分散および粉砕のための超音波:ペンキ & 顔料
パワー超音波は、その強力で正確に制御可能な粉砕および分散効果でよく知られています。これにより、超音波ホモジナイザーは顔料ペーストおよび塗料配合物の製造に理想的です。工業用超音波装置は、ミクロンおよびナノ範囲で非常に均一な粒度分布を提供します。ヒールシャーの超音波処理器で高粘度の大量の流れを処理して、均質な湿潤、分散、解凝集、粉砕を達成します!
超音波による塗料製造
超音波処理で塗料、色、コーティングを改善します。
- 定式 化： 高粘度、高粒子負荷、水性または溶剤ベース – ヒールシャー工業用インライン超音波装置を使用すると、任意の製剤を処理できます。
- ミクロンおよびナノサイズ: 音響キャビテーションによって生成される高いせん断力により、粒子が微小な粒子径に減少し、均一な分散が得られます。超音波処理パラメータを粒子と製剤の要件に合わせて調整することで、ナノサイズの顔料を確実に製造できます。
- 光学特性: 正しい光学特性を得るためには、顔料の粒度を制御する必要があります。通常、不透明度は粒子サイズと相関しており、粒子サイズが細かいほど不透明度が高くなります。例えば、TiO2は、光の波長の約半分に相当する0.20〜0.3ミクロンの粒子サイズに特別に加工されています。超音波処理はTiO2顔料を最適なサイズに縮小し、究極の隠蔽が得られるようにします。
- 高性能パーティクル: 粒子サイズが小さいほど、彩度、色の一貫性、安定性が向上します。強力でありながら正確に制御可能な超音波力により、コーティングされた粒子、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生成することができます。このような粒子は、独自の特性を示し、塗料やコーティングの配合物を新しいレベルの品質と機能(耐紫外線性、耐スクラッチ性、強度、接着性、高耐熱性、赤外線、太陽反射率など)に引き上げます。
- 変更された粒子: 表面改質顔料は、高顔料負荷(10%固形分で2.5cP)で非常に低い粘度、優れた懸濁安定性、および高純度を示します。超音波支援粒子官能基化は、特別な特性を有する高性能顔料を合成することを容易にする。
超音波処理は、顔料ペーストを粉砕および分散するための強力な方法です。
- 最終処方
- 顔料ペーストのマスターバッチ
- 従来のミリング後の粒子の精製
顔料ペーストは、超音波キャビテーションを使用して粉砕および分散され、高せん断力は大幅なサイズ縮小と均一な分布を示します。上のプロットは、超音波エネルギーの増加に伴うサイズの縮小を示しています。
塗料の製造では、顔料、バインダー/フィルム形成剤、希釈剤/溶剤、樹脂、フィラー、添加剤などの成分を混合して均質な配合にする必要があります。顔料は、塗料に色を与える決定的な成分です。最も重要な白色顔料はTiO2であり、白色度、輝度、不透明度、および非常に高い屈折率の望ましいグレードを示すために、直径0.2〜0.3ミクロンの最適な粒子サイズに粉砕する必要があります。超音波せん断力は、TiO2粒子の非常に効果的でエネルギー効率の高い解凝集と分散を提供します(下の画像を参照)。
異なる固体濃度を有する超音波分散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
(研究と画像:©Fasaki et al., 2012)
超音波フライス加工と分散は、その色の強度、密度、研削の細かさ、分散、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ます。
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依存しています。ヒールシャー超音波は、塗料分散のための効果的なフライス加工および研削装置、特に高い顔料負荷を持つ配合のための装置を提供しています。フライス加工、研削、解凝集および分散用途のため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生成され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、高圧差、局所的なホットスポット、液体ジェットによって生成され、その結果、粒子間衝突によって粒子が分裂します。
超音波プローブあたり16,000ワットのUIP16000hdTなどの産業用超音波分散機は、塗料やコーティングの大量ストリームを処理する能力を持っています。
超音波処理:7倍 UIP1000hdTの
グラインドメーター上の超音波処理チョーク塗料は、顔料の完全に均一な解凝集と粒度分布を示しています
ナノ粒子の分散
超音波粉砕および分散は、多くの場合、ナノ粒子を効率的に処理して、sinlge分散一次粒子を得るための唯一の方法である。一次粒子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と機能の発現と相関します。同時に、より小さな粒子サイズは、より厳しい凝集および反応性のための高い表面エネルギーと関連しているので、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される。
さらに、超音波表面処理は、ナノ粒子を改質することができ、これにより分散性、分散安定性、疎水性および他の特徴が改善される。
研究者は、ナノ粒子の超音波分散法を好ましい溶液として推奨しています。 “超音波法によって分散された材料は、ビーズフライス加工によって製造された材料よりもはるかに純粋であるためです。” [Kim et al. 2010]。
UV-ブラック顔料:超音波処理の前後
超音波分散技術は、3本ロール、ボール、メディアミルなどの従来のフライス加工技術と比較して多くの利点があります。
マスターバッチおよび塗料配合物のための顔料および着色剤の超音波均質化および分散についてもっと読む!
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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プログレッシブキャビティポンプを組み合わせており、1分あたり最大3リットルを1つまたは2つの超音波フローセルリアクターに供給できます。
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.
知っておく価値のある事実
超音波組織ホモジナイザーは、しばしば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、ソニファイア、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、乳化剤または溶解剤と呼ばれる。異なる用語は、超音波処理によって達成することができる様々なアプリケーションから生じます。
