ულტრაბგერა საფარის ფორმულირებაში
სხვადასხვა კომპონენტები, როგორიცაა პიგმენტები, შემავსებლები, ქიმიური დანამატები, კროსლინკერები და რეოლოგიის მოდიფიკატორები, შედის საფარისა და საღებავის ფორმულირებებში. ულტრაბგერა არის ეფექტური საშუალება საფარებში ასეთი კომპონენტების დისპერსიისა და ემულგაციის, დეაგლომერაციისა და დაფქვისთვის.
ულტრაბგერა გამოიყენება საფარის ფორმულირებაში:
- პოლიმერების ემულსიფიკაცია წყლის სისტემებში
- პიგმენტების დაშლა და წვრილად დაფქვა
- ნანომასალების ზომის შემცირება მაღალი ხარისხის საფარებში
საფარები იყოფა ორ ფართო კატეგორიად: წყლის და გამხსნელზე დაფუძნებული ფისები და საფარები. თითოეულ ტიპს აქვს საკუთარი გამოწვევები. მიმართულებები, რომლებიც ითხოვენ VOC-ის შემცირებას და გამხსნელების მაღალ ფასებს, ასტიმულირებს წყლის ფისოვანი საფარის ტექნოლოგიების ზრდას. ულტრაბგერითი გამოკვლევის გამოყენებამ შეიძლება გააუმჯობესოს ასეთი ეკოლოგიურად სუფთა სისტემების მუშაობა.
გაძლიერებული საფარი ფორმულირება გამო ულტრაბგერითი
ულტრაბგერითი შეიძლება დაეხმაროს არქიტექტურული, სამრეწველო, საავტომობილო და ხის საფარების ფორმულატორების გაძლიერებას საფარის მახასიათებლების, როგორიცაა ფერის სიმტკიცე, ნაკაწრი, ბზარი და UV წინააღმდეგობა ან ელექტრული გამტარობა. საფარის ზოგიერთი მახასიათებელი მიიღწევა ნანო ზომის მასალების, მაგ., ლითონის ოქსიდების (TiO) ჩართვით.2სილიციუმი, ცერია, ZnO, …).
ულტრაბგერითი სისტემა 2 x 1000 ვატიანი ულტრაბგერითი დისპერსერებით გამწმენდ კაბინეტში.
ვინაიდან ულტრაბგერითი დისპერსიის ტექნოლოგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლაბორატორიულ, სკამზე და სამრეწველო წარმოების დონეზე, რაც იძლევა გამტარუნარიანობის სიჩქარეს 10 ტონა/საათზე მეტი, იგი გამოიყენება R-ში.&D ეტაპზე და კომერციულ წარმოებაში. პროცესის შედეგები შეიძლება გაიზარდოს მარტივად და წრფივად.
Hielscher ულტრაბგერითი მოწყობილობები ძალიან ენერგოეფექტურია. მოწყობილობები გარდაიქმნება დაახლ. სითხეში მექანიკურ აქტივობაში შეყვანილი ელექტრული სიმძლავრის 80-დან 90%-მდე. ეს იწვევს არსებითად დაბალ გადამუშავების ხარჯებს.
ქვემოთ მოყვანილი ბმულების შემდეგ, შეგიძლიათ მეტი წაიკითხოთ მაღალი ხარისხის ულტრაბგერის გამოყენების შესახებ
- პოლიმერების ემულსიფიკაცია წყლის სისტემებში,
- პიგმენტების დაშლა და წვრილად დაფქვა,
- და ნანომასალების ზომის შემცირება.
ემულსიური პოლიმერიზაცია Sonication-ის გამოყენებით
ტრადიციული საფარის ფორმულირებები იყენებს ძირითად პოლიმერულ ქიმიას. წყალზე დაფუძნებული საფარის ტექნოლოგიაზე ცვლილება გავლენას ახდენს ნედლეულის შერჩევაზე, თვისებებზე და ფორმულირების მეთოდოლოგიაზე.
