코팅 배합의 초음파
안료, 충전제, 화학 첨가제, 가교제 및 레올 로지 개질제와 같은 다양한 성분이 코팅 및 도료 배합에 사용됩니다. 초음파는 코팅에서 이러한 성분의 분산 및 유화, 응집 제거 및 밀링을위한 효과적인 수단입니다.
초음파는 다음과 같은 코팅의 공식화에 사용됩니다.
코팅은 두 가지 광범위한 범주로 나뉩니다 : 수인성 및 용제 기반 수지 및 코팅. 각 유형에는 고유 한 과제가 있습니다. VOC 감소와 높은 용제 가격을 요구하는 지침은 수인성 수지 코팅 기술의 성장을 자극합니다. 초음파의 사용은 이러한 환경 친화적 인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
초음파로 인한 향상된 코팅 제형
초음파는 건축, 산업, 자동차 및 목재 코팅의 공식화자가 색상 강도, 스크래치, 균열 및 UV 저항 또는 전기 전도성과 같은 코팅 특성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 코팅 특성 중 일부는 나노 크기 물질, 예를 들어 금속 산화물 (TiO)의 포함에 의해 달성됩니다.2, 실리카 (Silica), 세리아 (Ceria), ZnO, …).
제거 가능한 캐비닛에서 2x 1000 와트의 초음파 분산기의 초음파 시스템.
초음파 분산 기술은 실험실, 벤치 탑 및 산업 생산 수준에서 사용할 수 있으므로 시간당 10 톤 이상의 처리 속도를 허용하므로 R에 적용되고 있습니다.&D 단계 및 상업 생산에서. 공정 결과는 쉽고 선형적으로 확장할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 장치는 매우 에너지 효율적입니다. 이 장치는 전기 입력 전력의 약 80 ~ 90 %를 액체의 기계적 활동으로 변환합니다. 이로 인해 처리 비용이 크게 절감됩니다.
아래 링크를 따라 고성능 초음파 사용에 대한 자세한 내용을 읽을 수 있습니다.
초음파 처리를 이용한 에멀젼 중합
전통적인 코팅 제형은 기본적인 중합체 화학을 사용합니다. 수성 코팅 기술의 변화는 원료 선택, 특성 및 제형 방법론에 영향을 미칩니다.
기존의 유제 중합에서, 예를 들어 수성 코팅제의 경우 입자는 중심에서 표면까지 형성됩니다. 운동 동역학은 입자 균질성 및 형태학에 영향을 미친다.
초음파 가공은 두 가지 방법으로 폴리머 에멀젼을 생성 할 수 있습니다.
Miniemulsions에있는 Nanoparticulate 중합체
미니 에멀젼에서 입자의 중합은 입자 크기를 잘 제어 할 수있는 분산 된 폴리머 입자를 제조 할 수있게합니다. K. Landfester (2001)가 제시 한 미니 에멀젼 (나노 반응기라고도 함)에서 나노 미립자 중합체 입자를 합성하는 것은 고분자 나노 입자를 형성하는 훌륭한 방법입니다. 이 접근법은 에멀젼 내의 많은 수의 작은 나노구획(분산상)을 나노반응기로서 사용한다. 이들에서, 입자는 개인, 제한된 물방울에서 매우 평행 한 방식으로 합성됩니다. 그녀의 논문에서 Landfester (2001)는 거의 균일 한 크기의 매우 동일한 입자를 생성하기 위해 나노 반응기에서 높은 완벽 성을 제시합니다. 위의 이미지는 미니 에멀젼에 초음파 보조 폴리 첨가로 얻은 입자를 보여줍니다.
고전단 (초음파화)의 적용에 의해 생성 된 작은 액적은 안정화제 (유화제)에 의해 안정화되고, 후속 중합에 의해 또는 저온 용융 물질의 경우 온도 감소에 의해 경화 될 수 있습니다. 초음파는 배치 및 생산 공정에서 거의 균일 한 크기의 매우 작은 물방울을 생성 할 수 있으므로 최종 입자 크기를 잘 제어 할 수 있습니다. 나노입자의 중합을 위해, 친수성 단량체는 유기 상으로 유화될 수 있고, 소수성 단량체는 물에서 유화될 수 있다.
입자 크기를 줄이면 전체 입자 표면적이 동시에 증가합니다. 왼쪽 사진은 구형 입자의 경우 입자 크기와 표면적 간의 상관 관계를 보여줍니다. 따라서, 에멀젼을 안정화시키는 데 필요한 계면활성제의 양은 전체 입자 표면적에 따라 거의 선형적으로 증가한다. 계면활성제의 종류와 양은 액적 크기에 영향을 미칩니다. 30 내지 200nm의 액적은 음이온성 또는 양이온성 계면활성제를 사용하여 수득될 수 있다.
