Ultrasunete în formularea de acoperire

Diverse componente, cum ar fi pigmenții, materialele de umplutură, aditivii chimici, reticularele și modificatorii de reologie intră în formulările de acoperire și vopsea. Ecografia este un mijloc eficient pentru dispersia și emulsionarea, dezaglomerarea și frezarea unor astfel de componente în acoperiri.

Ecografia este utilizată în formularea acoperirilor pentru:

• emulsionarea polimerilor în sisteme apoase
• dispersarea și măcinarea fină a pigmenților
• reducerea dimensiunii nanomaterialelor din acoperirile de înaltă performanță

Acoperirile se împart în două mari categorii: rășini și acoperiri pe bază de apă și solvent. Fiecare tip are propriile provocări. Direcțiile care solicită reducerea COV și prețurile ridicate ale solvenților stimulează creșterea tehnologiilor de acoperire cu rășini pe bază de apă. Utilizarea ultrasonication poate spori performanța unor astfel de sisteme ecologice.

Formulare îmbunătățită de acoperire datorită ultrasonication

Ultrasunetele pot ajuta formulatorii de acoperiri arhitecturale, industriale, auto și din lemn să îmbunătățească caracteristicile de acoperire, cum ar fi rezistența culorii, rezistența la zgârieturi, fisuri și UV sau conductivitatea electrică. Unele dintre aceste caracteristici de acoperire sunt obținute prin includerea unor materiale de dimensiuni nanometrice, de exemplu oxizi metalici (TiO₂, silice, ceria, ZnO, …).

Ultrasunetele ajută în continuare la despumarea (bule prinse) și degazarea (gazul dizolvat) a produselor foarte vâscoase. Citiți mai multe despre dezaerarea cu ultrasunete și degazarea lichidelor!

Deoarece tehnologia de dispersie cu ultrasunete poate fi utilizată la nivel de laborator, banc-top și producție industrială, permițând rate de debit de peste 10 tone / oră se aplică în R&Etapa D și în producția comercială. Rezultatele procesului pot fi scalate ușor și liniar.

Hielscher dispozitive cu ultrasunete sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic. Dispozitivele convertesc aproximativ 80 până la 90% din puterea electrică de intrare în activitate mecanică în lichid. Acest lucru duce la costuri de procesare substanțial mai mici.

Urmând linkurile de mai jos, puteți citi mai multe despre utilizarea ultrasunetelor de înaltă performanță pentru

• emulsionarea polimerilor în sisteme apoase,
• dispersarea și măcinarea fină a pigmenților,
• și reducerea dimensiunii nanomaterialelor.

Polimerizarea emulsiei folosind Sonicare

Formulările tradiționale de acoperire utilizează chimia polimerică de bază. Trecerea la tehnologia de acoperire pe bază de apă are un impact asupra selecției materiilor prime, proprietăților și metodologiilor de formulare.

În polimerizarea emulsiei convenționale, de exemplu pentru acoperirile pe bază de apă, particulele sunt construite de la centru la suprafața lor. Factorii cinetici influențează omogenitatea și morfologia particulelor.

Prelucrarea cu ultrasunete poate fi utilizată în două moduri: generează emulsii polimerice.

• de sus în jos: Topire/Dispersarea de particule de polimer mai mari pentru a genera particule mai mici prin reducerea dimensiunii
• de jos în sus: Utilizarea ultrasunetelor înainte sau în timpul polimerizării particulelor

 

 

Nanoparticule polimeri în miniemulsii

Polimerizarea particulelor în miniemulsii permite fabricarea particulelor polimerice dispersate cu un control bun asupra dimensiunii particulelor. Sinteza particulelor de polimer nanoparticule în miniemulsii (cunoscute și sub numele de nanoreactoare), așa cum a fost prezentată de K. Landfester (2001), este o metodă excelentă pentru formarea nanoparticulelor polimerice. Această abordare utilizează numărul mare de nanocompartimente mici (faza dispersată) într-o emulsie ca nanoreactoare. În acestea, particulele sunt sintetizate într-un mod extrem de paralel în picăturile individuale, limitate. În lucrarea sa, Landfester (2001) prezintă polimerizarea în nanoreactoare la perfecțiune ridicată pentru generarea de particule foarte identice de dimensiuni aproape uniforme. Imaginea de mai sus prezintă particule obținute prin poliadiție ultrasonically asistată în miniemulsii.

Picăturile mici generate prin aplicarea forfecării ridicate (ultrasonication) și stabilizate de agenți de stabilizare (emulgatori), pot fi întărite prin polimerizarea ulterioară sau prin scăderea temperaturii în cazul materialelor de topire la temperaturi scăzute. Deoarece ultrasonication poate produce picături foarte mici de dimensiuni aproape uniforme în lot și procesul de producție, permite un control bun asupra dimensiunii finale a particulelor. Pentru polimerizarea nanoparticulelor, monomerii hidrofili pot fi emulsionați într-o fază organică, iar monomerii hidrofobi în apă.

La reducerea dimensiunii particulelor, suprafața totală a particulelor crește în același timp. Imaginea din stânga arată corelația dintre dimensiunea particulelor și suprafața în cazul particulelor sferice. Prin urmare, cantitatea de agent tensioactiv necesară pentru stabilizarea emulsiei crește aproape liniar cu suprafața totală a particulelor. Tipul și cantitatea de agent tensioactiv influențează dimensiunea picăturilor. Picăturile de 30 până la 200nm pot fi obținute folosind agenți tensioactivi anionici sau cationici.

Pigmenți în acoperiri

Pigmenții organici și anorganici sunt o componentă importantă a formulărilor de acoperire. Pentru a maximiza performanța pigmentului, este necesar un control bun asupra dimensiunii particulelor. Atunci când se adaugă pulbere de pigment la sisteme pe bază de apă, pe bază de solvenți sau epoxidice, particulele individuale de pigment tind să formeze aglomerate mari. Mecanismele de forfecare înaltă, cum ar fi mixerele rotor-stator sau morile de mărgele agitatoare, sunt utilizate în mod convențional pentru a sparge astfel de aglomerate și pentru a măcina particulele individuale de pigmenți. Ultrasonication într-o alternativă extrem de eficientă pentru acest pas în fabricarea de acoperiri.

Graficele de mai jos arată impactul sonicare asupra dimensiunii unui pigment lucios perlat. Ultrasunetele macină particulele individuale de pigment prin coliziune inter-particule de mare viteză. Avantajul proeminent al ultrasonication este impactul ridicat al forțelor de forfecare cavitaționale, ceea ce face inutilă utilizarea mediilor de măcinare (de exemplu, margele, perle). Pe măsură ce particulele sunt accelerate de jeturi lichide extrem de rapide de până la 1000 km / oră, se ciocnesc violent și se sparg în bucăți mici. Abraziunea particulelor conferă particulelor măcinate ultrasonically o suprafață netedă. În general, frezarea și dispersia cu ultrasunete are ca rezultat o distribuție uniformă și uniformă a particulelor.

 

Frezarea și dispersarea cu ultrasunete excelează adesea mixere de mare viteză și mori media ca sonicare oferă o prelucrare mai consistentă a tuturor particulelor. În general, ultrasonication produce dimensiuni mai mici ale particulelor și o distribuție îngustă a dimensiunii particulelor (curbe de frezare pigment). Acest lucru îmbunătățește calitatea generală a dispersiilor pigmentare, deoarece particulele mai mari interferează de obicei cu capacitatea de procesare, luciul, rezistența și aspectul optic.

Deoarece frezarea și măcinarea particulelor se bazează pe coliziunea inter-particule ca urmare a cavitației cu ultrasunete, reactoarele cu ultrasunete pot gestiona concentrații solide destul de ridicate (de exemplu, loturi master) și încă produc efecte bune de reducere a dimensiunii. Tabelul de mai jos prezintă imagini ale măcinării umede a TiO2.

Graficul de mai jos prezintă curbele de distribuție a dimensiunii particulelor pentru dezaglomerarea dioxidului de titan Degussa anatază prin ultrasonication. Forma îngustă a curbei după sonicare este o caracteristică tipică a procesării cu ultrasunete.

Materiale nanodimensionate în acoperiri de înaltă performanță

Nanotehnologia este o tehnologie emergentă care își face loc în multe industrii. Nanomaterialele și nanocompozitele sunt utilizate în formulele de acoperire, de exemplu pentru a spori rezistența la abraziune și zgârieturi sau stabilitatea UV. Cea mai mare provocare pentru aplicarea în acoperiri este păstrarea transparenței, clarității și luciului. Prin urmare, nanoparticulele au fost foarte mici pentru a evita interferența cu spectrul vizibil al luminii. Pentru multe aplicații, aceasta este substanțial mai mică decât 100nm.

Măcinarea umedă a componentelor de înaltă performanță la gama nanometrică devine un pas crucial în formularea acoperirilor nanoinginerești. Orice particule care interferează cu lumina vizibilă, provoacă ceață și pierderea transparenței. Prin urmare, sunt necesare distribuții de dimensiuni foarte înguste. Ultrasonication este un mijloc foarte eficient pentru măcinarea fină a solidelor. Cavitația ultrasonică / acustică în lichide provoacă coliziuni inter-particule de mare viteză. Spre deosebire de morile convenționale de mărgele și morile de pietriș, particulele în sine se mărunțesc reciproc, făcând inutile mediile de frezare.

Companii, cum ar fi Panadur (Germania) utilizați ultrasonicators Hielscher pentru dispersarea și dezaglomerarea nanomaterialelor în acoperiri în matriță. Click aici pentru a citi mai multe despre dispersia cu ultrasunete de acoperiri în matriță!

Pentru sonicarea lichidelor inflamabile sau solvenților în medii periculoase, sunt disponibile procesoare certificate ATEX. Aflați mai multe despre ultrasonicator certificat Atex UIP1000-Exd!