Hoe vernissen met nanovulstoffen te mengen

De productie van vernis vereist krachtige mengapparatuur die kan omgaan met nanodeeltjes en pigmenten, die gelijkmatig in de formulering moeten worden gedispergeerd. Ultrasone homogenisatoren zijn zeer efficiënte en betrouwbare dispergeertechnieken die zorgen voor een homogene verdeling van de nanodeeltjes in polymeren.

Vernisproductie met krachtige ultrasone mengers

Vernis wordt omschreven als een heldere transparante harde beschermende laag of film, die is samengesteld uit harsen (b.v. acryl, polyurethaan, alkyd, schellak), drogende olie, een metaaldroger, en vluchtige oplosmiddelen (b.v. nafta, terpentine of verdunner). Wanneer vernis droogt, verdampt het aanwezige oplosmiddel, en de resterende bestanddelen oxideren of polymeriseren om een duurzame transparante film te vormen. Vernissen worden meestal gebruikt als beschermende coatings voor houten oppervlakken, schilderijen en diverse decoratieve voorwerpen, terwijl UV-uithardende vernissen worden gebruikt in automobielcoatings, cosmetica, levensmiddelen, wetenschap en andere sectoren.

Ultrasone dispersie van nanosilica in vernis

Een veel voorkomend voorbeeld van ultrasoon dispergeren is de toevoeging van colloïdale silica's, die gewoonlijk worden toegevoegd om vernissen thixotrope eigenschappen te geven.
Zo vertoont met nano-silica gevulde polyetherimidelak een tot dertig maal langere levensduur dan een standaardlak. Nano-silica verbetert de lakeigenschappen zoals de elektrische geleidbaarheid, de DC en AC diëlektrische sterkte en de hechtsterkte. Ultrasone dispergeerders 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 zogenaamde extender pigmenten, die worden toegevoegd om de reologie (viscositeit), de bezinkingsstabiliteit en de filmsterkte in coatings te wijzigen.

Onderzoek bewijst superioriteit van Ultrasoneators voor Nanofiller-dispersie

Monteiro et al. (2014) vergeleken gangbare dispersietechnologieën – namelijk rotor-staafmenger, Cowles-waaier en ultrasone sonde-dispergeerder – wat betreft hun efficiëntie bij het dispergeren van titaniumdioxide (TiO2, anataas). Ultrasoon bleek het meest efficiënt om de nanodeeltjes in water te dispergeren met de conventionele Na-PAA-polyelektrolyt, en overtrof het mengen met een rotor-stator of Cowles-waaier aanzienlijk.
De details van de studie: Verschillende dispersietechnieken werden vergeleken om vast te stellen welke het meest effectief zijn om een goed gedeagglomereerde nano-TiO2 waterige suspensie te maken. Natriumzout van polyacrylzuur (Na-PAA), dat gewoonlijk in de industrie wordt gebruikt voor TiO2-waterige dispersies, werd gebruikt als referentiedispergeermiddel. Fig. 1 toont de volume-deeltjesgrootteverdelingen (PSD) die zijn verkregen met behulp van een Cowles-dispergeerapparaat (30 min. bij 2000 omw/min), een rotor-stator-menger (30 min. bij 14000 omw/min) en ultrasone trillingen van het sonde-type (Hielscher UIP1000hdT2 minuten bij 50% amplitude). “Met behulp van de Cowles-dispergeermachine waren de deeltjes in drie verschillende gebieden groot: 40-100 nm, 350-1000 nm en 1200-4000 nm. De grotere agglomeraten domineren duidelijk de verdeling, waaruit blijkt dat deze techniek inefficiënt is. Ook de rotor-stator leverde onbevredigende resultaten op, ongeacht of de nanodeeltjes in één keer of geleidelijk gedurende de mengtijd werden toegevoegd. Het belangrijkste verschil in het resultaat van Cowles houdt verband met de verschuiving van de middelste piek naar de hogere deeltjesgrootte, die gedeeltelijk samenvalt met de meest rechtse piek. Anderzijds leverde het gebruik van ultrageluid een veel beter resultaat op, met een smalle piek met als middelpunt 0,1 nm en twee veel kleinere pieken in het bereik 150-280 nm en 380-800 nm.”

