Ultrageluid voor dispergeren en slijpen: Verf & pigmenten

Krachtig ultrageluid staat bekend om zijn intense en nauwkeurig regelbare maal- en dispergeereffecten. Dit maakt ultrasone homogenisatoren ideaal voor de productie van pigmentpasta en verfformules. Industriële ultrasone machines zorgen voor een zeer uniforme deeltjesgrootteverdeling in het micron- en nanobereik. Verwerk grote volumestromen met een hoge viscositeit met Hielscher ultrasone machines voor homogeen bevochtigen, dispergeren, deagglomereren en malen!

Verfproductie met ultrageluid

Verbeter je verven, kleuren en coatings met Sonicatie:

• Formulering: Of het nu gaat om hoge viscositeiten, hoge deeltjesbelastingen, op waterbasis of op basis van oplosmiddelen – Met Hielscher industriële inline ultrasoonmachines kunt u elke formulering verwerken.
• Micron- en nanogrootte: De hoge schuifkrachten die worden gegenereerd door akoestische cavitatie reduceren deeltjes tot minuscule deeltjesdiameters en zorgen voor een uniforme dispersie. Door de ultrasoonparameters aan te passen aan de vereisten van uw deeltjes en formulering, kunt u op een betrouwbare manier pigmenten van nanoformaat produceren.
• Optische eigenschappen: Om de juiste optische eigenschappen te verkrijgen, moet de pigmentdeeltjesgrootte worden geregeld. Gewoonlijk correleert opaciteit met de deeltjesgrootte: hoe fijner de deeltjesgrootte, hoe meer opaciteit. TiO2 wordt bijvoorbeeld specifiek verwerkt tot een deeltjesgrootte van 0,20 tot 0,3 micron, wat ongeveer overeenkomt met de helft van de golflengte van licht. Ultrasoon maken verkleint de TiO2-pigmenten tot hun optimale grootte, zodat de ultieme dekking wordt verkregen.
• Krachtige deeltjes: Kleinere deeltjesgroottes resulteren in een grotere kleurverzadiging, kleurconsistentie en stabiliteit. De intense, maar nauwkeurig regelbare ultrasone krachten maken het mogelijk om gemodificeerde en gefunctionaliseerde nanodeeltjes te produceren, zoals gecoate deeltjes, SWNT's, MWCNT's en core-shell deeltjes. Dergelijke deeltjes vertonen unieke kenmerken en tillen verf- of coatingformules naar een nieuw niveau van kwaliteit en functionaliteit (bv. UV-bestendigheid, krasbestendigheid, sterkte, kleefkracht, hoge hittebestendigheid, infrarood- en zonnereflectie).
• Gewijzigde deeltjes: Oppervlaktegemodificeerde pigmenten hebben een zeer lage viscositeit bij hoge pigmentbelastingen (2,5 cP bij 10% vaste stof), superieure suspensiestabiliteit en hoge zuiverheid. Met ultrasoon geassisteerde deeltjesfunctionalisering is het eenvoudig om hoogwaardige pigmenten met speciale eigenschappen te synthetiseren.

Pigmentpasta's die worden gemalen en gedispergeerd met behulp van ultrasone cavitatie en hoge schuifkrachten, laten een aanzienlijke vermindering van de grootte en een uniforme verdeling zien. De bovenstaande grafiek toont de toenemende vermindering van de grootte bij toenemende ultrasone energie.

Voor de productie van verf moeten de componenten zoals pigmenten, bindmiddelen/filmvormers, verdunningsmiddelen/oplosmiddelen, harsen, vulstoffen en additieven worden gemengd tot een homogene formulering. Pigmenten zijn de bepalende component die verf zijn kleur geeft. Het belangrijkste witte pigment is TiO2, dat moet worden vermalen tot een optimale deeltjesgrootte met een diameter tussen 0,2 en 0,3 micron om de gewenste witheid, helderheid, opaciteit en een zeer hoge brekingsindex te verkrijgen. De ultrasone schuifkrachten zorgen voor een zeer effectieve en energiebesparende deagglomeratie en dispersie van TiO2-deeltjes (zie onderstaande afbeelding).

TEM van ultrasoon gedispergeerde TiO2 nanodeeltjes suspensie met verschillende vaste concentraties. Sonicatie werd uitgevoerd met de Ultrasone UIP1000hdT
Links: input ultrasone energie 1,8 × 10⁵ J/L – Rechts: input ultrasone energie 5,4 × 10⁵ J/L
(Studie en afbeeldingen: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ultrasoon malen en dispergeren verbeteren de verfkwaliteit door de kleursterkte, dichtheid, fijnheid van malen, dispersie en reologie te verbeteren.

ultrasoon dispergeren & Slijpomstandigheden

De kwaliteit van verven en coatings is afhankelijk van de homogene dispersie van de pigmenten. Hielscher Ultrasonics levert effectieve maal- en maalapparatuur voor verfdispersie, vooral voor formules met een hoge pigmentbelasting. Het mechanisme van ultrasone dispergeertoestellen voor malen, malen, deagglomereren en dispergeren is voornamelijk gebaseerd op het afschuifprincipe dat wordt gegenereerd door ultrasone cavitatie. De cavitatieschuifkrachten die nodig zijn voor het uiteenvallen van de deeltjes worden geproduceerd door hoge drukverschillen, lokale hotspots en vloeistofstralen, wat resulteert in het uiteenvallen van de deeltjes door botsing tussen de deeltjes.
Industriële ultrasone dispergeerapparaten zoals de UIP16000hdT met 16.000 watt per ultrasone sonde kunnen grote volumestromen verf en coatings verwerken.

Sonicated krijtverf op de grindometer toont de perfect uniforme deagglomeratie en deeltjesgrootteverdeling van de pigmenten aan

Dispersie van nanodeeltjes

Ultrasoon malen en dispergeren is vaak de enige methode om nanodeeltjes op een efficiënte manier te verwerken om eenvormige gedispergeerde primaire deeltjes te verkrijgen. Een kleine primaire deeltjesgrootte resulteert in een groot oppervlak en correleert met de expressie van unieke deeltjeskenmerken en -functionaliteiten. Tegelijkertijd wordt een kleinere deeltjesgrootte geassocieerd met een hoge oppervlakte-energie voor sterkere aggregatie en reactiviteit, zodat intense ultrasone dispergeerkrachten nodig zijn om de nanodeeltjes homogeen in de formulering te dispergeren.
Bovendien kan een ultrasone oppervlaktebehandeling de nanodeeltjes wijzigen, wat leidt tot een betere dispergeerbaarheid, dispersiestabiliteit, hydrofobiciteit en andere eigenschappen.
Onderzoekers hebben de ultrasone dispersiemethode voor nanodeeltjes aanbevolen als voorkeursoplossing, “omdat het materiaal dat met de ultrasone methode wordt gedispergeerd veel zuiverder is dan het materiaal dat met parelfrezen wordt geproduceerd.” [Kim et al. 2010].

De ultrasone dispersietechniek heeft veel voordelen in vergelijking met traditionele maaltechnieken zoals driewalsen, kogelmolens of mediamolens.

Lees meer over ultrasoon homogeniseren en dispergeren van pigmenten en kleurstoffen voor masterbatches en verfformules!

Caution: Video "duration" is missing

Literatuur / Referenties