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 Nanomateriais em revestimentos de alto desempenho

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).

dispositivos 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

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.

Quando 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!).

A 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.

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.