Ultra-sons para dispersão e trituração: Tinta & Pigmentos

Os ultra-sons de potência são bem conhecidos pelos seus efeitos de moagem e dispersão intensos e controláveis com precisão. Isto faz com que os homogeneizadores de ultra-sons sejam ideais para a produção de pastas de pigmentos e formulações de tintas. Os ultrassons industriais fornecem uma distribuição de tamanho de partículas altamente uniforme na gama de microns e nano. Processar fluxos de grande volume de altas viscosidades com sonicadores Hielscher para alcançar molhagem homogénea, dispersão, desaglomeração e moagem!

Fabrico de tintas com ultra-sons

Melhore as suas tintas, cores e revestimentos com a Sonicação:

• Formulação: Quer se trate de viscosidades elevadas, cargas elevadas de partículas, base aquosa ou solvente – Com os ultrassons industriais em linha da Hielscher, é possível processar qualquer formulação.
• Tamanho mícron e nano: As elevadas forças de cisalhamento geradas pela cavitação acústica reduzem as partículas a diâmetros minúsculos e proporcionam uma dispersão uniforme. Ajustar os parâmetros de ultra-sons aos seus requisitos de partículas e de formulação permite uma produção fiável de pigmentos de tamanho nanométrico.
• Propriedades ópticas: Para obter as propriedades ópticas corretas, o tamanho das partículas do pigmento tem de ser controlado. Normalmente, a opacidade está correlacionada com o tamanho da partícula: quanto mais fina for a partícula, maior será a opacidade. Por exemplo, o TiO2 é especificamente processado para um tamanho de partícula de 0,20 a 0,3 mícron, que é aproximadamente o equivalente a metade do comprimento de onda da luz. A ultrassonografia reduz os pigmentos de TiO2 para o seu tamanho ideal, de modo a obter a máxima ocultação.
• Partículas de alto desempenho: Tamanhos de partículas mais pequenos resultam numa maior saturação da cor, consistência e estabilidade da cor. As forças de ultra-sons intensas, mas controláveis com precisão, permitem a produção de nanopartículas modificadas e funcionalizadas, tais como partículas revestidas, SWNTs, MWCNTs e partículas core-shell. Essas partículas apresentam caraterísticas únicas e elevam as formulações de tintas ou revestimentos a um novo nível de qualidade e funcionalidade (por exemplo, resistência aos raios UV, resistência a riscos, força, adesividade, elevada resistência ao calor, refletividade infravermelha e solar).
• Partículas modificadas: Os pigmentos modificados à superfície têm uma viscosidade muito baixa com cargas elevadas de pigmento (2,5 cP a 10% de sólidos), uma estabilidade de suspensão superior e uma pureza elevada. A funcionalização de partículas assistida por ultrassom simplifica a síntese de pigmentos de alto desempenho com caraterísticas especiais.

As pastas de pigmento são moídas e dispersas utilizando cavitação por ultra-sons e as forças de alto cisalhamento mostram uma redução significativa do tamanho e uma distribuição uniforme. O gráfico acima mostra a redução crescente do tamanho com o aumento da energia ultra-sónica.

Para a produção de tinta, os componentes como pigmentos, aglutinantes/formadores de película, diluentes/solventes, resinas, cargas e aditivos têm de ser misturados numa formulação homogénea. Os pigmentos são o componente determinante que dá à tinta a sua cor. O pigmento branco mais importante é o TiO2, que tem de ser moído até atingir um tamanho de partícula ótimo entre 0,2 e 0,3 microns de diâmetro para apresentar o grau desejado de brancura, brilho, opacidade e um índice de refração muito elevado. As forças de cisalhamento ultra-sónicas proporcionam uma desaglomeração e dispersão das partículas de TiO2 muito eficaz e eficiente em termos energéticos (ver imagem abaixo).

TEM da suspensão de nanopartículas de TiO2 dispersas por ultra-sons com diferentes concentrações de sólidos. A sonicação foi efectuada utilizando o ultrassonicador UIP1000hdT
Esquerda: entrada de energia ultra-sónica 1,8 × 10⁵ J/L – Direita: entrada de energia ultra-sónica 5,4 × 10⁵ J/L
(Estudo e imagens: ©Fasaki et al., 2012)

 
A moagem e a dispersão por ultra-sons melhoram a qualidade da tinta, melhorando a sua força de cor, densidade, finura de moagem, dispersão e reologia.

Dispersão por ultra-sons & Condições de trituração

A qualidade das tintas e revestimentos depende da dispersão homogénea dos pigmentos. A Hielscher Ultrasonics fornece equipamento de moagem e trituração eficaz para a dispersão de tintas, especialmente para formulações com elevadas cargas de pigmentos. O mecanismo dos dispersores ultra-sónicos para aplicações de moagem, trituração, desaglomeração e dispersão baseia-se principalmente no princípio de cisalhamento gerado pela cavitação ultra-sónica. As forças de cisalhamento cavitacional necessárias para a dissociação das partículas são produzidas por diferenças de pressão elevadas, pontos quentes locais e jactos de líquido, o que resulta na quebra das partículas por colisão inter-partículas.
Os dispersores ultra-sónicos industriais, como o UIP16000hdT com 16 000 watts por sonda ultra-sónica, têm capacidade para processar fluxos de grande volume de tintas e revestimentos.

A tinta de giz sonicada no moinho demonstra a desaglomeração perfeitamente uniforme e a distribuição do tamanho das partículas dos pigmentos

Dispersão de nanopartículas

A trituração e dispersão por ultra-sons é frequentemente o único método para processar nano-partículas de forma eficiente, a fim de obter partículas primárias dispersas. Uma pequena dimensão das partículas primárias resulta numa grande área de superfície e está correlacionada com a expressão de caraterísticas e funcionalidades únicas das partículas. Ao mesmo tempo, um tamanho de partícula mais pequeno está associado a uma energia de superfície elevada para uma agregação e reatividade mais graves, pelo que são necessárias forças de dispersão ultra-sónicas intensas para dispersar as nanopartículas de forma homogénea na formulação.
Além disso, um tratamento ultrassónico da superfície pode modificar as nanopartículas, o que conduz a uma melhor dispersibilidade, estabilidade da dispersão, hidrofobicidade e outras caraterísticas.
Os investigadores recomendaram o método de dispersão ultra-sónica para as nanopartículas como solução preferida, “porque o material disperso pelo método ultrassónico é muito mais puro do que o produzido pela moagem de esferas.” [Kim et al. 2010].

A técnica de dispersão ultra-sónica tem muitas vantagens em comparação com as tecnologias de moagem tradicionais, como os moinhos de três rolos, de bolas ou de meios.

Leia mais sobre homogeneização por ultra-sons e dispersão de pigmentos e corantes para masterbatches e formulações de tintas!

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Literatura / Referências