ჩვეულებრივი ემულსიური პოლიმერიზაციისას, მაგ. წყალგამყოფი საფარისთვის, ნაწილაკები აგებულია ცენტრიდან ზედაპირამდე. კინეტიკური ფაქტორები გავლენას ახდენს ნაწილაკების ჰომოგენურობასა და მორფოლოგიაზე.
ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი გზით პოლიმერული ემულსიების წარმოქმნით.
- ზემოდან ქვემოთ: ემულგირებადი/დარბევა უფრო დიდი პოლიმერული ნაწილაკები, რათა წარმოქმნან პატარა ნაწილაკები ზომის შემცირებით
- ქვემოდან ზევით: ულტრაბგერის გამოყენება ნაწილაკების პოლიმერიზაციამდე ან მის დროს
ნანონაწილაკების პოლიმერები მინიემულსიებში
ნაწილაკების პოლიმერიზაცია მინიემულსიებში იძლევა დისპერსიული პოლიმერული ნაწილაკების წარმოების საშუალებას ნაწილაკების ზომაზე კარგი კონტროლით. ნანონაწილაკების პოლიმერული ნაწილაკების სინთეზი მინიემულსიებში (ასევე ცნობილი როგორც ნანორეაქტორები), როგორც წარმოდგენილია K. Landfester (2001) არის შესანიშნავი მეთოდი პოლიმერული ნანონაწილაკების ფორმირებისთვის. ეს მიდგომა იყენებს ემულსიაში მცირე ნანოკუპეების დიდ რაოდენობას (დისპერსიული ფაზა), როგორც ნანორეაქტორები. მათში ნაწილაკები სინთეზირდება უაღრესად პარალელურად ცალკეულ, შეზღუდულ წვეთებში. თავის ნაშრომში, Landfester (2001) წარმოგიდგენთ პოლიმერიზაციას ნანორეაქტორებში მაღალ სრულყოფილებაში, თითქმის ერთიანი ზომის უაღრესად იდენტური ნაწილაკების წარმოქმნისთვის. ზემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ნაწილაკებს, რომლებიც მიიღება მინიემულსიებში ულტრაბგერითი დახმარებით პოლიდამატებით.
მცირე წვეთები, რომლებიც წარმოიქმნება მაღალი ათვლის გამოყენებით (ულტრაბგერითი) და სტაბილიზირებულია სტაბილიზატორებით (ემულგატორები), შეიძლება გამაგრდეს შემდგომი პოლიმერიზაციით ან ტემპერატურის შემცირებით დაბალი ტემპერატურის დნობის მასალების შემთხვევაში. იმის გამო, რომ ულტრაბგერითმა შეიძლება წარმოქმნას თითქმის ერთიანი ზომის ძალიან მცირე წვეთები პარტიაში და წარმოების პროცესში, ის იძლევა კარგ კონტროლს ნაწილაკების საბოლოო ზომაზე. ნანონაწილაკების პოლიმერიზაციისთვის ჰიდროფილური მონომერები შეიძლება ემულსიფიცირდეს ორგანულ ფაზაში, ხოლო ჰიდროფობიური მონომერები წყალში.
ნაწილაკების ზომის შემცირებისას, ნაწილაკების მთლიანი ზედაპირის ფართობი ერთდროულად იზრდება. მარცხნივ სურათზე ნაჩვენებია კორელაცია ნაწილაკების ზომასა და ზედაპირის ფართობს შორის სფერული ნაწილაკების შემთხვევაში. ამიტომ, ემულსიის სტაბილიზაციისთვის საჭირო სურფაქტანტის რაოდენობა თითქმის წრფივად იზრდება ნაწილაკების მთლიანი ზედაპირის ფართობთან ერთად. სურფაქტანტის ტიპი და რაოდენობა გავლენას ახდენს წვეთების ზომაზე. 30-დან 200 ნმ-მდე წვეთების მიღება შესაძლებელია ანიონური ან კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გამოყენებით.
