Jak mieszać lakiery z nanowypełniaczami?

Produkcja lakierów wymaga wydajnego sprzętu mieszającego, który może obsługiwać nanocząstki i pigmenty, które muszą być równomiernie rozproszone w preparacie. Homogenizatory ultradźwiękowe są wysoce wydajną i niezawodną techniką dyspergowania, która zapewnia jednorodny rozkład nanocząstek w polimerach.

Produkcja lakierów za pomocą wysokowydajnych mieszalników ultradźwiękowych

Lakier jest opisywany jako przezroczysta, twarda powłoka ochronna lub folia, która składa się z żywic (np. akrylowych, poliuretanowych, alkidowych, szelakowych), oleju suszącego, suszarki do metalu i lotnych rozpuszczalników (np. benzyny lakowej, spirytusu mineralnego lub rozcieńczalnika). Gdy lakier wysycha, zawarty w nim rozpuszczalnik odparowuje, a pozostałe składniki utleniają się lub polimeryzują, tworząc trwałą, przezroczystą powłokę. Lakiery są najczęściej stosowane jako powłoki ochronne do powierzchni drewnianych, obrazów i różnych przedmiotów dekoracyjnych, podczas gdy lakiery utwardzane promieniami UV są stosowane w powłokach samochodowych, kosmetykach, żywności, nauce i innych gałęziach.

Dyspersja ultradźwiękowa nanokrzemionki w lakierze

Powszechnym przykładem dyspergowania ultradźwiękowego jest włączenie koloidalnych krzemionek, które są zwykle dodawane w celu nadania lakierom właściwości tiksotropowych.
Na przykład lakier polieteroimidowy wypełniony nanokrzemionką wykazuje nawet trzydziestokrotnie dłuższą żywotność niż lakier standardowy. Nanokrzemionka poprawia właściwości lakieru, takie jak przewodność elektryczna, wytrzymałość dielektryczna DC i AC oraz siła wiązania. Dyspergatory ultradźwiękowe są zatem szeroko stosowane do produkcji powłok przewodzących prąd elektryczny.
Inne minerały krzemianowe, wollastonit, talk, mika, kaolin, skaleń i sjenit nefelinowy są tanimi wypełniaczami i są szeroko stosowane jako tak zwane pigmenty wypełniające, które są dodawane w celu modyfikacji reologii (lepkości), stabilności sedymentacji i wytrzymałości powłoki w powłokach.

Badania potwierdziły wyższość ultradźwiękowców do dyspersji nanowypełniaczy

Monteiro et al. (2014) porównali popularne technologie rozpraszające – a mianowicie mieszalnik wirnik-stojan, wirnik Cowlesa i dyspergator ultradźwiękowy z sondą – w odniesieniu do ich skuteczności w dyspergowaniu dwutlenku tytanu (TiO2, anataz). Ultradźwięki okazały się najbardziej skuteczne w rozpraszaniu nanocząstek w wodzie przy użyciu konwencjonalnego polielektrolitu Na-PAA i znacznie przewyższały mieszanie z wirnikiem-stojanem lub wirnikiem Cowlesa.
Szczegóły badania: Porównano różne techniki dyspergowania w celu zidentyfikowania najbardziej skutecznej w tworzeniu dobrze zdeaglomerowanej wodnej zawiesiny nano-TiO2. Jako dyspergator referencyjny zastosowano sól sodową kwasu poliakrylowego (Na-PAA), konwencjonalnie stosowaną w przemyśle do wodnych dyspersji TiO2. Rys. 1 przedstawia objętościowe rozkłady wielkości cząstek (PSD) uzyskane przy użyciu dyspergatora Cowlesa (30 min przy 2000 obr./min), mieszalnika rotor-stator (30 min przy 14000 obr./min) i ultradźwięków typu sondy (Hielscher UIP1000hdT, 2 min przy 50% amplitudzie). “Using Cowles disperser the particles sizes were in three different ranges: 40–100 nm, 350–1000 nm and 1200–4000 nm. The larger agglomerates clearly dominate the distribution, showing that this technique is inefficient. The rotor-stator also provided unsatisfactory results, independently of the nanoparticles being added at once or gradually along the mixing time. The major difference observed in the Cowles’s result is related to the shifting of the middle peak to the higher particle size, partly merging with the right-most peak. On the other hand, use of ultrasounds yielded a much better result, with a narrow peak centred at 0.1 nm and two much smaller ones in the 150–280 nm and 380–800 nm ranges.”

