Como misturar vernizes com nanocargas

A produção de vernizes requer um equipamento de mistura potente que possa lidar com nanopartículas e pigmentos, que devem ser uniformemente dispersos na formulação. Os homogeneizadores ultra-sónicos são uma técnica de dispersão altamente eficiente e fiável que proporciona uma distribuição homogénea das nanopartículas nos polímeros.

Produção de verniz com misturadores de ultra-sons de alto desempenho

Um verniz é descrito como um revestimento ou película protetora transparente e dura, formulado a partir de resinas (por exemplo, acrílica, poliuretano, alquídica, goma-laca), óleo de secagem, um secador de metal e solventes voláteis (por exemplo, nafta, aguarrás ou diluente). Quando o verniz seca, o solvente que contém evapora-se e os restantes constituintes oxidam ou polimerizam para formar uma película transparente duradoura. Os vernizes são utilizados principalmente como revestimentos protectores para superfícies de madeira, pinturas e vários objectos decorativos, enquanto os vernizes de cura UV são utilizados em revestimentos de automóveis, cosméticos, alimentos, ciência e outros ramos.

Dispersão ultra-sónica de nano-sílica em verniz

Um exemplo comum de dispersão por ultra-sons é a incorporação de sílicas coloidais, que são normalmente adicionadas para dar aos vernizes propriedades tixotrópicas.
Por exemplo, o verniz de polieterimida com enchimento de nano-sílica apresenta um aumento do tempo de vida até trinta vezes superior ao de um verniz normal. A nano-sílica melhora as propriedades do verniz, como a sua condutividade eléctrica, as suas forças dieléctricas DC e AC e a sua força de ligação. Os dispersores ultra-sónicos são, portanto, amplamente utilizados para a produção de revestimentos condutores de eletricidade.
Outros minerais de silicato, wollastonite, talco, mica, caulino, feldspato e nefelina-sienite são cargas baratas e amplamente utilizadas como os chamados pigmentos extensores, que são adicionados para modificar a reologia (viscosidade), a estabilidade de sedimentação e a resistência da película em revestimentos.

Pesquisa comprovou a superioridade dos ultrassonicadores para a dispersão de nanofiller

Monteiro et al. (2014) compararam tecnologias de dispersão comuns – nomeadamente misturador rotor-estator, impulsor Cowles e dispersor de tipo sonda ultra-sónica – em relação à sua eficiência na dispersão de dióxido de titânio (TiO2, anatase). Ultrasonication revelou ser o mais eficiente para dispersar as nanopartículas em água usando polielectrólito Na-PAA convencional, e superou a mistura com um rotor-estator ou Cowles impulsor significativamente.
Os pormenores do estudo: Foram comparadas diferentes técnicas de dispersão com o objetivo de identificar a mais eficaz na criação de uma suspensão aquosa de nano-TiO2 bem desaglomerada. O sal de sódio do ácido poliacrílico (Na-PAA), convencionalmente utilizado na indústria para dispersões aquosas de TiO2, foi utilizado como dispersante de referência. A Fig. 1 mostra as distribuições volumétricas de tamanho de partícula (PSD) obtidas, utilizando dispersor Cowles (30 min a 2000 rpm), misturador rotor-estator (30 min a 14000 rpm), e ultrassom tipo sonda (Hielscher UIP1000hdT2 min a 50% de amplitude). “Utilizando o dispersor Cowles, os tamanhos das partículas situavam-se em três gamas diferentes: 40-100 nm, 350-1000 nm e 1200-4000 nm. Os aglomerados maiores dominam claramente a distribuição, mostrando que esta técnica é ineficaz. O rotor-estator também apresentou resultados insatisfatórios, independentemente de as nanopartículas serem adicionadas de uma só vez ou gradualmente ao longo do tempo de mistura. A maior diferença observada no resultado de Cowles está relacionada com a deslocação do pico médio para o tamanho de partícula mais elevado, fundindo-se parcialmente com o pico mais à direita. Por outro lado, a utilização de ultra-sons produziu um resultado muito melhor, com um pico estreito centrado em 0,1 nm e dois picos muito mais pequenos nas gamas de 150-280 nm e 380-800 nm.”