코팅 용 안료
유기 및 무기 안료는 코팅 제형의 중요한 성분이다. 안료 성능을 극대화하기 위해서는 입자 크기에 대한 양호한 제어가 필요하다. 안료 분말을 수인, 용매 매개 또는 에폭시 시스템에 첨가 할 때, 개별 안료 입자는 큰 응집체를 형성하는 경향이 있습니다. 로터-고정자 혼합기 또는 교반기 비드 밀과 같은 고전단 메커니즘은 통상적으로 이러한 응집체를 분해하고 개별 안료 입자를 분쇄하기 위해 사용되고 있다. 초음파는 코팅 제조에서이 단계에 대한 매우 효과적인 대안입니다.
아래 그래프는 초음파 처리가 진주 광택 안료의 크기에 미치는 영향을 보여줍니다. 초음파는 고속 입자 간 충돌에 의해 개별 안료 입자를 분쇄합니다. 초음파의 두드러진 장점은 캐비테이션 전단력의 높은 충격으로 연삭 매체 (예 : 구슬, 진주)를 사용할 필요가 없다는 것입니다. 입자가 최대 1000km / hr의 극도의 빠른 액체 제트기에 의해 가속됨에 따라 격렬하게 충돌하여 작은 조각으로 부서집니다. 입자 마모는 초음파로 분쇄 된 입자에 매끄러운 표면을 제공합니다. 전반적으로, 초음파 밀링 및 분산은 미세한 크기와 균일 한 입자 분포를 초래합니다.
초음파 밀링 및 진주 광택 안료의 분산. 빨간색 그래프는 초음파 처리 전의 입자 크기 분포를 나타내고, 녹색 곡선은 초음파 처리 중에, 파란색 곡선은 초음파 분산 후의 최종 안료를 보여줍니다.
초음파 밀링 및 분산은 초음파 처리가 모든 입자의보다 일관된 처리를 제공하기 때문에 종종 고속 믹서 및 미디어 밀이 뛰어납니다. 일반적으로 초음파는 더 작은 입자 크기와 좁은 입자 크기 분포 (안료 밀링 곡선)를 생성합니다. 이것은 더 큰 입자가 일반적으로 처리 능력, 광택, 저항 및 광학 외관을 방해하기 때문에 안료 분산액의 전반적인 품질을 향상시킵니다.
입자 밀링 및 분쇄는 초음파 캐비테이션의 결과로 입자 간 충돌을 기반으로하기 때문에 초음파 반응기는 상당히 높은 고체 농도 (예 : 마스터 배치)를 처리 할 수 있으며 여전히 좋은 크기 감소 효과를 낼 수 있습니다. 아래 표는 TiO2의 습식 밀링 사진을 보여줍니다.
초음파 밀링 전후의 볼 밀링 TiO2
초음파 밀링 전후의 분무 건조 TiO2
아래 플롯은 초음파에 의한 Degussa 아나타제 이산화 티타늄의 응집 제거에 대한 입자 크기 분포 곡선을 보여줍니다. 초음파 처리 후 곡선의 좁은 모양은 초음파 처리의 전형적인 특징입니다.
초음파로 분산된 TiO2(데구사 아나타제)는 좁은 입자 크기 분포를 나타낸다.
고성능 코팅의 나노 사이즈 재료
나노 기술은 많은 산업에 진출하는 신흥 기술입니다. 나노 물질 및 나노 복합 재료는 코팅 제형, 예를 들어 마모 및 스크래치 저항 또는 UV 안정성을 향상시키기 위해 사용되고 있습니다. 코팅 의 응용 프로그램에 대한 가장 큰 도전은 투명성, 선명도 및 광택의 보존이다. 따라서, 나노입자는 빛의 가시 스펙트럼과의 간섭을 피하기 위해 매우 작을 수 있다. 많은 응용 프로그램의 경우, 이것은 100nm보다 실질적으로 낮습니다.
나노 미터 범위의 고성능 구성 요소의 습식 분쇄는 나노 엔지니어링 코팅의 공식화에 중요한 단계가됩니다. 가시 광선을 방해하는 입자는 헤이즈와 투명성 손실을 일으 킵니다. 따라서 매우 좁은 크기 분포가 필요합니다. 초음파는 고체의 미세 밀링을위한 매우 효과적인 수단입니다. 액체의 초음파 / 음향 캐비테이션은 고속 입자 간 충돌을 일으 킵니다. 기존의 비드 밀 및 조약돌 밀과는 달리, 입자 자체는 서로 결착되어 밀링 매체를 불필요하게 만듭니다.
같은 회사 Panadur (독일) Hielscher 초음파 발생기를 사용하여 금형 코팅에서 나노 물질의 분산 및 응집 제거. 금형 코팅의 초음파 분산에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!
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문학
- 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.
