Ultrassom em Formulação de Revestimento

Vários componentes, tais como pigmentos, enchimentos, aditivos químicos, agentes de reticulação e agentes modificadores da reologia entrar em formulações de revestimento e pintura. O ultra-som é um meio eficaz para a dispersão e emulsionantes, desaglomeração e moagem de tais componentes em revestimentos.

O ultra-som é utilizado na formulação de revestimentos para:

• emulsificação de polímeros em sistemas aquosos
• dispersão e moagem fina de pigmentos
• redução de tamanho de nanomateriais em revestimentos de alto desempenho

Os revestimentos se enquadram em duas grandes categorias: resinas e revestimentos à base de água e solventes. Cada tipo tem seus próprios desafios. As instruções que pedem a redução do VOC e os altos preços dos solventes estimulam o crescimento das tecnologias de revestimento de resina transportadas pela água. O uso da ultrassônica pode melhorar o desempenho de tais sistemas ecológicos.

Formulação aprimorada de revestimento devido à ultrassônica

O ultrassom pode ajudar os formuladores de revestimentos arquitetônicos, industriais, automotivos e de madeira a melhorar as características do revestimento, como resistência a cores, arranhões, rachaduras e resistência uv ou condutividade elétrica. Algumas dessas características de revestimento são alcançadas pela inclusão de materiais de nano-tamanho, por exemplo, óxidos metálicos (TiO₂, Sílica, Ceria, ZnO, …).

O ultrassom ajuda ainda mais na desfoaming (bolhas presas) e desgaseamento (gás dissolvido) de produtos altamente viscosos. Leia mais sobre desaeração ultrassônica e desgaseamento de líquidos!

Como a tecnologia de dispersão ultrassônica pode ser usada em nível de produção de laboratório, bancada e industrial, permitindo taxas de rendimento acima de 10 toneladas/hora está sendo aplicada no R&D etapa e na produção comercial. Os resultados do processo podem ser ampliados facilmente e lineares.

Os dispositivos ultrassônicos Hielscher são muito eficientes em termos de energia. Os dispositivos convertem aproximadamente 80 a 90% da energia de entrada elétrica em atividade mecânica no líquido. Isso leva a custos de processamento substancialmente menores.

Seguindo os links abaixo, você pode ler mais sobre o uso de ultrassom de alto desempenho para o

• emulsificação de polímeros em sistemas aquosos,
• dispersão e moagem fina de pigmentos,
• e redução de tamanho dos nanomateriais.

Polimerização de emulsão usando Sonicação

As formulações tradicionais de revestimento usam química básica de polímero. A mudança para a tecnologia de revestimento à base de água tem 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 construídos a partir do centro para a sua superfície. factores cinéticos influenciar a homogeneidade e morfologia das partículas.

processamento de ultra-sons podem ser utilizados de duas maneiras gerar emulsões de polímeros.

• Careca: Emulsão/Dispersão partículas de polímero de maiores para gerar partículas mais pequenas por redução de tamanho
• Debaixo para cima: Uso de ultrassom antes ou durante a polimerização de partículas

 

 

Polímeros nanoparticulados em Miniemulsions

A polimerização de partículas em miniemulsões permite a fabricação de partículas de polímero dispersas com bom controle sobre o tamanho das partículas. A síntese de partículas de polímeros nanopsarticulados em miniemulsões (também conhecidas como nanoreatores), como apresentado por K. Landfester (2001), é um excelente método para a formação de nanopartículas poliméricas. Esta abordagem usa o alto número de pequenos nanocompartamentos (fase de dispersão) em uma emulsão como nanoreatores. Nelas, as partículas são sintetizadas de forma altamente paralela nas gotículas confinadas. Em seu artigo, Landfester (2001) apresenta a polimerização em nanoreatores em alta perfeição para a geração de partículas altamente idênticas de tamanho quase uniforme. A imagem acima mostra partículas obtidas por poliemulsão ultrasonicamente assistida em miniemulsões.

Pequenas gotículas geradas pela aplicação de cisalhamento alto (ultrassonicação) e estabilizadas por agentes estabilizadores (emulsificantes), podem ser endurecidas pela polimerização subsequente ou pela diminuição da temperatura no caso de materiais de derretimento de baixa temperatura. Como a ultrassonização pode produzir gotículas muito pequenas de tamanho quase uniforme em lote e processo de produção, permite um bom controle sobre o tamanho final das partículas. Para a polimerização de nanopartículas, monômeros hidrofílicos podem ser emulsionados em uma fase orgânica, e monômeros hidrofóbicos na água.

Ao reduzir o tamanho das partículas, a área total da superfície das partículas aumenta ao mesmo tempo. A imagem à esquerda mostra a correlação entre o tamanho das partículas e a área da superfície em caso de partículas esféricas. Portanto, a quantidade de surfactante necessária para estabilizar a emulsão aumenta quase linearmente com a área total da superfície das partículas. O tipo e a quantidade de surfactante influenciam o tamanho da gota. Gotículas de 30 a 200nm podem ser obtidas usando surfactantes aniônicos ou cationicos.

Pigmentos em Revestimentos

Pigmentos orgânicos e inorgânicos são um componente importante das formulações de revestimento. Para maximizar o desempenho do pigmento é necessário um bom controle sobre o tamanho das partículas. Ao adicionar pó de pigmento a sistemas de água, solventes ou epóxi, as partículas de pigmento individuais tendem a formar grandes aglomerados. Mecanismos de alta tesoura, como misturadores de rotor-estator ou moinhos de contas agitadores estão sendo usados convencionalmente para quebrar tais aglomerações e para moer as partículas de pigmento individuais. Ultrassonicação em uma alternativa extremamente eficaz para esta etapa na fabricação de revestimentos.

Os gráficos abaixo mostram o impacto da sônica no tamanho de um pigmento de brilho de pérola. O ultrassom moe as partículas de pigmento individual por colisão inter-partícula de alta velocidade. A vantagem proeminente da ultrassônica é o alto impacto das forças de cisalhamento cavitacional, o que torna desnecessário o uso de moagem de mídia (por exemplo, contas, pérolas). À medida que as partículas são aceleradas por jatos líquidos extremamente rápidos de até 1000km/h, os colidem violentamente e se quebram em pequenos pedaços. A abrasão de partículas dá às partículas ultrasonicamente moídas uma superfície lisa. No geral, a fresagem ultrassônica e a dispersão resultam em uma distribuição de partículas de tamanho fino e uniforme.

 

A fresagem ultrassônica e a dispersão muitas vezes primam por misturadores de alta velocidade e moinhos de mídia, pois a sônica fornece um processamento mais consistente de todas as partículas. Geralmente, a ultrassônica produz tamanhos menores de partículas e uma distribuição estreita do tamanho das partículas (curvas de fresagem de pigmentos). Isso melhora a qualidade geral das dispersões do pigmento, pois partículas maiores normalmente interferem na capacidade de processamento, brilho, resistência e aparência óptica.

Uma vez que a moagem e moagem de partículas é baseada na colisão entre partículas como resultado da cavitação ultrassônica, reatores ultrassônicos podem lidar com concentrações sólidas bastante altas (por exemplo, lotes mestres) e ainda produzir bons efeitos de redução de tamanho. A tabela abaixo mostra fotos da fresagem molhada de TiO2.

O enredo abaixo mostra as curvas de distribuição do tamanho das partículas para a desagressmação do dióxido de titânio anatase de Degussa por ultrassônica. A forma estreita da curva após a sônica é uma característica típica do processamento ultrassônico.

Materiais nanométricos em Revestimentos de Alto Desempenho

A nanotecnologia é uma tecnologia emergente que entra em muitas indústrias. Nanomateriais e nanocompósitos estão sendo usados em formulações de revestimento, por exemplo, para aumentar a abrasão e resistência a arranhões ou estabilidade UV. O maior desafio para a aplicação em revestimentos é a retenção de transparência, clareza e brilho. Portanto, as nanopartículas têm sido muito pequenas para evitar interferências no espectro visível da luz. Para muitas aplicações, isso é substancialmente menor do que 100nm.

A moagem úmida de componentes de alto desempenho para a faixa de nanômetros torna-se um passo crucial na formulação de revestimentos nanoengenharia. Qualquer partícula que interfira com a luz visível, cause neblina e perda de transparência. Portanto, são necessárias distribuições de tamanho muito estreitas. Ultrassonicação é um meio muito eficaz para a moagem fina de sólidos. A cavitação ultrassônica/ acústica em líquidos causa colisões inter partículas de alta velocidade. Diferente das fábricas convencionais de contas e moinhos de pedra, as próprias partículas estão se comminuindo, tornando a mídia de fresagem desnecessária.

Empresas, como Panadur (Alemanha) use ultrassonicadores hielscher para dispersão e desagglomeração de nanomateriais em revestimentos em moldes. Clique aqui para ler mais sobre a dispersão ultrassônica de revestimentos em moldes!

Para a sônicação de líquidos inflamáveis ou solventes em ambientes perigosos, os processadores certificados pela ATEX estão disponíveis. Saiba mais sobre o ultrassônico UIP1000-Exd, certificado pela Atex!