Ultraskaņa pārklājuma formulējumā

Dažādi komponenti, piemēram, pigmenti, pildvielas, ķīmiskās piedevas, šķērssaites un reoloģijas modifikatori, nonāk pārklājuma un krāsas preparātos. Ultraskaņa ir efektīvs līdzeklis šādu komponentu dispersijai un emulgācijai, deagglomerācijai un frēzēšanai pārklājumos.

Ultraskaņa tiek izmantota pārklājumu formulēšanai:

• polimēru emulgācija ūdens sistēmās
• pigmentu izkliedēšana un smalka frēzēšana
• nanomateriālu izmēra samazināšana augstas efektivitātes pārklājumos

Pārklājumi iedalās divās plašās kategorijās: sveķi un pārklājumi uz ūdens bāzes un šķīdinātāju bāzes. Katram tipam ir savi izaicinājumi. Norādījumi, kas aicina uz GOS samazināšanu un augstām šķīdinātāju cenām, stimulē ūdens bāzes sveķu pārklājumu tehnoloģiju izaugsmi. Ultrasonication izmantošana var uzlabot šādu videi draudzīgu sistēmu veiktspēju.

Uzlabots pārklājuma formulējums Ultrasonication dēļ

Ultraskaņa var palīdzēt arhitektūras, rūpniecības, automobiļu un koka pārklājumu formulatoriem, lai uzlabotu pārklājuma īpašības, piemēram, krāsu izturību, skrāpējumus, plaisu un UV izturību vai elektrisko vadītspēju. Dažas no šīm pārklājuma īpašībām tiek panāktas, iekļaujot nanoizmēra materiālus, piemēram, metāla oksīdus (TiO₂, silīcija dioksīds, ceria, ZnO, …).

Ultraskaņa vēl vairāk palīdz ļoti viskozu produktu defoaming (ievilktie burbuļi) un degazēšana (izšķīdinātā gāze). Lasiet vairāk par šķidrumu ultraskaņas de-aerāciju un degazēšanu!

Tā kā ultraskaņas izkliedēšanas tehnoloģiju var izmantot laboratorijas, stenda un rūpnieciskās ražošanas līmenī, ļaujot caurlaidspējas ātrumam virs 10 tonnām stundā, tas tiek izmantots R&D posmā un komerciālajā ražošanā. Procesa 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 ievērojami zemākām apstrādes izmaksām.

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

• polimēru emulgācija ūdens sistēmās,
• pigmentu izkliedēšana un smalka frēzēšana,
• un nanomateriālu izmēru samazināšana.

Emulsijas polimerizācija, izmantojot ultraskaņu

Tradicionālajos pārklājuma sastāvos tiek izmantota pamata polimēru ķīmija. Pāreja uz pārklājumu tehnoloģiju uz ūdens bāzes ietekmē izejvielu izvēli, īpašības un formulēšanas metodiku.

Parastajā emulsijas polimerizācijā, piemēram, ūdens bāzes pārklājumiem, daļiņas tiek veidotas no centra līdz to virsmai. Kinēiskie faktori ietekmē daļiņu viendabīgumu un morfoloģiju.

Ultraskaņas apstrādi var izmantot divos veidos: radīt polimēru emulsijas.

• no augšas uz leju: Emulģēšana/Izkliedēt no lielākām polimēru daļiņām, lai radītu mazākas daļiņas pēc izmēra samazināšanas
• no apakšas uz augšu: Ultraskaņas izmantošana pirms daļiņu polimerizācijas vai tās laikā

 

 

Nanodaļiņu polimēri miniemulsijās

Daļiņu polimerizācija miniemulsijās ļauj ražot disperģētas polimēru daļiņas ar labu kontroli pār daļiņu izmēru. Nanodaļiņu polimēru daļiņu sintēze miniemulsijās (pazīstama arī kā nanoreaktori), kā to prezentēja K. Landfesters (2001), ir lieliska metode polimēru nanodaļiņu veidošanai. Šī pieeja izmanto lielu skaitu mazu nanonodalījumu (disperģēšanas fāze) emulsijā kā nanoreaktorus. Tajos daļiņas tiek sintezētas ļoti paralēli indivīdā, ierobežotos pilienos. Savā rakstā Landfester (2001) iepazīstina ar polimerizāciju nanoreaktoros augstā pilnībā, lai radītu ļoti identiskas gandrīz vienāda izmēra daļiņas. Iepriekš redzamajā attēlā redzamas daļiņas, kas iegūtas ar ultrasoniski atbalstītu polipievienošanu miniemulsijās.

Mazus pilienus, ko rada augstas bīdes (ultrasonication) pielietošana un stabilizē stabilizējoši līdzekļi (emulgatori), var sacietēt ar sekojošu polimerizāciju vai temperatūras pazemināšanos zemas temperatūras kušanas materiālu gadījumā. Tā kā ultrasonication var radīt ļoti mazus pilienus ar gandrīz vienādu izmēru partijas un ražošanas procesā, tas ļauj labi kontrolēt galīgo daļiņu izmēru. Nanodaļiņu polimerizācijai hidrofīlos monomērus var emulģēt organiskajā fāzē un hidrofobos monomērus ūdenī.