Distribuições do tamanho das partículas de dispersões aquosas de nano-TiO2 (10mgmL-1, pH = 9) preparadas utilizando diferentes técnicas de dispersão. A ultra-sons dá as nanopartículas de TiO2 mais pequenas e as curvas de redução do tamanho das partículas mais estreitas. Quando o dispersante (Na-PAA) foi utilizado, a proporção para nano-TiO2 foi de 1:1.
(estudo e gráfico: © Monteiro et al., 2014)

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

Este resultado concorda com o trabalho de Sato et al. (2008), relatando melhores resultados com ultrassom do que com outras técnicas para dispersar partículas de TiO2 nanosized em água. As ondas de choque criadas pela cavitação acústica / ultra-sônica levam a colisões interpartículas altamente intensas e moagem de partículas eficientes e desaglomeração para fragmentos uniformes de nano-escala.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho para produção de verniz

Quando as nanopartículas e as nanocargas são utilizadas em processos de fabrico industrial, como a produção de vernizes e revestimentos, o pó seco deve ser homogeneamente misturado numa fase líquida. A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura fiável e eficaz, que aplique energia suficiente para quebrar aglomerados, de modo a libertar as qualidades das partículas à escala nanométrica. Ultrasonicators são bem conhecidos como dispersores poderosos e confiáveis, portanto, usado para desaglomerar e distribuir vários materiais, tais como sílica, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais homogeneamente em uma fase líquida, tais como resinas, epóxis e lotes mestre pigmento. A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultra-sónicos de elevado desempenho para qualquer tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
Quando se trata da produção de nano-dispersões, o controle preciso de sonicação e um tratamento ultra-sônico confiável da suspensão de nanopartículas são essenciais para obter produtos de alto desempenho. Os processadores da Hielscher Ultrasonics dão-lhe controlo total sobre todos os parâmetros de processamento importantes, tais como entrada de energia, intensidade ultra-sónica, amplitude, pressão, temperatura e tempo de retenção. Assim, você pode ajustar os parâmetros para condições otimizadas, o que leva subsequentemente a nano-dispersão de alta qualidade, como nanosilica ou nano-TiO2 slurries.

Para qualquer volume / capacidade: A Hielscher oferece ultrasonicadores e uma vasta gama de acessórios. Isto permite a configuração do sistema de ultra-sons ideal para a sua aplicação e capacidade de produção. De pequenos frascos contendo alguns mililitros para fluxos de alto volume de milhares de galões por hora, Hielscher oferece a solução ultra-sônica adequada para o seu processo.
Viscosidades elevadas: Os sistemas ultrassónicos em linha processam facilmente formulações em pasta, por exemplo, lotes de pigmentos, em que um pigmento é misturado uniformemente com uma elevada carga de partículas numa mistura de plastificante, monómero e polímero.
Robustez: Os nossos sistemas de ultra-sons são robustos e fiáveis. Todos os ultrassonicadores Hielscher são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano e requerem muito pouca manutenção.
Facilidade de utilização: O software elaborado dos nossos dispositivos ultra-sónicos permite a pré-seleção e a memorização das definições de sonicação para uma sonicação simples e fiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um ecrã tátil digital colorido. O controlo remoto por browser permite-lhe operar e monitorizar através de qualquer browser da Internet. A gravação automática de dados guarda os parâmetros do processo de qualquer execução de sonicação num cartão SD incorporado.
Excelente eficiência energética: Quando comparados com tecnologias de dispersão alternativas, os ultrassons Hielscher destacam-se pela sua excelente eficiência energética e resultados superiores na distribuição do tamanho das partículas.
Alta qualidade & Robustez: Os ultrassons da Hielscher são reconhecidos pela sua qualidade, fiabilidade e robustez. A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e coloca especial ênfase em ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: