Ultradźwięki do dyspergowania i szlifowania: Farba & barwniki

Ultradźwięki mocy są dobrze znane ze swoich intensywnych i precyzyjnie kontrolowanych efektów mielenia i dyspergowania. To sprawia, że homogenizatory ultradźwiękowe są idealne do produkcji past pigmentowych i preparatów malarskich. Przemysłowe ultradźwięki zapewniają bardzo równomierny rozkład wielkości cząstek w zakresie mikronów i nano. Przetwarzanie dużych strumieni objętości o wysokiej lepkości za pomocą sonikatorów Hielscher w celu uzyskania jednorodnego zwilżania, dyspergowania, deaglomeracji i mielenia!

Produkcja farb za pomocą ultradźwięków

Ulepsz swoje farby, kolory i powłoki dzięki sonikacji:

• Formuła: Niezależnie od tego, czy chodzi o wysoką lepkość, duże obciążenie cząstkami, na bazie wody czy rozpuszczalnika – Dzięki przemysłowym ultradźwiękom liniowym firmy Hielscher można przetwarzać dowolne preparaty.
• Mikro- i nano-rozmiary: Wysokie siły ścinające generowane przez kawitację akustyczną redukują cząstki do niewielkich średnic i zapewniają jednorodną dyspersję. Dostosowanie parametrów ultradźwięków do wymagań dotyczących cząstek i formulacji pozwala na niezawodną produkcję pigmentów nano-wielkości.
• Właściwości optyczne: Aby uzyskać prawidłowe właściwości optyczne, należy kontrolować wielkość cząstek pigmentu. Zazwyczaj nieprzezroczystość koreluje z wielkością cząstek: im drobniejsze cząstki, tym większa nieprzezroczystość. Na przykład TiO2 jest specjalnie przetwarzany do wielkości cząstek od 0,20 do 0,3 mikrona, co odpowiada w przybliżeniu połowie długości fali światła. Ultradźwięki redukują pigmenty TiO2 do ich optymalnego rozmiaru, dzięki czemu uzyskuje się ostateczne krycie.
• Cząsteczki o wysokiej wydajności: Mniejsze rozmiary cząstek skutkują większym nasyceniem koloru, jego spójnością i stabilnością. Intensywne, ale precyzyjnie kontrolowane siły ultradźwiękowe pozwalają na wytwarzanie zmodyfikowanych i sfunkcjonalizowanych nanocząstek, takich jak cząstki powlekane, SWNT, MWCNT i cząstki typu core-shell. Takie cząstki wykazują unikalne właściwości i podnoszą jakość farb lub powłok na nowy poziom jakości i funkcjonalności (np. odporność na promieniowanie UV, odporność na zarysowania, wytrzymałość, przyczepność, wysoka odporność na ciepło, odbijanie promieniowania podczerwonego i słonecznego).
• Zmodyfikowane cząsteczki: Pigmenty modyfikowane powierzchniowo mają bardzo niską lepkość przy wysokim obciążeniu pigmentem (2,5cP przy 10% ciał stałych), doskonałą stabilność zawiesiny i wysoką czystość. Ultradźwiękowo wspomagana funkcjonalizacja cząstek ułatwia syntezę wysokowydajnych pigmentów o specjalnych właściwościach.

Pasty pigmentowe są mielone i dyspergowane za pomocą kawitacji ultradźwiękowej, a siły ścinające wykazują znaczną redukcję wielkości i równomierny rozkład. Powyższy wykres pokazuje rosnącą redukcję rozmiaru przy rosnącej energii ultradźwiękowej.

Do produkcji farby, składniki takie jak pigmenty, spoiwa/środki błonotwórcze, rozcieńczalniki/rozpuszczalniki, żywice, wypełniacze i dodatki muszą być zmieszane razem w jednorodną formułę. Pigmenty są składnikiem decydującym o kolorze farby. Najważniejszym białym pigmentem jest TiO2, który musi być zmielony do optymalnej wielkości cząstek o średnicy od 0,2 do 0,3 mikrona, aby uzyskać pożądany stopień bieli, jasności, nieprzezroczystości i bardzo wysoki współczynnik załamania światła. Ultradźwiękowe siły ścinające zapewniają bardzo skuteczną i energooszczędną deaglomerację i dyspersję cząstek TiO2 (patrz zdjęcie poniżej).

TEM ultradźwiękowo zdyspergowanej zawiesiny nanocząstek TiO2 o różnych stężeniach stałych. Sonikację przeprowadzono przy użyciu Ultradźwiękowiec UIP1000hdT
Po lewej: pobór energii ultradźwiękowej 1,8 × 10⁵ J/L – Po prawej: pobór energii ultradźwiękowej 5,4 × 10⁵ J/L
(Opracowanie i zdjęcia: ©Fasaki et al., 2012)

 
Frezowanie ultradźwiękowe i dyspergowanie poprawiają jakość farby poprzez poprawę jej siły koloru, gęstości, rozdrobnienia, dyspersji i reologii.

Ultradźwiękowe rozpraszanie & Warunki szlifowania

Jakość farb i powłok zależy od jednorodnej dyspersji pigmentów. Hielscher Ultrasonics dostarcza skuteczny sprzęt do mielenia i szlifowania do dyspersji farb, szczególnie w przypadku preparatów o dużym obciążeniu pigmentem. Mechanizm dyspergatorów ultradźwiękowych do frezowania, mielenia, deaglomeracji i zastosowań dyspersyjnych opiera się głównie na zasadzie ścinania generowanej przez kawitację ultradźwiękową. Kawitacyjne siły ścinające niezbędne do dysocjacji cząstek są wytwarzane przez duże różnice ciśnień, lokalne gorące punkty i strumienie cieczy, co powoduje rozpad cząstek w wyniku zderzenia między cząstkami.
Przemysłowe dyspergatory ultradźwiękowe, takie jak UIP16000hdT z 16 000 watów na sondę ultradźwiękową, mają zdolność do przetwarzania dużych strumieni farb i powłok.

Sonikowana farba kredowa na grindometrze wykazuje idealnie równomierną deaglomerację i rozkład wielkości cząstek pigmentów.

Dyspersja nanocząstek

Ultradźwiękowe mielenie i dyspergowanie jest często jedyną metodą skutecznego przetwarzania nanocząstek w celu uzyskania pojedynczych zdyspergowanych cząstek pierwotnych. Mały rozmiar cząstek pierwotnych skutkuje dużą powierzchnią i koreluje z ekspresją unikalnych właściwości i funkcjonalności cząstek. Jednocześnie mniejszy rozmiar cząstek jest związany z wysoką energią powierzchniową, co powoduje silniejszą agregację i reaktywność, tak że intensywne ultradźwiękowe siły dyspergujące są wymagane do jednorodnego rozproszenia nanocząstek w preparacie.
Ponadto ultradźwiękowa obróbka powierzchni może modyfikować nanocząstki, co prowadzi do lepszej dyspergowalności, stabilności dyspersji, hydrofobowości i innych cech.
Naukowcy zalecili metodę dyspersji ultradźwiękowej dla nanocząstek jako preferowane rozwiązanie, “ponieważ materiał rozproszony metodą ultradźwiękową jest znacznie czystszy niż ten wytwarzany przez frezowanie kulek.” [Kim et al. 2010].

Technika dyspersji ultradźwiękowej ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi technologiami mielenia, takimi jak młyny trójwalcowe, kulowe lub medialne.

Dowiedz się więcej o homogenizacji ultradźwiękowej i dyspergowaniu pigmentów i barwników do koncentratów i receptur farb!

Caution: Video "duration" is missing

Literatura / Referencje