Ultraskaņa pārklājumu formulēšanā

Dažādas sastāvdaļas, piemēram, pigmenti, pildvielas, ķīmiskās piedevas, šķērssaitītāji un reoloģijas modifikatori, tiek izmantotas pārklājumu un krāsu formulās. Ultraskaņa ir efektīvs līdzeklis šādu komponentu dispersijai un emulgēšanai, deaglomerācijai un malšanai pārklājumos.

Ultraskaņa tiek izmantota pārklājumu formulēšanā:

• polimēru emulgēšana ūdens sistēmās
• pigmentu dispersija un smalkā malšana
• nanomateriālu izmēra samazināšana augstas veiktspējas pārklājumos

Pārklājumi iedalās divās plašās kategorijās: ūdens bāzes un šķīdinātāju bāzes sveķi un pārklājumi. Katram tipam ir savas specifiskās problēmas. Tendences uz VOC samazināšanu un augstas šķīdinātāju cenas veicina ūdens bāzes sveķu pārklājumu tehnoloģiju attīstību. Ultraskaņas apstrādes izmantošana var uzlabot šādu videi draudzīgu sistēmu veiktspēju.

Uzlabota pārklājumu formulēšana, pateicoties ultraskaņas apstrādei

Ultraskaņa var palīdzēt arhitektūras, rūpniecības, automašīnu un koka pārklājumu formulētājiem uzlabot pārklājuma īpašības, piemēram, krāsu intensitāti, skrāpējumu, plaisu un UV izturību vai elektrovadītspēju. Dažas no šīm pārklājuma īpašībām tiek sasniegtas, iekļaujot nanomēroga materiālus, piemēram, metālu oksīdus (TiO₂, silīcija dioksīdu, cērija oksīdu, ZnO, …).

Ultraskaņa arī palīdz likvidēt putas (ieslodzītos burbuļus) un izvadīt gāzes (izšķīdušās gāzes) no ļoti viskoziem produktiem. Uzziniet vairāk par ultraskaņas deaerāciju un gāzu izvadīšanu no šķidrumiem!

Tā kā ultraskaņas dispersijas tehnoloģiju var izmantot laboratorijas, galda un rūpnieciskās ražošanas līmenī, nodrošinot caurlaidības ātrumus virs 10 tonnu/stundā, tā tiek pielietota pētniecības un izstrādes (R&D) stadijā un komerciālajā ražošanā. Procesu rezultātus var viegli un lineāri palielināt.

Hielscher ultraskaņas ierīces ir ļoti energoefektīvas. Ierīces pārvērš aptuveni 80 līdz 90% no elektriskās ieejas jaudas mehāniskā aktivitātē šķidrumā. Tas noved pie būtiski zemākām apstrādes izmaksām.

Sekojot tālāk norādītajām saitēm, jūs varat uzzināt vairāk par augstas veiktspējas ultraskaņas izmantošanu

• polimēru emulgēšanai ūdens sistēmās,
• pigmentu dispersijai un smalkajai malšanai,
• un nanomateriālu izmēra samazināšanai.

Emulsijas polimerizācija, izmantojot ultraskaņas apstrādi

Tradicionālās pārklājumu formulās tiek izmantota pamata polimēru ķīmija. Pāreja uz ūdens bāzes pārklājumu tehnoloģiju ietekmē izejmateriālu izvēli, īpašības un formulēšanas metodoloģijas.

Parastajā emulsijas polimerizācijā, piemēram, ūdens bāzes pārklājumiem, daļiņas tiek veidotas no centra uz to virsmu. Kinētiskie faktori ietekmē daļiņu homogenitāti un morfoloģiju.

Ultraskaņas apstrādi var izmantot divos veidos, lai ģenerētu polimēru emulsijas.

• No augšas uz leju: Lielāku polimēru daļiņu emulģēšana/disperģēšana , lai iegūtu mazākas daļiņas, samazinot to izmēru
• No apakšas uz augšu: Ultraskaņas izmantošana pirms daļiņu polimerizācijas vai tās laikā

 

Šajā video parādām 2 kilovatu ultraskaņas sistēmu darbam plūsmā, kas ievietota skapī ar aizsarggāzes caurpūti. Hielscher piegādā ultraskaņas iekārtas gandrīz visām nozarēm, tostarp ķīmiskajai, farmācijas un kosmētikas rūpniecībai, naftas ķīmijas procesiem, kā arī ekstrakcijas procesiem ar šķīdinātājiem. Šis nerūsējošā tērauda skapis ar aizsarggāzes caurpūti ir paredzēts darbam sprādzienbīstamās zonās. Šim nolūkam klients var caurpūst hermētisko skapi ar slāpekli vai svaigu gaisu, lai nepieļautu uzliesmojošu gāzu vai tvaiku iekļūšanu skapī.

 

Nanodaļiņu polimēri miniemulsijās

Daļiņu polimerizācija miniemulsijās ļauj ražot disperģētas polimēru daļiņas, labi kontrolējot to izmēru. Nanoizmēra polimēru daļiņu sintēze miniemulsijās (pazīstamas arī kā nanoreaktori), ko aprakstījusi K. Landfester (2001), ir lieliska metode polimēru nanodaļiņu veidošanai. Šajā pieejā daudzos mazos nanonodalījumus (disperso fāzi) emulsijā izmanto kā nanoreaktorus. Tajos daļiņas tiek sintezētas vienlaikus daudzos atsevišķos, norobežotos pilienos. Savā rakstā Landfester (2001) apraksta augstā pilnības pakāpē īstenotu polimerizāciju nanoreaktoros, lai iegūtu savstarpēji ļoti līdzīgas daļiņas ar gandrīz vienādu izmēru. Augstāk redzamajā attēlā parādītas daļiņas, kas iegūtas miniemulsijās ar ultraskaņas veicinātu polipievienošanos.

Mazus pilienus, kas iegūti, iedarbojoties ar augstu bīdi (apstrādājot ar ultraskaņu), un stabilizēti ar stabilizējošām vielām (emulgatoriem), var sacietināt ar turpmāku polimerizāciju vai, ja materiāli kūst zemā temperatūrā, pazeminot temperatūru. Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ļauj iegūt ļoti mazus, gandrīz vienāda izmēra pilienus gan periodiskajā procesā, gan ražošanas procesā, tā nodrošina labu galīgā daļiņu izmēra kontroli. Nanodaļiņu polimerizācijai hidrofilus monomērus var emulģēt organiskajā fāzē, bet hidrofobus monomērus – ūdenī.

Samazinot daļiņu izmēru, vienlaikus palielinās to kopējais virsmas laukums. Attēlā pa kreisi parādīta saistība starp daļiņu izmēru un virsmas laukumu sfērisku daļiņu gadījumā. Tādēļ emulsijas stabilizēšanai nepieciešamās virsmaktīvās vielas daudzums palielinās gandrīz lineāri līdz ar daļiņu kopējo virsmas laukumu. Virsmaktīvās vielas veids un daudzums ietekmē pilienu izmēru. Izmantojot anjonu vai katjonu virsmaktīvās vielas, var iegūt pilienus ar izmēru no 30 līdz 200nm.

Pigmenti pārklājumos

Organiskie un neorganiskie pigmenti ir svarīga pārklājumu sastāvu sastāvdaļa. Lai maksimāli uzlabotu pigmentu īpašības, ir nepieciešama laba daļiņu izmēra kontrole. Pievienojot pigmenta pulveri ūdens bāzes, šķīdinātāju bāzes vai epoksīda sistēmām, atsevišķās pigmenta daļiņas mēdz veidot lielus aglomerātus. Šādu aglomerātu sašķelšanai un atsevišķo pigmenta daļiņu sasmalcināšanai tradicionāli izmanto augstas bīdes mehānismus, piemēram, rotora un statora maisītājus vai lodīšu dzirnavas ar maisītāju. Apstrāde ar ultraskaņu ir ārkārtīgi efektīva alternatīva šajā pārklājumu ražošanas posmā.

Tālāk redzamie grafiki parāda apstrādes ar ultraskaņu ietekmi uz perlamutra pigmenta daļiņu izmēru. Ultraskaņa sasmalcina atsevišķās pigmenta daļiņas, izraisot to savstarpējas sadursmes lielā ātrumā. Būtiska apstrādes ar ultraskaņu priekšrocība ir kavitācijas radīto bīdes spēku spēcīgā iedarbība, kas novērš nepieciešamību izmantot malšanas ķermeņus (piemēram, lodītes, pērlītes). Ārkārtīgi ātras šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 1000km/hr paātrina daļiņas, tāpēc tās spēcīgi saduras un sašķeļas mazos gabaliņos. Daļiņu abrāzija piešķir ar ultraskaņu samaltajām daļiņām gludu virsmu. Kopumā malšana un disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina smalku daļiņu un vienmērīgu to izmēru sadalījumu.

 

Ultraskaņas malšana un disperģēšana bieži pārspēj ātrgaitas maisītājus un dzirnavas ar malšanas ķermeņiem, jo apstrāde ar ultraskaņu nodrošina vienmērīgāku visu daļiņu apstrādi. Parasti apstrāde ar ultraskaņu nodrošina mazāku daļiņu izmēru un šauru daļiņu izmēru sadalījumu (pigmentu malšanas līknes). Tas uzlabo pigmentu dispersiju kopējo kvalitāti, jo lielākas daļiņas parasti nelabvēlīgi ietekmē apstrādājamību, spīdumu, izturību un optisko izskatu.

Tā kā daļiņu malšanas un smalcināšanas pamatā ir daļiņu savstarpējās sadursmes, ko izraisa ultraskaņas kavitācija, ultraskaņas reaktoros var apstrādāt materiālus ar samērā augstu cietvielu koncentrāciju (piemēram, pamatmaisījumus) un joprojām panākt labu daļiņu izmēra samazinājumu. Tālāk redzamajā tabulā ir parādīti TiO2 slapjās malšanas attēli.

Tālāk redzamajā grafikā ir parādītas daļiņu izmēru sadalījuma līknes Degussa anatāza titāna dioksīda deaglomerācijai ar ultraskaņu. Līknes šaurā forma pēc apstrādes ar ultraskaņu ir tipiska šīs apstrādes pazīme.

Nanoizmēra materiāli augstas veiktspējas pārklājumos

Nanotehnoloģija ir jauna tehnoloģija, kas ienāk daudzās nozarēs. Nanomateriālus un nanokompozītus izmanto pārklājumu sastāvos, piemēram, lai uzlabotu nodilumizturību un izturību pret skrāpējumiem vai UV stabilitāti. Lielākais izaicinājums to izmantošanā pārklājumos ir caurspīdīguma, dzidruma un spīduma saglabāšana. Tāpēc nanodaļiņām jābūt ļoti mazām, lai izvairītos no mijiedarbības ar gaismas redzamo spektru. Daudzos lietojumos šim izmēram jābūt ievērojami mazākam par 100nm.

Augstas veiktspējas komponentu slapjā malšana līdz nanometru izmēru diapazonam kļūst par izšķirošu posmu nanoinženierijas pārklājumu sastāvu izstrādē. Jebkuras daļiņas, kas mijiedarbojas ar redzamo gaismu, izraisa duļķainību un caurspīdīguma zudumu. Tāpēc ir nepieciešami ļoti šauri daļiņu izmēru sadalījumi. Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīvs paņēmiens cietvielu smalkai malšanai. Ultraskaņas / akustiskā kavitācija šķidrumos izraisa daļiņu savstarpējas sadursmes lielā ātrumā. Atšķirībā no tradicionālajām pērlīšu dzirnavām un oļu dzirnavām daļiņas pašas sasmalcina cita citu, tāpēc malšanas ķermeņi nav nepieciešami.

Tādi uzņēmumi kā Panadur (Vācija) izmanto Hielscher ultraskaņas iekārtas nanomateriālu disperģēšanai un deaglomerācijai veidnē uzklājamos pārklājumos. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par veidnē uzklājamu pārklājumu disperģēšanu ar ultraskaņu!

Uzliesmojošu šķidrumu vai šķīdinātāju apstrādei ar ultraskaņu sprādzienbīstamā vidē ir pieejamas ATEX sertificētas apstrādes iekārtas. Uzziniet vairāk par ATEX sertificēto ultraskaņas iekārtu UIP1000-Exd!