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.

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. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by 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 gotas 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 de superfície total da partícula. O tipo e a quantidade de surfactante influenciam o tamanho da gota. Gotículas de 30 a 200nm podem ser obtidas com surfactantes aniônicos ou catiônicos.

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

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely 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 de moinho de bolas
	pulverizador seco TiO2

A imagem para a direita (clique para maior visualização!) mostra as curvas de distribuição de tamanho de partícula para a desaglomeração de dióxido de titânio Degussa anatase por ultrasonication. A forma estreita da curva após sonication é uma característica típica do processamento ultra-sônico.

Materiais nanométricos em Revestimentos de Alto Desempenho

A nanotecnologia é uma tecnologia emergente que faz o seu caminho 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 de ser muito pequenas para evitar interferências com o espectro visível da luz. Para muitas aplicações, isto é substancialmente mais baixo do que 100nm.

A moagem úmida de componentes de alto desempenho para a gama de nanômetros torna-se um passo crucial na formulação de revestimentos nanoprojetados. Quaisquer partículas que interferem com a luz visível, causam neblina e perda de transparência. Portanto, as distribuições de tamanho muito estreito são necessárias. Ultrasonication 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.