Deeltjesgrootteverdelingen van nano-TiO2 waterige dispersies (10mgmL-1, pH = 9) bereid met verschillende dispersietechnieken. Ultrasoonbehandeling geeft de kleinste TiO2-nanopartikels en de smalste deeltjesgroottekrommen. Wanneer dispergeermiddel (Na-PAA) werd gebruikt, was de verhouding tot nano-TiO2 1:1.
(studie en grafiek: © Monteiro et al., 2014)

Gesproeidroogd TiO2 voor en na ultrasoon malen

Dit resultaat komt overeen met het werk van Sato et al. (2008), die betere resultaten melden met ultrasone trillingen dan met andere technieken voor het dispergeren van nanodeeltjes TiO2 in water. De door akoestische/ultrasone cavitatie veroorzaakte schokgolven leiden tot zeer intense botsingen tussen de deeltjes en efficiënte vermaling en deagglomeratie van de deeltjes tot uniforme fragmenten op nanoschaal.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor vernisproductie

Wanneer nanodeeltjes en nanovulstoffen worden gebruikt in industriële productieprocessen zoals de productie van vernissen en coatings, moet droog poeder homogeen worden gemengd in een vloeibare fase. De dispersie van nanodeeltjes vereist een betrouwbare en doeltreffende mengtechniek, die voldoende energie gebruikt om agglomeraten te breken, zodat de kwaliteiten van de nanodeeltjes tot hun recht komen. Ultrasone machines staan bekend als krachtige en betrouwbare dispergeerders en worden daarom gebruikt om diverse materialen zoals silica, nanobuisjes, grafeen, mineralen en vele andere materialen homogeen te deagglomereren en te verdelen in een vloeibare fase zoals harsen, epoxy's en pigment masterbatches. Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone dispergeerapparaten voor alle soorten homogenisatie- en deagglomeratietoepassingen.
Bij de productie van nano-dispersies zijn een nauwkeurige sonicatiecontrole en een betrouwbare ultrasone behandeling van de nanodeeltjes-suspensie essentieel om hoogwaardige producten te verkrijgen. De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke verwerkingsparameters zoals energie-input, ultrasone intensiteit, amplitude, druk, temperatuur en retentietijd. Daardoor kunt u de parameters optimaal instellen, wat vervolgens leidt tot hoogwaardige nano-dispersie zoals nanosilica of nano-TiO2 slurries.

Voor elk volume / capaciteit: Hielscher biedt ultrasoonapparaten en een breed scala aan accessoires. Dit maakt het mogelijk het ideale ultrasoon systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit te configureren. Van kleine flesjes met enkele milliliters tot grote volumestromen van duizenden liters per uur, Hielscher biedt de geschikte ultrasoonoplossing voor uw proces.
Hoge viscositeit: Ultrasone inline-systemen verwerken gemakkelijk pasta-achtige formuleringen, bijvoorbeeld pigmentmasterbatches, waarbij een pigment met een hoge deeltjesbelasting uniform wordt gemengd in een mengsel van weekmaker, monomeer en polymeer.
Robuustheid: Onze ultrasoon systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle Hielscher ultrasooninstallaties zijn gebouwd voor 24/7/365 werking en vergen zeer weinig onderhoud.
Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone toestellen maakt het mogelijk sonicatie-instellingen vooraf te selecteren en op te slaan voor een eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is gemakkelijk toegankelijk via een digitaal gekleurd touch-display. Met de browserbesturing op afstand kunt u het apparaat via elke internetbrowser bedienen en controleren. Automatische gegevensopslag slaat de procesparameters van elke sonicatierun op een ingebouwde SD-kaart op.
Uitstekende energie-efficiëntie: In vergelijking met alternatieve dispersietechnologieën blinken Hielscher ultrasooninstallaties uit door een uitstekende energie-efficiëntie en superieure resultaten bij de verdeling van de deeltjesgrootte.
Hoogwaardige & Robuustheid: Hielscher ultrasoonapparaten staan bekend om hun kwaliteit, betrouwbaarheid en robuustheid. Hielscher Ultrasonics is een ISO gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasoontoestellen met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: