分散と粉砕のための超音波：塗料 & 顔料
パワー超音波は、その強力で精密に制御可能な粉砕・分散効果でよく知られています。このため、超音波ホモジナイザーは顔料ペーストや塗料配合の製造に理想的です。工業用超音波分散機は、ミクロンからナノの範囲で非常に均一な粒度分布を提供します。Hielscher社製の超音波処理機を使用すれば、高粘度の大量の流れを処理し、均一な湿潤、分散、脱凝集、粉砕を実現できます！
超音波による塗料製造
ソニケーションで塗料、色、コーティングを改善する：
- 処方： 高粘度、高粒子負荷、水性または溶剤ベースのいずれであっても。 – Hielscherの工業用インライン超音波装置は、どのような製剤でも処理することができます。
- ミクロンサイズとナノサイズ： 音響キャビテーションによって発生する高いせん断力により、粒子を微小な粒子径まで減少させ、均一な分散を実現します。粒子や配合の要件に合わせて超音波処理のパラメーターを調整することで、ナノサイズの顔料を確実に製造することができます。
- 光学的特性： 正しい光学特性を得るためには、顔料の粒子径をコントロールする必要がある。通常、不透明度は粒子径と相関しており、粒子径が細かいほど不透明度は高くなる。例えば、TiO2は特に0.20から0.3ミクロンの粒子サイズに加工され、これは光の波長のおよそ2分の1に相当する。超音波処理によってTiO2顔料を最適なサイズにすることで、究極の隠蔽性が得られる。
- 高性能粒子： 粒子径が小さいほど、色の飽和度、色の一貫性、安定性が高くなります。強力でありながら精密に制御可能な超音波力により、コーティング粒子、SWNT、MWCNT、コアシェル粒子などの修飾および機能化されたナノ粒子を製造することができる。このような粒子はユニークな特性を示し、塗料やコーティングの配合を新しいレベルの品質と機能性（耐紫外線性、耐スクラッチ性、強度、接着性、高耐熱性、赤外線反射率、太陽光反射率など）に高めます。
- 修正された粒子： 表面改質顔料は、高顔料負荷で非常に低い粘度（固形分10％で2.5cP）、優れた懸濁安定性と高純度を有する。超音波アシストによる粒子機能化により、特殊な特性を持つ高性能顔料を簡単に合成することができます。
超音波処理は、顔料ペーストを粉砕・分散するための強力な方法である。
- 最終処方
- 顔料ペーストのマスターバッチ
- 従来の粉砕後の精製粒子
顔料ペーストは、超音波キャビテーションと高剪断力を用いて粉砕・分散され、著しいサイズ減少と均一な分布を示す。上のプロットは、超音波エネルギーが増加するにつれてサイズ減少が増加することを示しています。
塗料を製造するには、顔料、結合剤／皮膜形成剤、希釈剤／溶剤、樹脂、充填剤、添加剤などの成分を均質な配合になるように混ぜ合わせる必要がある。顔料は塗料に色を与える決定要素である。最も重要な白色顔料は酸化チタンであり、所望の白さ、明るさ、不透明度、非常に高い屈折率を示すために、直径0.2～0.3ミクロンの最適な粒子径に粉砕する必要がある。超音波せん断力は、非常に効果的でエネルギー効率の高いTiO2粒子の脱凝集と分散を実現します（下図参照）。
固形分濃度の異なる超音波分散TiO2ナノ粒子懸濁液のTEM。超音波処理は 超音波発生装置 UIP1000hdT
左：超音波エネルギー入力 1.8 × 105 J/L – 右：超音波エネルギー入力 5.4 × 105 J/L
(研究および画像：©Fasaki et al.）
超音波粉砕と分散は、色強度、密度、粉砕の細かさ、分散性、レオロジーを改善することにより、塗料の品質を向上させる。
超音波分散 & 研削条件
塗料やコーティングの品質は、顔料の均質な分散にかかっています。Hielscher Ultrasonics社は、塗料分散、特に顔料負荷の高い配合に効果的な粉砕・摩砕装置を提供しています。ミリング、グラインディング、脱凝集、分散アプリケーション用の超音波分散機のメカニズムは、主に超音波キャビテーションによって発生するせん断原理に基づいています。粒子の解離に必要なキャビテーションせん断力は、高い圧力差、局所的なホットスポット、液体ジェットによって発生し、その結果、粒子間の衝突によって粒子が破壊されます。
超音波プローブあたり16,000ワットのUIP16000hdTのような工業用超音波分散機は、塗料やコーティング剤を大量に処理する能力があります。
超音波処理：7x UIP1000hdT
グラインドメーター上で音波処理されたチョーク塗料は、顔料の完全に均一な脱凝集と粒度分布を示す。
ナノ粒子の分散
超音波粉砕・分散は、ナノ粒子を効率的に処理し、微細分散した一次粒子を得るための唯一の方法であることが多い。一次粒子のサイズが小さいと表面積が大きくなり、ユニークな粒子特性や機能性の発現につながります。同時に、粒子径が小さいほど表面エネルギーが高くなり、凝集や反応性が激しくなるため、ナノ粒子を製剤中に均一に分散させるためには、強力な超音波分散力が必要となる。
さらに、超音波表面処理によってナノ粒子を改質することができ、分散性、分散安定性、疎水性などが改善される。
研究者たちは、ナノ粒子の分散法として超音波分散法を推奨している、 “なぜなら、超音波法によって分散された材料は、ビーズミルによって生成されたものよりもはるかに純度が高いからである。” [Kim et al.］
UVブラック顔料：超音波処理前と処理後
超音波分散技術は、3本ロールミル、ボールミル、メディアミルのような従来の粉砕技術と比較して多くの利点がある。
マスターバッチや塗料配合用の顔料や着色剤の超音波ホモジナイザーと分散について詳しく読む！
お問い合わせ/ お問い合わせ
Caution: Video "duration" is missing
コンパクトなSonoStationは、38リットルの攪拌タンクと調整可能なスネークポンプを組み合わせ、毎分3リットルを1台または2台の超音波フローセルリアクターに供給することができる。
文献・参考文献
- FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
- Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
- Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.
知っておくべき事実
超音波組織ホモジナイザーは、プローブソニケーター/ソニフィケーター、ソニックライザー、超音波ディスラプター、超音波グラインダー、ソノラプター、ソニファイヤー、ソニックディスメンブレーター、セルディスラプター、超音波分散器、乳化器、またはディゾルバーと呼ばれることが多い。異なる用語は、超音波処理によって実現される様々な用途に起因する。