პიგმენტები საფარებში
ორგანული და არაორგანული პიგმენტები საფარის ფორმულირების მნიშვნელოვანი კომპონენტია. პიგმენტის მოქმედების მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით საჭიროა ნაწილაკების ზომაზე კარგი კონტროლი. პიგმენტის ფხვნილის დამატებისას წყლის, გამხსნელების ან ეპოქსიდური სისტემებში, ინდივიდუალური პიგმენტის ნაწილაკები ქმნიან დიდ აგლომერატებს. ასეთი აგლომერატების დასამსხვრევად და ცალკეული პიგმენტური ნაწილაკების დასაფქვავად ჩვეულებრივ გამოიყენება მაღალი ათვლის მექანიზმები, როგორიცაა როტორ-სტატორის მიქსერები ან ამრევი მძივების წისქვილები. Ultrasonication უკიდურესად ეფექტური ალტერნატივა ამ ეტაპისთვის საიზოლაციო წარმოებაში.
ქვემოთ მოყვანილი გრაფიკები გვიჩვენებს ზემოქმედებას ბზინვარება მარგალიტის ბრწყინვალე პიგმენტის ზომაზე. ულტრაბგერითი დაფქვავს ინდივიდუალურ პიგმენტურ ნაწილაკებს ნაწილაკთაშორისი მაღალი სიჩქარით შეჯახებით. ულტრაბგერითი გამოკვლევის მთავარი უპირატესობა არის კავიტაციური ათვლის ძალების მაღალი ზემოქმედება, რაც არასაჭირო ხდის სახეხი მედიის (მაგ. მძივები, მარგალიტი) გამოყენებას. რადგან ნაწილაკები აჩქარებენ უკიდურესად სწრაფი სითხის ჭავლებს 1000 კმ/სთ-მდე, ისინი ძალადად ეჯახებიან და იშლება პატარა ნაჭრებად. ნაწილაკების აბრაზია ულტრაბგერით დაფქულ ნაწილაკებს გლუვ ზედაპირს აძლევს. საერთო ჯამში, ულტრაბგერითი დაფქვა და დისპერსია იწვევს ნაწილაკების წვრილი ზომის და ერთგვაროვან განაწილებას.
მარგალიტის ბრწყინვალების პიგმენტების ულტრაბგერითი დაფქვა და დისპერსია. წითელ დიაგრამაზე ნაჩვენებია ნაწილაკების ზომის განაწილება გაჟღერებამდე, მწვანე მრუდი არის გახმოვანების დროს, ლურჯი მრუდი გვიჩვენებს საბოლოო პიგმენტებს ულტრაბგერითი დისპერსიის შემდეგ.
ულტრაბგერითი დაფქვა და დაშლა ხშირად აჯობებს მაღალსიჩქარიან მიქსერებსა და მედია წისქვილებს, რადგან სონიკი უზრუნველყოფს ყველა ნაწილაკების უფრო თანმიმდევრულ დამუშავებას. ზოგადად, ულტრაბგერითი აწარმოებს ნაწილაკების უფრო მცირე ზომებს და ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებას (პიგმენტის დაფქვის მრუდები). ეს აუმჯობესებს პიგმენტური დისპერსიების საერთო ხარისხს, რადგან უფრო დიდი ნაწილაკები, როგორც წესი, ხელს უშლიან დამუშავების შესაძლებლობებს, სიპრიალეს, წინააღმდეგობას და ოპტიკურ გარეგნობას.
ვინაიდან ნაწილაკების დაფქვა და დაფქვა ემყარება ნაწილაკებს შორის შეჯახებას ულტრაბგერითი კავიტაციის შედეგად, ულტრაბგერითი რეაქტორები უძლებენ საკმაოდ მაღალ მყარ კონცენტრაციებს (მაგ. ძირითადი პარტიები) და მაინც აწარმოებენ ზომის შემცირების კარგ ეფექტს. ქვემოთ მოცემულ ცხრილში მოცემულია TiO2-ის სველი დაფქვის სურათები.
ბურთით დაფქული TiO2 ულტრაბგერითი დაფქვის წინ და შემდეგ
გამხმარი სპრეით TiO2 ულტრაბგერითი დაფქვის წინ და შემდეგ
ქვემოთ მოყვანილი ნაკვეთი გვიჩვენებს ნაწილაკების ზომის განაწილების მრუდებს Degussa anatase ტიტანის დიოქსიდის დეაგლომერაციისთვის ულტრაბგერითი გამოკვლევით. ბგერითი დამუშავების შემდეგ მრუდის ვიწრო ფორმა ულტრაბგერითი დამუშავების ტიპიური თვისებაა.
ულტრაბგერითი დისპერსიული TiO2 (Degussa anatase) აჩვენებს ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებას.
ნანოზომის მასალები მაღალი ეფექტურობის საფარებში
ნანოტექნოლოგია არის განვითარებადი ტექნოლოგია, რომელიც გზას ადგას მრავალ ინდუსტრიაში. ნანომასალები და ნანოკომპოზიტები გამოიყენება საფარის ფორმულირებებში, მაგ., აბრაზიას და ნაკაწრების წინააღმდეგობის ან ულტრაიისფერი სხივების სტაბილურობის გასაძლიერებლად. საფარებში გამოყენების ყველაზე დიდი გამოწვევა არის გამჭვირვალობის, გამჭვირვალობისა და სიპრიალის შენარჩუნება. ამიტომ, ნანონაწილაკები ძალიან მცირეა, რათა თავიდან აიცილონ ჩარევა სინათლის ხილულ სპექტრში. მრავალი აპლიკაციისთვის ეს 100 ნმ-ზე არსებითად დაბალია.
მაღალი ხარისხის კომპონენტების სველი დაფქვა ნანომეტრის დიაპაზონამდე გადამწყვეტი ნაბიჯი ხდება ნანოინჟინერიული საფარის ფორმულირებაში. ნებისმიერი ნაწილაკი, რომელიც ხელს უშლის ხილულ შუქს, იწვევს ნისლს და გამჭვირვალობის დაკარგვას. ამიტომ საჭიროა ძალიან ვიწრო ზომის განაწილება. Ultrasonication არის ძალიან ეფექტური საშუალება ჯარიმა დაფქვის მყარი. ულტრაბგერითი / აკუსტიკური კავიტაცია სითხეებში იწვევს მაღალი სიჩქარით ნაწილაკებს შორის შეჯახებას. ჩვეულებრივი მძივების და კენჭის ქარხნებისაგან განსხვავებით, თავად ნაწილაკები აფუჭებენ ერთმანეთს, რაც აფერხებს საფრეს.
კომპანიები, როგორიცაა პანადური (გერმანია) გამოიყენეთ Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ნანომასალების გაფანტვისა და დეაგლომერაციისთვის ყალიბის საფარებში. დააწკაპუნეთ აქ, რომ წაიკითხოთ მეტი ყალიბში საფარების ულტრაბგერითი დისპერსიის შესახებ!
სახიფათო გარემოში აალებადი სითხეების ან გამხსნელების გახმოვანებისთვის ხელმისაწვდომია ATEX-ის სერტიფიცირებული პროცესორები. შეიტყვეთ მეტი Atex-ის სერთიფიცირებული ულტრაბგერითი UIP1000-Exd-ის შესახებ!
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
MultiSonoReactor MSR-4 არის სამრეწველო შიდა ჰომოგენიზატორი, რომელიც შესაფერისია პიგმენტების და პოლიმერული დისპერსიების სამრეწველო წარმოებისთვის.
ლიტერატურა
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001. 271-276.
- Landfester, K. (2001): The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.
- Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.