Vernissen mengen met Nanofillers

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

Vernisproductie met hoogwaardige ultrasone mixers

Een vernis wordt beschreven als een heldere transparante harde beschermende coating of film, die is samengesteld uit harsen (bijv. acryl, polyurethaan, alkyd, schellak), drogende olie, een metaaldroger en vluchtige oplosmiddelen (bijv. nafta, terpentine of verdunner). Wanneer vernis droogt, verdampt het aanwezige oplosmiddel en oxideren of polymeriseren de resterende bestanddelen om een duurzame transparante film te vormen. Vernissen worden meestal gebruikt als beschermende coatings voor houten oppervlakken, schilderijen en diverse decoratieve objecten, terwijl UV-uithardende vernissen worden gebruikt in coatings voor auto's, cosmetica, voeding, wetenschap en andere branches.

Ultrasone dispersie van nanosilica in vernis

Een veelvoorkomend voorbeeld van ultrasoon dispergeren is het toevoegen van colloïdale silica's, die meestal worden toegevoegd om vernissen thixotrope eigenschappen te geven.
Zo vertoont een met nano-silica gevulde polyetherimide vernis een tot dertig keer langere levensduur dan een standaard vernis. Nano-silica verbetert de eigenschappen van vernis 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), bezinkingsstabiliteit en filmsterkte in coatings te wijzigen.

Onderzoek bewijst superioriteit van ultrasoneators voor nanofiller-dispersie

Monteiro et al. (2014) vergeleken gangbare dispergeertechnologieën – namelijk rotor-staafmenger, Cowles-waaier en ultrasone sonde-dispergeerder – met betrekking tot hun efficiëntie in het dispergeren van titaniumdioxide (TiO2, anataas). Ultrasoon bleek het meest efficiënt om de nanodeeltjes in water te dispergeren met behulp van conventioneel Na-PAA polyelektrolyt, en was aanzienlijk beter dan mengen met een rotor-stator of Cowles waaier.
De details van het onderzoek: Verschillende dispergeertechnieken werden vergeleken om de meest effectieve te identificeren voor het creëren van een goed gedeagglomereerde nano-TiO2 waterige suspensie. Natriumzout van polyacrylzuur (Na-PAA), conventioneel gebruikt in de industrie voor TiO2 waterige dispersies, werd gebruikt als referentie-dispergeermiddel. Fig. 1 toont de volumedistributies van de deeltjesgrootte (PSD) die werden verkregen met behulp van een Cowles-dispergeerapparaat (30 min. bij 2000 rpm), een rotor-stator-menger (30 min. bij 14000 rpm) en ultrasone sonde (Hielscher UIP1000hdT2 min bij 50% amplitude). “Met behulp van de Cowles-dispergeermachine waren de deeltjes in drie verschillende bereiken te vinden: 40-100 nm, 350-1000 nm en 1200-4000 nm. De grotere agglomeraten domineren duidelijk de verdeling, wat aantoont dat deze techniek inefficiënt is. De rotor-stator leverde ook onbevredigende resultaten, ongeacht of de nanodeeltjes in één keer of geleidelijk werden toegevoegd gedurende de mengtijd. Het grootste verschil dat werd waargenomen in het resultaat van Cowles heeft te maken met de verschuiving van de middelste piek naar de hogere deeltjesgrootte, die gedeeltelijk samensmelt met de meest rechtse piek. Aan de andere kant leverde het gebruik van ultrageluid een veel beter resultaat op, met een smalle piek met het middelpunt op 0,1 nm en twee veel kleinere pieken in het bereik van 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 nanodeeltjes en de smalste deeltjesgrootte reductiecurves. Wanneer dispergeermiddel (Na-PAA) werd gebruikt, was de verhouding tot nano-TiO2 1:1.
(studie en grafiek: © Monteiro et al., 2014)

Sproeidroog TiO2 voor en na ultrasoon malen

Dit resultaat komt overeen met het werk van Sato et al. (2008), die betere resultaten rapporteerden met ultrasone trillingen dan met andere technieken voor het dispergeren van genanoseerde TiO2-deeltjes in water. De schokgolven die worden gecreëerd door akoestische/ultrasone cavitatie leiden tot zeer intense botsingen tussen de deeltjes en efficiënte vermaling en deagglomeratie van de 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 worden gemengd in een vloeibare fase. Voor nanodeeltjesdispersie is een betrouwbare en effectieve mengtechniek nodig die voldoende energie gebruikt om agglomeraten te breken en zo de kwaliteiten van nanodeeltjes te ontplooien. Ultrasone trilnaalden staan bekend als krachtige en betrouwbare dispergeerders en worden daarom gebruikt voor het deagglomereren en homogeen verdelen van diverse materialen zoals silica, nanobuisjes, grafeen, mineralen en vele andere materialen 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 voor het verkrijgen van hoogwaardige producten. De processoren van Hielscher Ultrasonics geven u volledige controle over alle belangrijke procesparameters, zoals energie-input, ultrasone intensiteit, amplitude, druk, temperatuur en retentietijd. Hierdoor kunt u de parameters aanpassen aan geoptimaliseerde omstandigheden, wat vervolgens leidt tot hoogwaardige nano-dispersie zoals nanosilica of nano-TiO2 slurries.

Voor elk volume / capaciteit: Hielscher biedt ultrasoonapparatuur en een breed assortiment accessoires. Hierdoor kan het ideale ultrasone systeem voor uw toepassing en productiecapaciteit worden geconfigureerd. Van kleine flesjes van een paar milliliter 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, zoals masterbatches van pigmenten, waarbij een pigment met een hoge deeltjesbelasting uniform wordt gemengd in een mengsel van weekmaker, monomeer en polymeer.
Robuustheid: Onze ultrasone systemen zijn robuust en betrouwbaar. Alle Hielscher ultrasone systemen zijn gebouwd voor 24/7/365 werking en vereisen zeer weinig onderhoud.
Gebruiksvriendelijkheid: De geavanceerde software van onze ultrasone apparaten maakt het mogelijk om vooraf sonicatie-instellingen te selecteren en op te slaan voor een eenvoudige en betrouwbare sonicatie. Het intuïtieve menu is eenvoudig toegankelijk via een digitaal gekleurd touch-display. Met de browserbediening op afstand kunt u het apparaat bedienen en controleren via elke internetbrowser. Automatische gegevensregistratie slaat de procesparameters van elke sonicatierun op een ingebouwde SD-kaart op.
Uitstekende energie-efficiëntie: In vergelijking met alternatieve dispersietechnologieën blinken Hielscher ultrasone machines uit door hun uitstekende energie-efficiëntie en superieure resultaten op het gebied van deeltjesgrootteverdeling.
Hoogwaardige & Robuustheid: Hielscher ultrasone apparaten staan bekend om hun kwaliteit, betrouwbaarheid en robuustheid. Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten 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.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: