Różne części składowe, takie jak pigmenty, wypełniacze, środki sieciujące, dodatki chemiczne i modyfikatorów reologii, i przejść do powlekania farbą preparatów. Ultradźwięków jest skutecznym środkiem do dyspersji i emulgującego deaglomeracji i obróbce tych składników w powłokach.

USG jest stosowany w formułowaniu otuliny:

• Emulgowanie polimerów w układach wodnych
• środki dyspergujące i drobne mielenie pigmentów
• redukcja wielkości nanomateriałów w powłokach o wysokiej wydajności

Powłoki dzielą się na dwie szerokie kategorie: żywice i powłoki wodorozcieńczalne oraz rozpuszczalnikowe. Każdy rodzaj ma swoje własne wyzwania. Kierunki wzywające do redukcji VOC i wysokie ceny rozpuszczalników stymulują wzrost technologii powlekania żywicami wodorozcieńczalnymi. Zastosowanie ultradźwięków może zwiększyć wydajność takich przyjaznych środowisku systemów.

Ulepszona formuła powłoki dzięki ultradźwiękom

Ultradźwięki mogą pomóc formulatorom powłok architektonicznych, przemysłowych, samochodowych i do drewna w zwiększeniu właściwości powłoki, takich jak wytrzymałość koloru, odporność na zarysowania, pęknięcia i promieniowanie UV lub przewodność elektryczna. Niektóre z tych właściwości powłoki uzyskuje się poprzez włączenie materiałów o nano rozmiarach, np. tlenków metali (TiO₂Krzemionkę, tlenek cerowy, ZnO …).

Ultradźwięki pomagają również w defoaming (uwięzione pęcherzyki powietrza) i degazacji (rozpuszczony gaz) produktów o wysokiej lepkości. Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym odgazowywaniu i odgazowywaniu cieczy!

Ponieważ technologia dyspergowania ultradźwiękowego może być stosowana w laboratorium, na stole warsztatowym i w produkcji przemysłowej, umożliwiając uzyskanie wydajności powyżej 10 ton/godz.&D oraz w produkcji komercyjnej. Wyniki procesu mogą być łatwo i liniowo skalowane.

Urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są bardzo energooszczędne. Około 80 do 90% energii elektrycznej zamieniają na aktywność mechaniczną w cieczy. Prowadzi to do znacznego obniżenia kosztów obróbki.

Podążając za poniższymi linkami, można przeczytać więcej o wykorzystaniu wysokowydajnych ultradźwięków do

• Emulgowanie polimerów w układach wodnych,
• środki dyspergujące i drobne mielenie pigmentów,
• i zmniejszenie wielkości nanomateriałów.

Polimeryzacja emulsji z wykorzystaniem sonikacji

Tradycyjne formulacje powłok wykorzystują podstawową chemię polimerów. Zmiana na technologię powłok wodnych ma wpływ na dobór surowców, właściwości i metodologię formułowania.

W konwencjonalnej polimeryzacji emulsyjnej, na przykład dla powłok wodorozcieńczalnych, cząstki zbudowane są z centrum na ich powierzchni. czynniki kinetyczne wpływu na jednorodność cząstek i morfologię.

Przetwarzanie ultradźwięków można stosować na dwa sposoby generowania polimerowe emulsje.

• Top-Down: emulgacja/Dyspersacja większych cząstek polimeru w celu wytworzenia mniejszych cząstek przez zmniejszenie rozmiaru
• Oddolne: Zastosowanie ultradźwięków przed lub podczas polimeryzacji cząstek

 

 

Polimery nanocząstek w Miniemulsions

Polimeryzacja cząstek w miniemulsjach pozwala na wytwarzanie zdyspergowanych cząstek polimerowych z dobrą kontrolą wielkości cząstek. Synteza nanocząstek polimerów w miniemulsjach (zwanych również nanoreaktorami), przedstawiona przez K. Landfestera (2001), jest doskonałą metodą tworzenia nanocząstek polimerowych. W podejściu tym wykorzystuje się dużą liczbę małych nanokompartmentów (fazy dyspersyjnej) w emulsji jako nanoreaktory. W nich cząstki są syntetyzowane w sposób wysoce równoległy w poszczególnych, zamkniętych kroplach. Landfester (2001) w swojej pracy przedstawia polimeryzację w nanoreaktorach w wysokiej doskonałości dla wygenerowania wysoce identycznych cząstek o prawie jednolitych rozmiarach. Powyższy obraz przedstawia cząstki otrzymane w wyniku wspomaganej ultradźwiękami poliaddycji w miniemulsjach.

Małe kropelki generowane przez zastosowanie wysokiego ścinania (ultradźwięków) i stabilizowane przez czynniki stabilizujące (emulgatory), mogą być utwardzane przez późniejszą polimeryzację lub przez obniżenie temperatury w przypadku materiałów topiących się w niskiej temperaturze. Ponieważ ultradźwięki mogą wytwarzać bardzo małe kropelki o prawie jednolitej wielkości w procesie wsadowym i produkcyjnym, pozwalają na dobrą kontrolę nad ostatecznym rozmiarem cząstek. W celu polimeryzacji nanocząstek, monomery hydrofilowe mogą być emulgowane do fazy organicznej, a monomery hydrofobowe w wodzie.

Przy zmniejszaniu rozmiaru cząstek zwiększa się jednocześnie całkowita powierzchnia cząstek. Na rysunku po lewej stronie pokazano korelację pomiędzy wielkością cząstek a powierzchnią w przypadku cząstek sferycznych. Dlatego ilość surfaktantu potrzebnego do stabilizacji emulsji wzrasta prawie liniowo wraz z całkowitą powierzchnią cząstek. Rodzaj i ilość surfaktantu wpływa na wielkość kropli. Krople o wielkości od 30 do 200nm można uzyskać stosując surfaktanty anionowe lub kationowe.

Pigmenty w Coatings

Organiczne i nieorganiczne pigmenty są ważnym składnikiem preparatów powłokowych. W celu maksymalizacji wydajności pigmentu dobra kontrola nad wielkością cząstek jest potrzebna. Podczas dodawania proszku pigmentu do systemów wodnych, rozpuszczalnikowych lub epoksydowych, poszczególne cząstki pigmentu mają tendencję do tworzenia dużych aglomeratów. Do rozbijania takich aglomeratów i rozdrabniania poszczególnych cząstek pigmentu stosuje się zwykle mechanizmy wysokiego ścinania, takie jak mieszalniki wirnikowo-statorowe lub młyny perełkowe z mieszadłem. Ultradźwięki stanowią niezwykle skuteczną alternatywę dla tego etapu produkcji powłok.

Poniższe wykresy pokazują wpływ sonikacji na wielkość pigmentu perłowego. Ultradźwięki rozdrabniają poszczególne cząstki pigmentu poprzez szybkie zderzenia międzycząsteczkowe. Wybitną zaletą sonikacji jest wysoki wpływ kawitacyjnych sił ścinających, co sprawia, że nie ma potrzeby stosowania mediów mielących (np. pereł). Ponieważ cząstki są przyspieszane przez ekstremalnie szybkie strumienie cieczy o prędkości do 1000km/h, zderzają się gwałtownie i rozbijają na drobne kawałki. Ścieranie cząstek nadaje frezowanym ultradźwiękowo cząstkom gładką powierzchnię. Ogólnie rzecz biorąc, frezowanie ultradźwiękowe i dyspersja skutkują drobnym rozmiarem i jednolitym rozkładem cząstek.

 

Ultradźwiękowe mielenie i dyspergowanie często przewyższa mieszalniki wysokiej prędkości i młyny medialne, ponieważ sonikacja zapewnia bardziej spójne przetwarzanie wszystkich cząstek. Ogólnie rzecz biorąc, ultradźwięki produkuje mniejsze rozmiary cząstek i wąski rozkład wielkości cząstek (krzywe mielenia pigmentu). To poprawia ogólną jakość dyspersji pigmentów, ponieważ większe cząstki zazwyczaj zakłócają zdolność przetwarzania, połysk, odporność i wygląd optyczny.

Ponieważ mielenie i rozdrabnianie cząstek oparte jest na zderzeniach międzycząsteczkowych w wyniku kawitacji ultradźwiękowej, reaktory ultradźwiękowe mogą obsługiwać dość wysokie stężenia ciała stałego (np. partie wzorcowe) i nadal dają dobre efekty redukcji rozmiaru. W tabeli poniżej przedstawiono zdjęcia z mielenia TiO2 na mokro.

Poniższy wykres przedstawia krzywe rozkładu wielkości cząstek dla deaglomeracji dwutlenku tytanu anatazowego Degussa za pomocą ultradźwięków. Wąski kształt krzywej po sonikacji jest typową cechą przetwarzania ultradźwiękowego.

Materiały nano-rozmiarze w Powłoki o wysokiej wydajności

Nanotechnologia jest nową technologią, która pojawia się w wielu gałęziach przemysłu. Nanomateriały i nanokompozyty są stosowane w recepturach powłok, np. w celu zwiększenia odporności na ścieranie i zarysowania lub odporności na promieniowanie UV. Największym wyzwaniem dla aplikacji w powłokach jest zachowanie przejrzystości, klarowności i połysku. Dlatego nanocząsteczki są bardzo małe, aby uniknąć zakłóceń w widmie światła widzialnego. Dla wielu zastosowań jest to znacznie mniej niż 100nm.

Mielenie na mokro wysokowydajnych komponentów do zakresu nanometrów staje się kluczowym krokiem w formułowaniu nanoinżynieryjnych powłok. Wszelkie cząstki, które zakłócają światło widzialne, powodują zamglenie i utratę przejrzystości. Dlatego wymagane są bardzo wąskie rozkłady wielkości. Ultradźwięki są bardzo skutecznym środkiem do dokładnego mielenia ciał stałych. Ultradźwiękowa / akustyczna kawitacja w cieczach powoduje szybkie zderzenia międzycząsteczkowe. W odróżnieniu od konwencjonalnych młynów perełkowych i żwirowych, cząstki same ulegają rozdrobnieniu, dzięki czemu media mielące stają się zbędne.

Przedsiębiorstw, jak Panadur (Niemcy) stosują ultradźwięki firmy Hielscher do dyspergowania i deaglomeracji nanomateriałów w powłokach typu in-mould. Kliknij tutaj, aby przeczytać więcej o dyspersji ultradźwiękowej powłok w formie!

Do sonikacji cieczy łatwopalnych lub rozpuszczalników w środowiskach niebezpiecznych dostępne są procesory z certyfikatem ATEX. Dowiedz się więcej o certyfikowanym przez Atex ultradźwiękowcu UIP1000-Exd!