Como misturar vernizes com nanocargas

A produção de verniz requer um poderoso equipamento de mistura que possa lidar com nanopartículas e pigmentos, que devem ser uniformemente dispersos na formulação. Os homogeneizadores ultrassônicos são técnicas de dispersão altamente eficientes e confiáveis que fornecem uma distribuição homogênea das nanopartículas em polímeros.

Produção de verniz com misturadores ultrassônicos de alto desempenho

Um verniz é descrito como um revestimento ou filme protetor duro transparente transparente, formulado a partir de resinas (por exemplo, acrílico, poliuretano, alquídico, goma-laca), óleo secante, um secador de metal e solventes voláteis (por exemplo, nafta, aguarrás ou diluente). Quando o verniz seca, o solvente contido evapora e os constituintes restantes oxidam ou polimerizam para formar um filme transparente durável. Os vernizes são usados principalmente como revestimentos protetores para superfícies de madeira, pinturas e vários objetos decorativos, enquanto os vernizes de cura UV são usados em revestimentos automotivos, cosméticos, alimentos, ciência e outros ramos.

Dispersão ultrassônica de nano-sílica em verniz

Um exemplo comum de dispersão ultrassônica é a incorporação de sílicas coloidais, que geralmente são adicionadas para dar propriedades tixotrópicas aos vernizes.
Por exemplo, o verniz de polieterimida preenchido com nano-sílica mostra uma vida útil aumentada até trinta vezes maior do que um padrão. A nano-sílica melhora as propriedades do verniz como sua condutividade elétrica, suas resistências dielétricas DC e AC e sua força de ligação. Os dispersores ultrassônicos são, portanto, amplamente utilizados para a produção de revestimentos eletricamente condutores.
Outros minerais de silicato, wollastonita, talco, mica, caulim, feldspato e sienito de nefelina são cargas baratas e amplamente utilizadas como os chamados pigmentos extensores, que são adicionados para modificar a reologia (viscosidade), estabilidade de sedimentação e resistência do filme em revestimentos.

Superioridade comprovada por pesquisa de ultrassônicos para dispersão de nanoenchimento

Monteiro et al. (2014) compararam tecnologias comuns de dispersão – ou seja, misturador rotor-estator, impulsor Cowles e dispersor tipo sonda ultrassônica – quanto à sua eficiência na dispersão de dióxido de titânio (TiO2, anatase). A ultrassonografia revelou-se a mais eficiente para dispersar as nanopartículas em água usando polieletrólito Na-PAA convencional, e superou significativamente a mistura com um rotor-estator ou impulsor de Cowles.
Os detalhes do estudo: Diferentes técnicas de dispersão foram comparadas para identificar a mais eficaz na criação de uma suspensão aquosa 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 de tamanho de partícula de volume (PSD) obtidas, usando dispersor Cowles (30 min a 2000 rpm), misturador rotor-estator (30 min a 14000 rpm) e ultrassom tipo sonda (Hielscher UIP1000hdT, 2 min a 50% de amplitude). “Usando o dispersor de Cowles, os tamanhos das partículas estavam em três faixas diferentes: 40–100 nm, 350–1000 nm e 1200–4000 nm. Os aglomerados maiores dominam claramente a distribuição, mostrando que essa técnica é ineficiente. O rotor-estator também forneceu resultados insatisfatórios, independentemente das nanopartículas serem adicionadas de uma só vez ou gradualmente ao longo do tempo de mistura. A principal diferença observada no resultado de Cowles está relacionada ao deslocamento do pico médio para o tamanho de partícula mais alto, fundindo-se parcialmente com o pico mais à direita. Por outro lado, o uso de ultrassons produziu um resultado muito melhor, com um pico estreito centrado em 0,1 nm e dois muito menores nas faixas de 150-280 nm e 380-800 nm.”

Distribuições de tamanho de partícula de dispersões aquosas nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) preparadas usando diferentes técnicas de dispersão. A ultrassonografia fornece as menores nanopartículas de TiO2 e as curvas de redução de tamanho de partícula mais estreitas. Quando o dispersante (Na-PAA) foi usado, 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 ultrassônica

Este resultado está de acordo com o trabalho de Sato et al. (2008), relatando melhores resultados com ultrassom do que com outras técnicas de dispersão de partículas nanométricas de TiO2 em água. As ondas de choque criadas pela cavitação acústica / ultrassônica levam a colisões entre partículas altamente intensas e moagem e desaglomeração de partículas eficientes para fragmentos uniformes em nanoescala.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para produção de verniz

Quando nanopartículas e nanocargas são usadas em processos de fabricação industrial, como a produção de vernizes e revestimentos, o pó seco deve ser homogeneamente misturado em uma fase líquida. A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura confiável e eficaz, que aplica energia suficiente para quebrar aglomerados, a fim de liberar as qualidades das partículas em nanoescala. Os ultrassônicos são conhecidos como dispersores poderosos e confiáveis, portanto, usados para desaglomerar e distribuir vários materiais, como sílica, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais de forma homogênea em uma fase líquida, como resinas, epóxis e masterbatches de pigmentos. A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui dispersores ultrassônicos de alto desempenho para qualquer tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
Quando se trata da produção de nanodispersões, o controle preciso da sonicação e um tratamento ultrassônico confiável da suspensão de nanopartículas são essenciais para obter produtos de alto desempenho. Os processadores Hielscher Ultrasonics oferecem controle total sobre todos os parâmetros de processamento importantes, como entrada de energia, intensidade ultrassônica, amplitude, pressão, temperatura e tempo de retenção. Assim, você pode ajustar os parâmetros para condições otimizadas, o que leva posteriormente a nanodispersões de alta qualidade, como nanosílica ou pastas de nano-TiO2.

Para qualquer volume / capacidade: A Hielscher oferece ultrassônicos e um amplo portfólio de acessórios. Isso permite a configuração do sistema ultrassônico ideal para sua aplicação e capacidade de produção. De pequenos frascos contendo alguns mililitros a fluxos de alto volume de milhares de galões por hora, a Hielscher oferece a solução ultrassônica adequada para o seu processo.
Altas viscosidades: Os sistemas ultrassônicos em linha processam facilmente formulações pastosas, por exemplo, masterbatches de pigmentos, onde um pigmento é misturado em alta carga de partículas uniformemente em uma mistura de plastificante, monômero e polímero.
Robustez: Nossos sistemas ultrassônicos são robustos e confiáveis. Todos os ultrasonicadores Hielscher são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano e requerem muito pouca manutenção.
Facilidade de uso: O software elaborado de nossos dispositivos ultrassônicos permite a pré-seleção e o salvamento das configurações de sonicação para uma sonicação simples e confiável. O menu intuitivo é facilmente acessível através de um ecrã tátil digital colorido. O controle remoto do navegador permite que você opere e monitore através de qualquer navegador da Internet. A gravação automática de dados salva os parâmetros do processo de qualquer sonicação executada em um cartão SD integrado.
Excelente eficiência energética: Quando comparados a tecnologias alternativas de dispersão, os ultrassônicos Hielscher se destacam com excelente eficiência energética e resultados superiores na distribuição do tamanho das partículas.
Alta qualidade & Robustez: Os ultrassônicos Hielscher são reconhecidos por sua qualidade, confiabilidade e robustez. A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá ênfase especial aos ultrassônicos de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de uso. Obviamente, os ultrassônicos Hielscher são compatíveis com CE e atendem aos requisitos da UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: