Hielscher tecnologia de ultra-som

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:

Revestimentos caem em duas grandes categorias: resinas e revestimentos base à base de água e solventes. Cada tipo tem seus próprios desafios. Direções que pedem redução de VOC e preços elevados de solventes estimular o crescimento em tecnologias de revestimento de resina à base de água. O uso de ultra-som pode melhorar o desempenho de tais sistemas ecológicos.

Enhanced Coating Formulation

O ultra-som pode ajudar os formuladores de revestimentos arquitectónicos, industrial, automotivo e madeira para melhorar as características de revestimento, tais como a intensidade de cor, risco, fenda e resistência aos raios UV ou a condutividade eléctrica. Algumas destas características de revestimento são alcançados pela inclusão de materiais nano-tamanho, por exemplo. óxidos metálicos (TiO2, Sílica, Ceria, ZnO, …).

O ultra-som faz mais ajuda na espumação (Bolhas aprisionadas) e desgaseificação (Gás dissolvido) de produtos altamente viscosos.

Como a tecnologia de dispersão ultra-sónica pode ser utilizada em Laboratório, bancada e nível de produção, Permitindo taxas de transferência de mais de 10 toneladas / hora ele está a ser aplicado no R&fase D e na produção comercial. resultados do processo pode ser escalado com facilidade (linear).

A eficiência energética global é importante para a ultrassônica dos líquidosdispositivos ultra-sônicos Hielscher são muito energia eficiente. Os dispositivos converter aprox. 80 a 90% da potência eléctrica de entrada em actividade mecânica no líquido. Isto leva a custos substancialmente mais baixos de processamento.

Abaixo, você pode ler sobre o uso de ultra-som no emulsificação de polímeros em sistemas aquosos, a dispersão e moagem fina de pigmentos, e as redução de tamanho dos nanomateriais.

polimerização em emulsão

As formulações de revestimento tradicionais utilizam química do polímero de base. o alterar a tecnologia de revestimento à base de água tem um impacto sobre matérias-primas de selecção, propriedades e métodos 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: O uso de ultra-som antes ou durante polimerização partícula

Polímeros nanoparticulados em Miniemulsions

Partículas obtidas por poliaddition em miniemulsões

A polimerização de partículas em miniemulsions permite a fabricação de partículas de polímero dispersas com um bom controlo sobre o tamanho de partícula. A síntese de partículas de polímero nanopartículas em miniemulsões (“nanoreatores”), como apresentado por K. Landfester é um método para a formação de nanopartículas poliméricas. Esta abordagem utiliza o elevado número de pequenos nanocompartments (fase dispersa) em uma emulsão como nanorreatores. Nestes, as partículas são sintetizados de uma forma altamente paralelo na , gotas individuais confinados. Em seu papel (A geração de nanopartículas em Miniemulsions) Landfester apresenta a polimerização em nanorreatores em alta perfeição para a geração de partículas altamente idênticos de tamanho quase uniforme. o imagem acima mostra partículas obtidos por poliadição em miniemulsions.

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

Impacto do tamanho da partícula na área da superfícieQuando a redução do tamanho de partícula, a área total de superfície de partícula aumenta, ao mesmo tempo. A imagem da esquerda mostra a correlação entre o tamanho de partícula e área de superfície, no caso de partículas esféricas (Clique para ver maior!). Portanto, a quantidade de surfactante necessária para estabilizar a emulsão aumenta quase linearmente com a área total da superfície da partícula. O tipo e a quantidade de surfactante influenciam o tamanho da gota. Gotículas de 30 a 200nm podem ser obtidas usando surfactantes aniônicos ou cationic.

Pigmentos em Revestimentos

Os pigmentos orgânicos e inorgânicos são um componente importante de formulações de revestimento. A fim de maximizar o desempenho pigmento é necessário um bom controlo sobre o tamanho de partícula. Quando a adição de pigmento em pó à base de água para os sistemas, à base de solvente ou de epoxi, as partículas de pigmento individuais tendem a formar grandes aglomerados. mecanismos de corte elevado, tais como misturadores de rotor-estator ou moinhos agitadores de grânulo são convencionalmente ser usado para quebrar tais aglomerados e para triturar as partículas de pigmento individuais. Ultra-som em um extremamente eficaz alternativa para esta etapa na fabricação de revestimentos.

A imagem à direita (Clique para ver maior!) Mostram o impacto de sonicação sobre o tamanho de um pigmento de brilho pérola. O ultra-som mói as partículas de pigmento individuais com correntes de alta velocidade de colisão inter-partículas. A vantagem proeminente

Processamento ultrassônico sobre misturadores de alta velocidade, as fábricas de mídia é o processamento mais consistente de todas as partículas. Isso reduz o problema de “Seguindo”. Como pode ser visto na imagem, as curvas de distribuição são quase deslocadas para a esquerda. Geralmente, a ultrasssonação produz extremamente distribuição de tamanho de partícula estreita (curvas de pigmento de moagem). Isto melhora a qualidade global das dispersões de pigmento, como as partículas maiores, tipicamente interferir com a capacidade de processamento, brilho, resistência e aparência óptica.

Desde a partícula fresagem e moagem baseia-se colisão inter-partículas como resultado de cavitação ultra-sônica, Reatores de ultra-som pode lidar de forma justa elevadas concentrações de sólidos (por exemplo, misturas padrão) e ainda produzir bons efeitos de redução de tamanho. A tabela abaixo mostra imagens do wet-moagem de TiO2 (Clique nas fotos para ampliá-la!).

antes
sonicação
depois de
sonicação
TiO2 da fábrica de bolas antes da sônica TiO2 de moinho de bolas spray seco TiO2 após sônico
TiO2 da fábrica de bolas antes da sônica pulverizador seco TiO2 spray seco TiO2 após sônico

curvas de distribuição de tamanho de partículas para a deagglomeration de dióxido de titânio anatase de gussa por ultrassônicaA imagem à direita (Clique para uma visão maior!) mostra as curvas de distribuição de tamanho de partículas para a deagglomeration de dióxido de titânio anatase de Gusssa por ultrassônica. A forma estreita da curva após a sonagem 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 molhada de componentes de alto desempenho para a faixa de nanômetros torna-se um passo crucial na formulação de revestimentos nanoengenheiros. Todas as partículas que interferem com a luz visível causam neblina e perda na transparência. Portanto, são necessárias distribuições de tamanho muito estreita. Ultrasssonização é um meio muito eficaz para o moagem fina de sólidos. cavitação ultra-sônica em líquidos provoca alta velocidade colisões inter-partículas. Diferente de moinhos de esferas convencionais, moinhos de seixos e, as próprias partículas estão a trituração uns aos outros, tornando meios de moagem desnecessária.

Empresas, como Panadur (Alemanha) utilizar dispositivos de ultra-sons Hielscher para a dispersão e a desaglomeração dos nanomateriais em revestimentos em-molde. Clique aqui para ler mais sobre isso.

Para a sonicação de líquidos inflamáveis ​​ou solventes em ambientes perigosos FM e deivces certificados ATEX, como o UIP1000-EXD Estão disponíveis.

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Literatura

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influência da viscosidade da fase contínua sobre a emulsificação por ultra-sons, em: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influência da pressão hidrostática e do teor de gás no emulsificação ultra-som contínuo, em: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001): A geração de nanopartículas em Miniemulsions; in: Materiais Avançados 2001, a 13, n ° 10, May17th. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Produção de Dispersões Nano-size e Emulsões, In: Proceedings of Nanosystems europeus Conferência ENS’05.