Como misturar vernizes com nanocargas

A produção de vernizes requer equipamento de mistura potente, capaz de processar nanopartículas e pigmentos, que têm de ser dispersos uniformemente na formulação. Os homogeneizadores ultrassónicos constituem uma técnica de dispersão altamente eficiente e fiável, que proporciona uma distribuição homogénea das nanopartículas nos polímeros.

Produção de vernizes com misturadores ultrassónicos de elevado desempenho

Um verniz é descrito como um revestimento ou película de proteção límpido, transparente e duro, formulado a partir de resinas (por exemplo, acrílicas, de poliuretano, alquídicas ou de goma-laca), óleo secativo, um secante metálico e solventes voláteis (por exemplo, nafta, aguarrás mineral ou diluente). Quando o verniz seca, o solvente que contém evapora-se e os restantes constituintes oxidam-se ou polimerizam para formar uma película transparente duradoura. Os vernizes são utilizados sobretudo como revestimentos de proteção para superfícies de madeira, pinturas e vários objetos decorativos, enquanto os vernizes de cura por UV são utilizados em revestimentos automóveis, cosmética, alimentação, ciência e outros setores.

Dispersão ultrassónica de nanossílica em verniz

Um exemplo comum de dispersão ultrassónica é a incorporação de sílicas coloidais, que são normalmente adicionadas para conferir propriedades tixotrópicas aos vernizes.
Por exemplo, um verniz de poliéterimida com nanossílica apresenta uma vida útil até trinta vezes superior à de um verniz convencional. A nanossílica melhora propriedades do verniz como a condutividade elétrica, a rigidez dielétrica em corrente contínua e em corrente alternada e a resistência de adesão. Por isso, os dispersores ultrassónicos são amplamente utilizados na produção de revestimentos eletricamente condutores.
Outros minerais de silicato, como a volastonite, o talco, a mica, o caulino, o feldspato e o sienito nefelínico, são cargas baratas e amplamente utilizadas como os chamados pigmentos de extensão, adicionados para modificar a reologia (viscosidade), a estabilidade de sedimentação e a resistência da película nos revestimentos.

Superioridade dos sonicadores na dispersão de nanocargas comprovada pela investigação

Monteiro et al. (2014) compararam tecnologias de dispersão comuns – nomeadamente o misturador rotor-estator, o impulsor Cowles e o dispersor ultrassónico de tipo sonda – quanto à sua eficiência na dispersão de dióxido de titânio (TiO2, anatase). A sonicação revelou-se a mais eficiente na dispersão das nanopartículas em água com o polieletrólito convencional Na-PAA e superou significativamente a mistura com um rotor-estator ou um impulsor Cowles.
Detalhes do estudo: Foram comparadas diferentes técnicas de dispersão para identificar a mais eficaz na criação de uma suspensão aquosa de nano-TiO2 bem desaglomerada. O sal de sódio do ácido poliacrílico (Na-PAA), utilizado convencionalmente na indústria para dispersões aquosas de TiO2, foi utilizado como dispersante de referência. A Fig. 1 mostra as distribuições de tamanho das partículas em volume (PSD) obtidas com um dispersor Cowles (30 min a 2000 rpm), um misturador rotor-estator (30 min a 14 000 rpm) e sonicação de tipo sonda (Hielscher UIP1000hdT, 2 min a 50% de amplitude). “Com o dispersor Cowles, os tamanhos das partículas situavam-se em três intervalos diferentes: 40–100 nm, 350–1000 nm e 1200–4000 nm. Os aglomerados maiores dominam claramente a distribuição, mostrando que esta técnica é ineficiente. O rotor-estator também proporcionou resultados insatisfatórios, independentemente de as nanopartículas serem adicionadas de uma só vez ou gradualmente ao longo do tempo de mistura. A principal diferença observada no resultado do Cowles está relacionada com o deslocamento do pico intermédio para um tamanho de partícula superior, fundindo-se parcialmente com o pico mais à direita. Por outro lado, a utilização de ultrassons produziu um resultado muito melhor, com um pico estreito centrado em 0,1 nm e dois muito menores nos intervalos de 150–280 nm e 380–800 nm.”

Distribuições de tamanho das partículas de dispersões aquosas de nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) preparadas com diferentes técnicas de dispersão. A sonicação proporciona as nanopartículas de TiO2 mais pequenas e as curvas de redução do tamanho das partículas mais estreitas. Quando se utilizou dispersante (Na-PAA), a proporção relativamente ao nano-TiO2 foi de 1:1.
(estudo e gráfico: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 seco por atomização antes e depois da moagem ultrassónica

Este resultado está de acordo com o trabalho de Sato et al. (2008), que relata melhores resultados com a sonicação do que com outras técnicas de dispersão de partículas de TiO2 de tamanho nanométrico em água. As ondas de choque criadas pela cavitação acústica / ultrassónica levam a colisões interpartículas altamente intensas e a uma moagem e desaglomeração eficientes das partículas, produzindo fragmentos uniformes à escala nanométrica.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho para a produção de vernizes

Quando se utilizam nanopartículas e nanocargas em processos de fabrico industrial, como a produção de vernizes e revestimentos, o pó seco tem de ser misturado homogeneamente numa fase líquida. A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura fiável e eficaz, que aplique energia suficiente para desfazer os aglomerados e libertar as qualidades das partículas à escala nanométrica. Os sonicadores são bem conhecidos como dispersores potentes e fiáveis, sendo por isso utilizados para desaglomerar e distribuir homogeneamente diversos materiais, como sílica, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais, numa fase líquida, como resinas, resinas epoxídicas e concentrados de pigmentos. A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultrassónicos de elevado desempenho para todo o tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
Na produção de nanodispersões, o controlo preciso da sonicação e um tratamento ultrassónico fiável da suspensão de nanopartículas são essenciais para obter produtos de elevado desempenho. Os processadores da Hielscher Ultrasonics proporcionam um controlo total de todos os parâmetros de processamento importantes, como a energia fornecida, a intensidade ultrassónica, a amplitude, a pressão, a temperatura e o tempo de retenção. Assim, pode ajustar os parâmetros para condições otimizadas, o que subsequentemente conduz a nanodispersões de elevada qualidade, como suspensões de nanossílica ou de nano-TiO2.

Para qualquer volume / capacidade: A Hielscher oferece sonicadores e uma ampla gama de acessórios. Isto permite configurar o sistema ultrassónico ideal para a sua aplicação e capacidade de produção. Desde pequenos frascos com alguns mililitros até fluxos de grande volume de milhares de galões por hora, a Hielscher oferece a solução ultrassónica adequada ao seu processo.
Viscosidades elevadas: Os sistemas ultrassónicos em linha processam facilmente formulações pastosas, por exemplo, concentrados de pigmentos, nos quais um pigmento com elevada carga de partículas é misturado uniformemente numa mistura de plastificante, monómero e polímero.
Robustez: Os nossos sistemas ultrassónicos são robustos e fiáveis. Todos os sonicadores Hielscher são construídos para funcionamento 24/7/365 e requerem muito pouca manutenção.
Facilidade de utilização: O software elaborado dos nossos dispositivos ultrassónicos permite a pré-seleção e a gravação das definições de sonicação para uma sonicação simples e fiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um ecrã tátil digital a cores. O controlo remoto através do navegador permite operar e monitorizar através de qualquer navegador de Internet. O registo automático de dados guarda os parâmetros de processo de cada execução de sonicação num cartão SD integrado.
Excelente eficiência energética: Em comparação com tecnologias de dispersão alternativas, os sonicadores Hielscher destacam-se pela excecional eficiência energética e pelos resultados superiores na distribuição do tamanho das partículas.
Elevada qualidade e robustez: Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pela sua qualidade, fiabilidade e robustez. A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores: