォリオを提供しています。これにより、お客様のアプリケーションと生産能力に最適な超音波システムを構成することができます。数ミリリットルの小さなバイアルから、1時間当たり数千ガロンの大流量まで、Hielscherはお客様のプロセスに適した超音波ソリューションを提供します。
高粘度： 超音波インラインシステムは、例えば顔料マスターバッチなど、顔料が可塑剤、モノマー、ポリマーの混合物中で高粒子負荷で均一に混合されるペースト状の配合物を容易に処理します。
堅牢性： 当社の超音波システムは堅牢で信頼性があります。Hielscherの超音波装置はすべて、24時間365日稼動するように設計されており、メンテナンスはほとんど必要ありません。
使い勝手の良さ： 当社の超音波装置の精巧なソフトウェアでは、超音波処理の設定を事前に選択・保存することができ、シンプルで信頼性の高い超音波処理を実現します。直感的なメニューは、デジタルカラータッチディスプレイから簡単にアクセスできます。リモートブラウザコントロールにより、どのインターネットブラウザからでも操作・監視が可能です。自動データ記録機能により、超音波処理のプロセスパラメーターが内蔵SDカードに保存されます。
優れたエネルギー効率： 他の分散技術と比較した場合、Hielscher社の超音波装置は、優れたエネルギー効率と粒度分布の優れた結果で優れています。
高品質 & 堅牢性： Hielscher社の超音波装置は、その品質、信頼性、堅牢性で高く評価されています。Hielscher UltrasonicsはISO認証取得企業であり、最先端技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：