코팅 제형에서의 초음파
안료, 충전제, 화학 첨가제, 가교제 및 유변학 개질제와 같은 다양한 구성 요소가 코팅 및 페인트 제형에 사용됩니다. 초음파는 코팅에서 이러한 구성 요소의 분산 및 유화, 응집 제거 및 밀링에 효과적인 수단입니다.
초음파는 다음을 위한 코팅의 공식화에 사용됩니다.
코팅은 크게 두 가지 범주로 나뉩니다: 수성 및 용제 기반 수지 및 코팅. 각 유형에는 고유한 과제가 있습니다. VOC 감소와 높은 용제 가격을 요구하는 방향은 수성 수지 코팅 기술의 성장을 촉진합니다. 초음파의 사용은 이러한 환경 친화적 인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
초음파로 인한 Enhanced Coating Formulation
초음파는 건축, 산업, 자동차 및 목재 코팅 포뮬레이터가 색상 강도, 긁힘, 균열 및 UV 저항 또는 전기 전도성과 같은 코팅 특성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 코팅 특성 중 일부는 금속 산화물(TiO2, 실리카, 세리아, ZnO, …).
퍼지 가능한 캐비닛에 있는 2x 1000와트 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 결과를 쉽게 선형으로 확장할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 장치는 매우 에너지 효율적입니다. 이 장치는 전기 입력 전력의 약 80-90%를 액체의 기계적 활성으로 변환합니다. 이를 통해 처리 비용을 크게 낮출 수 있습니다.
아래 링크를 따라 고성능 초음파 사용에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
초음파 처리를 사용한 에멀젼 중합
전통적인 코팅 제형은 기본 고분자 화학을 사용합니다. 수성 코팅 기술로의 변화는 원료 선택, 특성 및 제형 방법론에 영향을 미칩니다.
기존의 에멀젼 중합(예: 수성 코팅)에서는 입자가 중심에서 표면까지 형성됩니다. 운동 요인은 입자 균질성과 형태에 영향을 미칩니다.
초음파 처리는 두 가지 방법으로 사용할 수 있습니다 : 고분자 에멀젼을 생성합니다.
Miniemulsions의 나노 미립자 중합체
미니에멀젼에서 입자의 중합은 입자 크기를 잘 제어하면서 분산된 고분자 입자를 제조할 수 있도록 합니다. K. Landfester (2001)가 제시 한 바와 같이 미니 에멀젼 (나노 반응기라고도 함)에서 나노 미립자 고분자 입자를 합성하는 것은 고분자 나노 입자 형성을위한 훌륭한 방법입니다. 이 접근법은 에멀젼에서 많은 수의 작은 나노 구획(분산 상)을 나노 반응기로 사용합니다. 이들에서, 입자는 개별적이고 제한된 물방울에서 매우 평행한 방식으로 합성됩니다. 그녀의 논문에서 Landfester (2001)는 거의 균일 한 크기의 매우 동일한 입자를 생성하기 위해 나노 반응기에서의 중합을 매우 완벽하게 제시합니다. 위의 이미지는 미니에멀젼에서 초음파 보조 다중첨가에 의해 얻어진 입자를 보여줍니다.
고 전단 (초음파)의 적용으로 생성되고 안정화 제 (유화제)에 의해 안정화 된 작은 물방울은 후속 중합 또는 저온 용융 물질의 경우 온도 감소에 의해 경화 될 수 있습니다. 초음파는 배치 및 생산 공정에서 거의 균일 한 크기의 매우 작은 방울을 생성 할 수 있기 때문에 최종 입자 크기를 잘 제어 할 수 있습니다. 나노 입자의 중합을 위해 친수성 단량체는 유기상으로 유화되고 물에서는 소수성 단량체로 유화될 수 있습니다.
입자 크기를 줄이면 전체 입자 표면적도 동시에 증가합니다. 왼쪽 그림은 구형 입자의 경우 입자 크기와 표면적 사이의 상관 관계를 보여줍니다. 따라서 에멀젼을 안정화하는 데 필요한 계면활성제의 양은 전체 입자 표면적에 따라 거의 선형적으로 증가합니다. 계면활성제의 종류와 양은 액적 크기에 영향을 미칩니다. 30 내지 200nm의 액적은 음이온성 또는 양이온성 계면활성제를 사용하여 얻을 수 있습니다.
코팅의 안료
유기 및 무기 안료는 코팅 제형의 중요한 구성 요소입니다. 안료 성능을 최대화하려면 입자 크기를 잘 제어해야 합니다. 수성, 용제형 또는 에폭시 시스템에 안료 분말을 추가할 때 개별 안료 입자는 큰 응집체를 형성하는 경향이 있습니다. 회전자-고정자 믹서 또는 교반기 비드 밀과 같은 고전단 메커니즘은 일반적으로 이러한 응집체를 파괴하고 개별 안료 입자를 분쇄하는 데 사용됩니다. 초음파는 코팅 제조에서이 단계를위한 매우 효과적인 대안입니다.
아래 그래프는 진주 광택 안료의 크기에 대한 초음파 처리의 영향을 보여줍니다. 초음파는 고속 입자 간 충돌에 의해 개별 색소 입자를 분쇄합니다. 초음파의 두드러진 장점은 캐비테이션 전단력의 영향이 높기 때문에 연삭 매체 (예 : 구슬, 진주)를 사용할 필요가 없다는 것입니다. 입자가 최대 1000km/h의 매우 빠른 액체 제트에 의해 가속됨에 따라 입자는 격렬하게 충돌하여 작은 조각으로 부서집니다. 입자 마모는 초음파로 밀링된 입자에 매끄러운 표면을 제공합니다. 전반적으로, 초음파 밀링 및 분산은 미세한 크기와 균일 한 입자 분포를 가져옵니다.
초음파 밀링 및 진주 광택 안료의 분산. 빨간색 그래프는 초음파 처리 전의 입자 크기 분포를 보여주고, 녹색 곡선은 초음파 처리 중이며, 파란색 곡선은 초음파 분산 후의 최종 색소를 보여줍니다.
초음파 밀링 및 분산은 초음파 처리가 모든 입자의보다 일관된 처리를 제공하기 때문에 고속 믹서 및 미디어 밀을 능가하는 경우가 많습니다. 일반적으로 초음파는 더 작은 입자 크기와 좁은 입자 크기 분포 (안료 밀링 곡선)를 생성합니다. 이는 안료 분산액의 전반적인 품질을 향상시키는데, 큰 입자는 일반적으로 처리 능력, 광택, 저항 및 광학적 외관을 방해하기 때문입니다.
입자 밀링 및 연삭은 초음파 캐비테이션의 결과로 입자 간 충돌을 기반으로하기 때문에 초음파 반응기는 상당히 높은 고체 농도 (예 : 마스터 배치)를 처리 할 수 있으며 여전히 우수한 크기 감소 효과를 생성 할 수 있습니다. 아래 표는 TiO2의 습식 밀링 사진을 보여줍니다.
초음파 밀링 전후 볼 밀링 TiO2
초음파 밀링 전후 분무 건조 TiO2
아래 플롯은 초음파에 의한 Degussa anatase 이산화 티타늄의 응집 제거를위한 입자 크기 분포 곡선을 보여줍니다. 초음파 처리 후 곡선의 좁은 모양은 초음파 처리의 전형적인 특징입니다.
초음파로 분산 된 TiO2 (Degussa anatase)는 좁은 입자 크기 분포를 보여줍니다.
고성능 코팅의 나노 크기 재료
나노 기술은 많은 산업 분야에 진출하는 신흥 기술입니다. 나노 물질과 나노 복합체는 예를 들어 마모 및 긁힘 저항성 또는 UV 안정성을 향상시키기 위해 코팅 제형에 사용되고 있습니다. 코팅 응용 분야의 가장 큰 과제는 투명성, 투명도 및 광택을 유지하는 것입니다. 따라서 나노 입자는 빛의 가시 스펙트럼과의 간섭을 피하기 위해 매우 작아야 합니다. 많은 응용 분야에서 이는 100nm보다 훨씬 낮습니다.
고성능 부품을 나노미터 범위로 습식 분쇄하는 것은 나노공학 코팅의 공식화에서 중요한 단계가 됩니다. 가시광선을 방해하는 모든 입자는 헤이즈와 투명도 손실을 유발합니다. 따라서 매우 좁은 크기 분포가 필요합니다. 초음파는 고체의 미세 밀링을위한 매우 효과적인 수단입니다. 액체의 초음파/음향 캐비테이션은 고속 입자 간 충돌을 일으킵니다. 기존의 비드 밀 및 페블 밀과 달리 입자 자체가 서로 결합되어 밀링 매체가 필요하지 않습니다.
다음과 같은 회사 Panadur (독일) 인몰드 코팅에서 나노 물질의 분산 및 응집 제거를 위해 Hielscher 초음파를 사용하십시오. 인몰드 코팅의 초음파 분산에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오!
위험한 환경에서 가연성 액체 또는 용매의 초음파 처리를 위해 ATEX 인증 프로세서를 사용할 수 있습니다. Atex 인증 초음파 발생기 UIP1000-Exd에 대해 자세히 알아보십시오!
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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.
