Hielscher Ultrasonics
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Ultrassom na formulação de revestimentos

Vários componentes, tais como pigmentos, cargas, aditivos químicos, reticulantes e modificadores de reologia entram nas formulações de revestimentos e tintas. Os ultra-sons são um meio eficaz para a dispersão e emulsão, desaglomeração e moagem de tais componentes em revestimentos.

Os ultra-sons são utilizados na formulação de revestimentos para:

Os revestimentos dividem-se em duas grandes categorias: resinas e revestimentos à base de água e à base de solventes. Cada tipo tem os seus próprios desafios. As diretivas que exigem a redução dos COV e os preços elevados dos solventes estimulam o crescimento das tecnologias de revestimento de resinas de base aquosa. A utilização de ultra-sons pode melhorar o desempenho destes sistemas ecológicos.

Formulação de revestimento melhorada devido a ultra-sons

Os ultra-sons podem ajudar os formuladores de revestimentos arquitectónicos, industriais, automóveis e de madeira a melhorar as caraterísticas do revestimento, tais como a resistência da cor, a resistência a riscos, fissuras e UV ou a condutividade eléctrica. Algumas destas caraterísticas do revestimento são conseguidas através da inclusão de materiais de tamanho nanométrico, por exemplo, óxidos metálicos (TiO2sílica, céria, ZnO, …).

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Sistema de dispersão ultra-sónica de 2x UIP1000hdT com um total de 2kW de potência de processamento de ultra-sons para a dispersão de revestimentos.

Sistema ultrassónico de 2x dispersores ultra-sónicos de 1000 watts num armário purgável.

Os ultra-sons também ajudam na antiespuma (bolhas presas) e na desgaseificação (gás dissolvido) de produtos altamente viscosos. Leia mais sobre a desaeração ultra-sónica e a desgaseificação de líquidos!

Uma vez que a tecnologia de dispersão ultra-sónica pode ser utilizada em laboratório, em bancada e ao nível da produção industrial, permitindo taxas de produção superiores a 10 toneladas/hora, está a ser aplicada na R&D e na produção comercial. Os resultados do processo podem ser escalonados de forma fácil e linear.

A eficiência energética global é importante para a ultra-sons de líquidosOs dispositivos ultra-sónicos Hielscher são muito eficientes em termos energéticos. Os dispositivos convertem cerca de 80 a 90% da potência eléctrica de entrada em atividade mecânica no líquido. Isto leva a custos de processamento substancialmente mais baixos.

Seguindo as ligações abaixo, pode ler mais sobre a utilização de ultra-sons de alto desempenho para a

Polimerização em emulsão por Sonicação

As formulações tradicionais de revestimento utilizam a química básica dos polímeros. A mudança para a tecnologia de revestimento à base de água tem um impacto na seleção de matérias-primas, propriedades e metodologias de formulação.

Na polimerização em emulsão convencional, por exemplo, para revestimentos à base de água, as partículas são construídas do centro para a sua superfície. Os factores cinéticos influenciam a homogeneidade e a morfologia das partículas.

O processamento ultrassónico pode ser utilizado de duas formas para gerar emulsões de polímeros.

  • de cima para baixo: Emulsão/Dispersão de partículas de polímero maiores para gerar partículas mais pequenas por redução de tamanho
  • de baixo para cima: Utilização de ultra-sons antes ou durante a polimerização de partículas

 

Neste vídeo mostramos-lhe um sistema de ultra-sons de 2 kilowatts para funcionamento em linha num armário purgável. A Hielscher fornece equipamento de ultra-sons a quase todas as indústrias, tais como a indústria química, farmacêutica, cosmética, processos petroquímicos, bem como para processos de extração à base de solventes. Este armário de aço inoxidável purgável foi concebido para funcionar em áreas perigosas. Para este efeito, a cabina selada pode ser purgada pelo cliente com azoto ou ar fresco para evitar a entrada de gases ou vapores inflamáveis na cabina.

