Ultraskaņa disperģēšanai un malšanai: krāsas un pigmenti

Lieljaudas ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu intensīvo un precīzi kontrolējamo malšanas un disperģēšanas iedarbību. Tas padara ultraskaņas homogenizatorus ideāli piemērotus pigmentu pastu un krāsu maisījumu ražošanai. Rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas nodrošina ļoti vienmērīgu daļiņu izmēru sadalījumu mikrometru un nanometru diapazonā. Apstrādājiet lielas augstas viskozitātes materiālu plūsmas ar Hielscher ultraskaņas iekārtām, lai panāktu vienmērīgu samitrināšanu, disperģēšanu, deaglomerāciju un malšanu!

Krāsu ražošana ar ultraskaņu

Uzlabojiet savas krāsas, krāsvielas un pārklājumus ar apstrādi ar ultraskaņu:

• Sastāvs: Neatkarīgi no tā, vai maisījumam ir augsta viskozitāte, liels daļiņu saturs, ūdens vai šķīdinātāja bāze, ar Hielscher rūpnieciskajām caurplūdes ultraskaņas iekārtām varat apstrādāt jebkura sastāva maisījumu.
• Mikrometru un nanometru izmērs: Akustiskās kavitācijas radītie lielie bīdes spēki samazina daļiņas līdz niecīgam diametram un nodrošina vienmērīgu dispersiju. Pielāgojot apstrādes ar ultraskaņu parametrus daļiņu un maisījuma prasībām, iespējams nodrošināt uzticamu nanometru izmēra pigmentu ražošanu.
• Optiskās īpašības: Lai iegūtu pareizās optiskās īpašības, jākontrolē pigmenta daļiņu izmērs. Parasti necaurspīdīgums korelē ar daļiņu izmēru: jo smalkākas daļiņas, jo lielāks necaurspīdīgums. Piemēram, TiO2 īpaši apstrādā līdz daļiņu izmēram no 0,20 līdz 0,3 mikrometriem, kas aptuveni atbilst pusei no gaismas viļņa garuma. Apstrāde ar ultraskaņu samazina TiO2 pigmentu daļiņas līdz to optimālajam izmēram, tādējādi iegūstot maksimālu segtspēju.
• Daļiņas ar augstiem veiktspējas rādītājiem: Mazāks daļiņu izmērs nodrošina lielāku krāsas piesātinājumu, krāsas vienmērīgumu un stabilitāti. Intensīvie, tomēr precīzi kontrolējamie ultraskaņas spēki ļauj ražot modificētas un funkcionalizētas nanodaļiņas, piemēram, pārklātas daļiņas, SWNTs, MWCNTs un daļiņas ar kodolu un apvalku. Šādām daļiņām piemīt unikālas īpašības, un tās paaugstina krāsu vai pārklājumu maisījumu kvalitāti un funkcionalitāti jaunā līmenī (piemēram, UV izturību, izturību pret skrāpējumiem, stiprību, adhēzijas spēju, augstu karstumizturību, infrasarkanā un saules starojuma atstarošanas spēju).
• Modificētas daļiņas: Pigmentiem ar modificētu virsmu ir ļoti zema viskozitāte pie augsta pigmenta satura (2,5cP pie 10% cietvielu satura), izcila suspensijas stabilitāte un augsta tīrības pakāpe. Daļiņu funkcionalizēšana ar ultraskaņas palīdzību ļauj vienkārši sintezēt pigmentus ar augstiem veiktspējas rādītājiem un īpašām īpašībām.

Pigmentu pastām, kuras maļ un disperģē, izmantojot ultraskaņas kavitāciju un lielus bīdes spēkus, ir novērojama ievērojama daļiņu izmēra samazināšanās un vienmērīgs sadalījums. Iepriekš redzamajā grafikā parādīts, ka, palielinoties ultraskaņas enerģijai, palielinās daļiņu izmēra samazinājums.

Krāsu ražošanā tādi komponenti kā pigmenti, saistvielas/ plēvveidotāji, atšķaidītāji/ šķīdinātāji, sveķi, pildvielas un piedevas jāsamaisa viendabīgā maisījumā. Pigmenti ir noteicošais komponents, kas piešķir krāsai tās toni. Svarīgākais baltais pigments ir TiO2, kas jāsamaļ līdz optimālam daļiņu diametram no 0,2 līdz 0,3 mikrometriem, lai iegūtu vēlamo baltuma, spilgtuma un necaurspīdīguma pakāpi un ļoti augstu gaismas laušanas koeficientu. Ultraskaņas bīdes spēki nodrošina ļoti efektīvu un energoefektīvu TiO2 daļiņu deaglomerāciju un disperģēšanu (skatīt attēlu zemāk).

Ar ultraskaņu disperģētas TiO2 nanodaļiņu suspensijas TEM attēli pie dažādām cietvielu koncentrācijām. Apstrāde ar ultraskaņu tika veikta, izmantojot ultraskaņas iekārtu UIP1000hdT
Pa kreisi: ievadītā ultraskaņas enerģija 1,8 × 10⁵ J/L – pa labi: ievadītā ultraskaņas enerģija 5,4 × 10⁵ J/L
(Pētījums un attēli: ©Fasaki et al., 2012)

 
Malšana un disperģēšana ar ultraskaņu uzlabo krāsas kvalitāti, uzlabojot tās krāsošanas spēju, blīvumu, maluma smalkumu, dispersiju un reoloģiskās īpašības.

Disperģēšanas un malšanas ar ultraskaņu apstākļi

Krāsu un pārklājumu kvalitāte ir atkarīga no pigmentu viendabīgas dispersijas. Hielscher Ultrasonics piegādā efektīvas malšanas un smalcināšanas iekārtas krāsu disperģēšanai, īpaši maisījumiem ar augstu pigmentu saturu. Ultraskaņas disperģētāju darbības mehānisms malšanas, smalcināšanas, deaglomerācijas un disperģēšanas procesos galvenokārt balstās uz ultraskaņas kavitācijas radīto bīdes iedarbību. Daļiņu atdalīšanai nepieciešamos kavitācijas bīdes spēkus rada lielas spiediena starpības, lokāli karstie punkti un šķidruma strūklas, kas izraisa daļiņu sašķelšanos savstarpējās sadursmēs.
Rūpnieciskie ultraskaņas disperģētāji, piemēram, UIP16000hdT ar 16 000 vatu jaudu uz katru ultraskaņas zondi, spēj apstrādāt lielas krāsu un pārklājumu materiālu plūsmas.

Ar ultraskaņu apstrādātā krīta krāsa uz grindometra demonstrē pilnīgi vienmērīgu pigmentu deaglomerāciju un daļiņu izmēru sadalījumu

Nanodaļiņu disperģēšana

Malšana un disperģēšana ar ultraskaņu bieži ir vienīgā metode nanodaļiņu efektīvai apstrādei, lai iegūtu atsevišķi disperģētas primārās daļiņas. Mazs primāro daļiņu izmērs nodrošina lielu virsmas laukumu un korelē ar unikālu daļiņu īpašību un funkcionalitātes izpausmi. Vienlaikus mazāks daļiņu izmērs ir saistīts ar augstu virsmas enerģiju, kas veicina izteiktāku agregāciju un reaģētspēju, tādēļ ir nepieciešami intensīvie ultraskaņas disperģēšanas spēki, lai nanodaļiņas viendabīgi disperģētu maisījumā.
Turklāt virsmas apstrāde ar ultraskaņu var modificēt nanodaļiņas, uzlabojot disperģējamību, dispersijas stabilitāti, hidrofobitāti un citas īpašības.
Pētnieki ir ieteikuši nanodaļiņu disperģēšanu ar ultraskaņu kā vēlamo risinājumu, “jo ar ultraskaņas metodi disperģētais materiāls ir daudz tīrāks nekā tas, kas iegūts, maļot lodīšu dzirnavās.” [Kim et al. 2010].

Disperģēšanas tehnoloģijai ar ultraskaņu ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar tradicionālajām malšanas tehnoloģijām, piemēram, trīsvalču dzirnavām, ložu dzirnavām vai dzirnavām ar malšanas ķermeņiem.

Lasiet vairāk par pigmentu un krāsvielu homogenizēšanu un disperģēšanu ar ultraskaņu koncentrātu un krāsu maisījumu ražošanai!

Literatūra / atsauces

• FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
• I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS₄ with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
• Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
• Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.