Samazinot daļiņu izmēru, kopējais daļiņu virsmas laukums vienlaikus palielinās. Attēls pa kreisi parāda korelāciju starp daļiņu izmēru un virsmas laukumu sfērisku daļiņu gadījumā. Tāpēc virsmaktīvās vielas daudzums, kas nepieciešams emulsijas stabilizēšanai, palielinās gandrīz lineāri ar kopējo daļiņu virsmas laukumu. Virsmaktīvās vielas veids un daudzums ietekmē pilienu izmēru. 30 līdz 200 nm pilienus var iegūt, izmantojot anjonu vai katjonu virsmaktīvās vielas.

Pigmenti pārklājumos

Organiskie un neorganiskie pigmenti ir svarīga pārklājuma preparātu sastāvdaļa. Lai maksimāli palielinātu pigmenta veiktspēju, ir nepieciešama laba daļiņu izmēra kontrole. Pievienojot pigmenta pulveri ūdens bāzes, šķīdinātāja vai epoksīda sistēmām, atsevišķas pigmenta daļiņas mēdz veidot lielus aglomerātus. Mehānismus ar augstu bīdes līmeni, piemēram, rotora-statora maisītājus vai maisītāja lodīšu dzirnavas, parasti izmanto, lai sadalītu šādus aglomerātus un sasmalcinātu atsevišķas pigmenta daļiņas. Ultrasonication ļoti efektīvā alternatīvā šim solim pārklājumu ražošanā.

Zemāk redzamie grafiki parāda ultraskaņas apstrādes ietekmi uz pērļu spīduma pigmenta lielumu. Ultraskaņa sasmalcina atsevišķas pigmenta daļiņas ar ātrgaitas starpdaļiņu sadursmi. Ultrasonication ievērojamā priekšrocība ir kavitācijas bīdes spēku lielā ietekme, kas padara nevajadzīgu slīpēšanas līdzekļu (piemēram, krelles, pērles) izmantošanu. Tā kā daļiņas tiek paātrinātas ar ārkārtīgi ātru šķidruma strūklu līdz 1000 km/h, tās spēcīgi saduras un sašķeļas mazos gabaliņos. Daļiņu nobrāzums dod ultrasoniski slīpētām daļiņām gludu virsmu. Kopumā ultraskaņas frēzēšana un dispersija rada smalku izmēru un vienmērīgu daļiņu sadalījumu.

 

Ultraskaņas frēzēšana un izkliedēšana bieži izceļas ar ātrgaitas maisītājiem un multivides dzirnavām, jo ultraskaņas apstrāde nodrošina konsekventāku visu daļiņu apstrādi. Parasti ultrasonication rada mazākus daļiņu izmērus un šauru daļiņu izmēru sadalījumu (pigmenta frēzēšanas līknes). Tas uzlabo pigmenta dispersiju vispārējo kvalitāti, jo lielākas daļiņas parasti traucē apstrādes spēju, spīdumu, pretestību un optisko izskatu.

Tā kā daļiņu frēzēšana un slīpēšana ir balstīta uz starpdaļiņu sadursmi ultraskaņas kavitācijas rezultātā, ultraskaņas reaktori var apstrādāt diezgan augstas cietās koncentrācijas (piemēram, galvenās partijas) un joprojām rada labus izmēru samazināšanas efektus. Zemāk redzamajā tabulā ir parādīti TiO2 mitrās frēzēšanas attēli.

Zemāk redzamajā diagrammā parādītas daļiņu izmēra sadalījuma līknes Degussa anatāzes titāna dioksīda deagglomerācijai ar ultrasonikāciju. Šaurā līknes forma pēc ultraskaņas apstrādes ir tipiska ultraskaņas apstrādes iezīme.

Nanoizmēra materiāli augstas veiktspējas pārklājumos

Nanotehnoloģija ir jauna tehnoloģija, kas ienāk daudzās nozarēs. Nanomateriālus un nanokompozītus izmanto pārklājumu preparātos, piemēram, lai uzlabotu nodilumizturību un izturību pret skrāpējumiem vai UV stabilitāti. Lielākais izaicinājums uzklāšanai pārklājumos ir caurspīdīguma, skaidrības un spīduma saglabāšana. Tāpēc nanodaļiņas ir ļoti mazas, lai izvairītos no traucējumiem redzamajā gaismas spektrā. Daudziem lietojumiem tas ir ievērojami zemāks par 100nm.

Augstas veiktspējas komponentu mitrā slīpēšana līdz nanometru diapazonam kļūst par izšķirošu soli nanoinženieru pārklājumu formulēšanā. Jebkuras daļiņas, kas traucē redzamajai gaismai, izraisa dūmaku un caurspīdīguma zudumu. Tāpēc ir nepieciešami ļoti šauri izmēru sadalījumi. Ultrasonication ir ļoti efektīvs līdzeklis cietvielu smalkai frēzēšanai. Ultraskaņas / akustiskā kavitācija šķidrumos izraisa ātrgaitas starpdaļiņu sadursmes. Atšķirībā no parastajām pērlīšu dzirnavām un oļu dzirnavām, pašas daļiņas komunicē viena ar otru, padarot frēzēšanas materiālus nevajadzīgus.

Uzņēmumi, piemēram, Panadur (Vācija) izmantojiet Hielscher ultrasonikatorus nanomateriālu izkliedēšanai un deagglomerācijai pelējuma pārklājumos. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par presformas pārklājumu ultraskaņas dispersiju!

Uzliesmojošu šķidrumu vai šķīdinātāju apstrādei ar ultraskaņu bīstamās vidēs ir pieejami ATEX sertificēti procesori. Uzziniet vairāk par Atex sertificēto ultrasonicator UIP1000-Exd!