2x Ultrasonicators de 1000 Watts em armário purgável para instalação em áreas perigosas

Miniatura de vídeo

 

Polímeros nanoparticulados em miniemulsões

Partículas obtidas por poliadição em miniemulsõesA polimerização de partículas em miniemulsões permite o fabrico de partículas poliméricas dispersas com um bom controlo do tamanho das partículas. A síntese de partículas poliméricas nanoparticuladas em miniemulsões (também conhecidas como nanoreactores), tal como apresentada por K. Landfester (2001), é um excelente método para a formação de nanopartículas poliméricas. Esta abordagem utiliza o elevado número de pequenos nanocompartimentos (fase dispersa) numa emulsão como nanoreactores. Nestes, as partículas são sintetizadas de forma altamente paralela nas gotículas individuais e confinadas. No seu artigo, Landfester (2001) apresenta a polimerização em nanoreactores em alta perfeição para a geração de partículas altamente idênticas de tamanho quase uniforme. A imagem acima mostra partículas obtidas por poliadição assistida por ultra-sons em miniemulsões.

Pequenas gotículas geradas pela aplicação de alto cisalhamento (ultrassom) e estabilizadas por agentes estabilizadores (emulsionantes), podem ser endurecidas por polimerização subsequente ou por diminuição da temperatura no caso de materiais de fusão a baixa temperatura. Como ultra-sons pode produzir gotículas muito pequenas de tamanho quase uniforme em lote e processo de produção, que permite um bom controlo sobre o tamanho da partícula final. Para a polimerização de nanopartículas, monómeros hidrofílicos podem ser emulsionados numa fase orgânica, e monómeros hidrofóbicos em água.

Impacto do tamanho das partículas na área de superfícieAo reduzir o tamanho da partícula, a área total da superfície da partícula aumenta ao mesmo tempo. A figura à esquerda mostra a correlação entre o tamanho das partículas e a área de superfície no caso de partículas esféricas. Por conseguinte, a quantidade de tensioativo necessária para estabilizar a emulsão aumenta quase linearmente com a área total da superfície das partículas. O tipo e a quantidade de tensioativo influenciam o tamanho das gotículas. Podem obter-se gotículas de 30 a 200 nm utilizando tensioactivos aniónicos ou catiónicos.

Pigmentos em revestimentos

Os pigmentos orgânicos e inorgânicos são um componente importante das formulações de revestimento. A fim de maximizar o desempenho do pigmento, é necessário um bom controlo do tamanho das partículas. Ao adicionar pigmento em pó a sistemas à base de água, à base de solvente ou epóxi, as partículas individuais de pigmento tendem a formar grandes aglomerados. Mecanismos de alto cisalhamento, como misturadores rotor-estator ou moinhos de esferas agitadores, são convencionalmente usados para quebrar esses aglomerados e para moer as partículas individuais de pigmento. Ultrasonication em uma alternativa extremamente eficaz para esta etapa na fabricação de revestimentos.

Os gráficos abaixo mostram o impacto da sonicação no tamanho de um pigmento de brilho perolado. O ultrassom tritura as partículas individuais de pigmento por colisão inter-partículas de alta velocidade. A vantagem proeminente de ultra-sons é o elevado impacto das forças de cisalhamento cavitacionais, o que torna desnecessária a utilização de meios de moagem (por exemplo, grânulos, pérolas). À medida que as partículas são aceleradas por jactos de líquido extremamente rápido de até 1000 km / h, o colidem violentamente e quebrar em pequenos pedaços. A abrasão das partículas confere às partículas fresadas por ultra-sons uma superfície lisa. Em geral, a moagem e dispersão ultra-sónicas resultam numa distribuição de partículas de tamanho fino e uniforme.

Moagem ultra-sónica e dispersão de pigmentos de brilho perolado.

Moagem por ultra-sons e dispersão de pigmentos de brilho perolado. O gráfico vermelho mostra a distribuição do tamanho das partículas antes da sonicação, a curva verde é durante a sonicação, a curva azul mostra os pigmentos finais após a dispersão ultra-sónica.

 

A moagem e a dispersão por ultra-sons são frequentemente superiores aos misturadores de alta velocidade e aos moinhos de meios de comunicação, uma vez que a ultra-sons proporciona um processamento mais consistente de todas as partículas. Geralmente, a ultra-sons produz partículas mais pequenas e uma distribuição estreita do tamanho das partículas (curvas de moagem de pigmentos). Isto melhora a qualidade global das dispersões de pigmentos, uma vez que as partículas maiores interferem normalmente com a capacidade de processamento, o brilho, a resistência e o aspeto ótico.

Uma vez que a moagem e trituração de partículas se baseia na colisão entre partículas como resultado da cavitação ultra-sónica, os reactores ultra-sónicos podem lidar com concentrações sólidas bastante elevadas (por exemplo, lotes principais) e ainda produzir bons efeitos de redução de tamanho. A tabela abaixo mostra imagens da moagem húmida de TiO2.

As partículas de dióxido de titânio TiO2 moídas por ultra-sons mostram um diâmetro drasticamente reduzido e uma distribuição de tamanho estreita.

TiO2 moído com bolas antes e depois da moagem ultra-sónica

As partículas de dióxido de titânio TiO2 após moagem ultra-sónica apresentam um diâmetro drasticamente reduzido e uma distribuição de tamanho estreita.

TiO2 seco por pulverização antes e depois da moagem por ultra-sons

O gráfico abaixo mostra as curvas de distribuição do tamanho das partículas para a desaglomeração do dióxido de titânio anatase Degussa por ultra-sons. A forma estreita da curva após a sonicação é uma caraterística típica do processamento ultrassónico.

O TiO2 (Degussa anatase) disperso por ultra-sons apresenta uma distribuição estreita do tamanho das partículas.

O TiO2 (Degussa anatase) disperso por ultra-sons apresenta uma distribuição estreita do tamanho das partículas.

Materiais nanométricos em revestimentos de alto desempenho

A nanotecnologia é uma tecnologia emergente que está a entrar em muitos sectores. Os nanomateriais e os nanocompósitos estão a ser utilizados em formulações de revestimentos, por exemplo, para melhorar a resistência à abrasão e aos riscos ou a estabilidade aos raios UV. O maior desafio para a aplicação em revestimentos é a retenção da transparência, da clareza e do brilho. Por conseguinte, as nanopartículas têm de ser muito pequenas para evitar interferências com o espetro visível da luz. Para muitas aplicações, este valor é substancialmente inferior a 100nm.

A moagem a húmido de componentes de alto desempenho até à gama nanométrica torna-se um passo crucial na formulação de revestimentos de nanoengenharia. Quaisquer partículas que interfiram com a luz visível causam turvação e perda de transparência. Por conseguinte, são necessárias distribuições de tamanho muito estreitas. Ultrasonication é um meio muito eficaz para a moagem fina de sólidos. Ultra-sons / cavitação acústica em líquidos provoca colisões inter-partículas de alta velocidade. Ao contrário dos moinhos de esferas convencionais e moinhos de seixos, as próprias partículas estão a cominuir-se umas às outras, tornando desnecessários os meios de moagem.

Empresas, como Panadur (Alemanha) utilizar ultrasonicators Hielscher para a dispersão e desaglomeração de nanomateriais em revestimentos in-mould. Clique aqui para ler mais sobre a dispersão ultra-sónica de revestimentos em moldes!

Para a sonicação de líquidos ou solventes inflamáveis em ambientes perigosos, estão disponíveis processadores com certificação ATEX. Saiba mais sobre o ultrassonicador certificado pela Atex UIP1000-Exd!

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O vídeo demonstra a dispersão ultra-sónica da cor vermelha utilizando o UP400St com uma sonda S24d de 22 mm.

Dispersão ultra-sónica da cor vermelha utilizando o UP400St

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Homogeneizador ultrassónico industrial para a dispersão e moagem eficientes de pigmentos.

O MultiSonoReactor MSR-4 é um homogeneizador industrial em linha adequado para a produção industrial de dispersões de pigmentos e polímeros.


Ultrassom de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro, desde o ultrasonicator de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos totalmente industriais.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.

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