Rozkłady wielkości cząstek wodnych dyspersji nano-TiO2 (10mgmL-1, pH = 9) przygotowanych przy użyciu różnych technik dyspersji. Ultradźwięki dają najmniejsze nanocząstki TiO2 i najwęższe krzywe redukcji wielkości cząstek. Gdy zastosowano dyspergator (Na-PAA), stosunek do nano-TiO2 wynosił 1:1.(badanie i grafika: © Monteiro et al., 2014)

Suszony rozpyłowo TiO2 przed i po mieleniu ultradźwiękowym

Wynik ten zgadza się z pracą Sato et al. (2008), zgłaszając lepsze wyniki z ultradźwiękami niż z innymi technikami rozpraszania nanoziarnistych cząstek TiO2 w wodzie. Fale uderzeniowe wytwarzane przez kawitację akustyczną? ultradźwiękową prowadzą do bardzo intensywnych zderzeń międzycząsteczkowych oraz skutecznego mielenia cząstek i deaglomeracji do jednolitych fragmentów w skali nano.
(por. Monteiro et al., 2014)

Wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do produkcji lakierów

Gdy nanocząstki i nanonapełniacze są stosowane w przemysłowych procesach produkcyjnych, takich jak produkcja lakierów i powłok, suchy proszek musi być jednorodnie wymieszany z fazą ciekłą. Dyspersja nanocząstek wymaga niezawodnej i skutecznej techniki mieszania, która stosuje wystarczającą ilość energii do rozbicia aglomeratów w celu uwolnienia właściwości cząstek w skali nano. Ultradźwięki są dobrze znane jako potężne i niezawodne dyspergatory, dlatego też są wykorzystywane do deaglomeracji i dystrybucji różnych materiałów, takich jak krzemionka, nanorurki, grafen, minerały i wiele innych materiałów jednorodnie w fazie ciekłej, takich jak żywice, epoksydy i pigmenty. Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do wszelkiego rodzaju zastosowań homogenizacji i deaglomeracji.
When it comes to the production of nano-dispersions, precise sonication control and a reliable ultrasonic treatment of the nanoparticle suspension are essential in order to obtain high-performance products. Hielscher Ultrasonics’ processors give you full control over all important processing parameters such as energy input, ultrasonic intensity, amplitude, pressure, temperature and retention time. Thereby, you can adjust the parameters to optimized conditions, which leads subsequently to high-quality nano-dispersion such as nanosilica or nano-TiO2 slurries.

Dla dowolnej objętości? pojemności: Hielscher oferuje ultradźwięki i szeroką gamę akcesoriów. Pozwala to na skonfigurowanie idealnego systemu ultradźwiękowego dla danego zastosowania i zdolności produkcyjnej. Od małych fiolek zawierających kilka mililitrów do strumieni o dużej objętości tysięcy galonów na godzinę, Hielscher oferuje odpowiednie rozwiązanie ultradźwiękowe dla Twojego procesu.
Wysoka lepkość: Ultradźwiękowe systemy inline z łatwością przetwarzają preparaty o konsystencji pasty, np. przedmieszki pigmentów, w których pigment jest równomiernie mieszany przy wysokim obciążeniu cząstkami w mieszaninie plastyfikatora, monomeru i polimeru.
Solidność: Nasze systemy ultradźwiękowe są solidne i niezawodne. Wszystkie ultrasonografy Hielscher są zbudowane do pracy w trybie 24/7/365 i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji.
Przyjazność dla użytkownika: Opracowane oprogramowanie naszych urządzeń ultradźwiękowych umożliwia wstępny wybór i zapisywanie ustawień sonikacji w celu zapewnienia prostej i niezawodnej sonikacji. Intuicyjne menu jest łatwo dostępne za pośrednictwem cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego. Zdalne sterowanie przez przeglądarkę umożliwia obsługę i monitorowanie za pośrednictwem dowolnej przeglądarki internetowej. Automatyczna rejestracja danych zapisuje parametry procesu każdej sonikacji na wbudowanej karcie SD.
Doskonała wydajność energetyczna: W porównaniu z alternatywnymi technologiami dyspersji, ultradźwięki Hielscher wyróżniają się wyjątkową wydajnością energetyczną i doskonałymi wynikami w zakresie rozkładu wielkości cząstek.
Wysoka jakość & Solidność: Ultradźwięki Hielscher są znane ze swojej jakości, niezawodności i wytrzymałości. Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: