Vernissen mengen met nanovulstoffen

De productie van vernis vereist krachtige mengapparatuur die nanodeeltjes en pigmenten kan verwerken, die gelijkmatig in de formulering moeten worden gedispergeerd. Ultrasone homogenisatoren vormen een zeer efficiënte en betrouwbare dispergeertechniek die zorgt voor een homogene verdeling van de nanodeeltjes in polymeren.

Vernisproductie met ultrasone mengers met hoge prestaties

Een vernis wordt beschreven als een heldere, transparante, harde beschermende coating of film die wordt samengesteld uit harsen (bijv. acryl, polyurethaan, alkyd, schellak), drogende olie, een metaalhoudend droogmiddel en vluchtige oplosmiddelen (bijv. nafta, terpentine of verdunner). Wanneer vernis droogt, verdampt het aanwezige oplosmiddel en oxideren of polymeriseren de resterende bestanddelen tot een duurzame, transparante film. Vernissen worden voornamelijk gebruikt als beschermende coatings voor houten oppervlakken, schilderijen en diverse decoratieve voorwerpen, terwijl UV-uithardende vernissen worden gebruikt in autocoatings, cosmetica, voedingsmiddelen, de wetenschap en andere sectoren.

Ultrasone dispersie van nanosilica in vernis

Een veelvoorkomend voorbeeld van ultrasoon dispergeren is het inwerken van colloïdale silica, die doorgaans wordt toegevoegd om vernissen thixotrope eigenschappen te geven.
Zo heeft met nanosilica gevulde polyetherimidevernis een tot dertig keer langere levensduur dan een standaardvernis. Nanosilica verbetert verniseigenschappen zoals de elektrische geleidbaarheid, de diëlektrische sterkte bij gelijk- en wisselspanning en de hechtsterkte. Ultrasone dispergeerapparaten worden daarom veel gebruikt voor de productie van elektrisch geleidende coatings.
Andere silicaatmineralen, wollastoniet, talk, mica, kaolien, veldspaat en nefelien-syeniet, zijn goedkope vulstoffen en worden veel gebruikt als zogenoemde vulpigmenten, die worden toegevoegd om de reologie (viscositeit), de sedimentatiestabiliteit en de filmsterkte van coatings te wijzigen.

Door onderzoek aangetoonde superioriteit van sonicatoren voor het dispergeren van nanovulstoffen

Monteiro et al. (2014) vergeleken gangbare dispergeertechnologieën – namelijk een rotor-statormenger, een Cowles-roerder en een ultrasoon dispergeerapparaat met sonde – op hun efficiëntie bij het dispergeren van titaandioxide (TiO2, anataas). Sonicatie bleek het efficiëntst om de nanodeeltjes in water te dispergeren met een conventioneel Na-PAA-polyelektrolyt en presteerde aanzienlijk beter dan mengen met een rotor-stator- of Cowles-roerder.
De details van het onderzoek: verschillende dispergeertechnieken werden vergeleken om te bepalen welke het effectiefst was voor het verkrijgen van een goed gedeagglomereerde waterige suspensie van nano-TiO2. Het natriumzout van polyacrylzuur (Na-PAA), dat in de industrie doorgaans wordt gebruikt voor waterige TiO2-dispersies, werd als referentiedispergeermiddel gebruikt. Fig. 1 toont de verkregen volumegerelateerde deeltjesgrootteverdelingen (PSD) bij gebruik van een Cowles-dispergeerapparaat (30 min bij 2000 rpm), een rotor-statormenger (30 min bij 14.000 rpm) en sonicatie met een sonde (Hielscher UIP1000hdT, 2 min bij 50% amplitude). “Bij gebruik van het Cowles-dispergeerapparaat lagen de deeltjesgroottes in drie verschillende bereiken: 40–100 nm, 350–1000 nm en 1200–4000 nm. De grotere agglomeraten domineren duidelijk de verdeling, wat aantoont dat deze techniek inefficiënt is. Ook de rotor-stator leverde onbevredigende resultaten op, ongeacht of de nanodeeltjes in één keer of geleidelijk tijdens het mengen werden toegevoegd. Het belangrijkste verschil dat in het resultaat van Cowles werd waargenomen, houdt verband met de verschuiving van de middelste piek naar een grotere deeltjesgrootte, waarbij deze gedeeltelijk samenvloeit met de meest rechtse piek. Het gebruik van ultrageluid leverde daarentegen een veel beter resultaat op, met een smalle piek rond 0,1 nm en twee veel kleinere pieken in de bereiken 150–280 nm en 380–800 nm.”

Deeltjesgrootteverdelingen van waterige nano-TiO2-dispersies (10mgmL−1, pH = 9), bereid met verschillende dispergeertechnieken. Sonicatie levert de kleinste TiO2-nanodeeltjes en de smalste curves voor deeltjesgroottevermindering op. Wanneer een dispergeermiddel (Na-PAA) werd gebruikt, was de verhouding tot nano-TiO2 1:1.
(onderzoek en afbeelding: © Monteiro et al., 2014)

Sproeigedroogd TiO2 vóór en na ultrasoon malen

Dit resultaat komt overeen met het werk van Sato et al. (2008), die betere resultaten met sonicatie rapporteerden dan met andere technieken voor het dispergeren van TiO2-deeltjes van nanogrootte in water. De schokgolven die door akoestische / ultrasone cavitatie worden opgewekt, leiden tot zeer intense botsingen tussen deeltjes en tot efficiënt malen en deagglomereren van deeltjes tot uniforme fragmenten op nanoschaal.
(vgl. Monteiro et al., 2014)

Ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties voor vernisproductie

Wanneer nanodeeltjes en nanovulstoffen worden gebruikt in industriële productieprocessen, zoals de productie van vernissen en coatings, moet droog poeder homogeen in een vloeibare fase worden gemengd. Het dispergeren van nanodeeltjes vereist een betrouwbare en effectieve mengtechniek die voldoende energie levert om agglomeraten op te breken en zo de eigenschappen van deeltjes op nanoschaal tot hun recht te laten komen. Sonicatoren staan bekend als krachtige en betrouwbare dispergeerapparaten en worden daarom gebruikt om uiteenlopende materialen zoals silica, nanobuisjes, grafeen, mineralen en vele andere materialen te deagglomereren en homogeen te verdelen in een vloeibare fase, zoals harsen, epoxyharsen en pigmentmasterbatches. Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en levert ultrasone dispergeerapparaten met hoge prestaties voor alle soorten homogenisatie- en deagglomeratietoepassingen.
Bij de productie van nanodispersies zijn nauwkeurige regeling van de sonicatie en een betrouwbare ultrasone behandeling van de nanodeeltjessuspensie essentieel om producten met hoge prestaties te verkrijgen. De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke procesparameters, zoals energietoevoer, ultrasone intensiteit, amplitude, druk, temperatuur en verblijftijd. Zo kunt u de parameters afstemmen op geoptimaliseerde omstandigheden, wat vervolgens leidt tot hoogwaardige nanodispersies, zoals slurries van nanosilica of nano-TiO2.

Voor elk volume / elke capaciteit: Hielscher biedt sonicatoren en een breed assortiment accessoires. Hiermee kan het ideale ultrasone systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit worden samengesteld. Van kleine monsterflesjes met enkele milliliters tot grote volumestromen van duizenden gallons per uur: Hielscher biedt de passende ultrasone oplossing voor uw proces.
Hoge viscositeiten: Ultrasone inline-systemen verwerken eenvoudig pasta-achtige formuleringen, bijvoorbeeld pigmentmasterbatches, waarin een pigment bij een hoog deeltjesgehalte gelijkmatig wordt gemengd in een mengsel van weekmaker, monomeer en polymeer.
Robuustheid: Onze ultrasone systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle sonicatoren van Hielscher zijn gebouwd voor gebruik 24/7/365 en vereisen zeer weinig onderhoud.
Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone apparaten maakt het mogelijk sonicatie-instellingen vooraf te selecteren en op te slaan voor eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is eenvoudig toegankelijk via een digitaal kleurentouchscreen. Met de browserbediening op afstand kunt u het apparaat via elke internetbrowser bedienen en bewaken. Automatische gegevensregistratie slaat de procesparameters van elke sonicatiecyclus op een ingebouwde SD-kaart op.
Uitstekende energie-efficiëntie: Vergeleken met alternatieve dispergeertechnologieën blinken sonicatoren van Hielscher uit door hun uitstekende energie-efficiëntie en superieure resultaten wat betreft de deeltjesgrootteverdeling.
Hoge kwaliteit en robuustheid: Sonicatoren van Hielscher staan bekend om hun kwaliteit, betrouwbaarheid en robuustheid. Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicatoren met hoge prestaties met de modernste technologie en een hoge gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen sonicatoren van Hielscher aan de CE-eisen en aan de vereisten van UL, CSA en RoHs.

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: