Cum să amestecați lacurile cu nanoumpluturi

Producția de lacuri necesită echipamente de amestecare puternice, capabile să gestioneze nanoparticule și pigmenți, care trebuie dispersați uniform în formulare. Omogenizatoarele cu ultrasunete reprezintă o tehnică de dispersare extrem de eficientă și fiabilă, care asigură o distribuție omogenă a nanoparticulelor în polimeri.

Producția de lacuri cu mixere cu ultrasunete de înaltă performanță

Un lac este descris ca o acoperire sau peliculă protectoare dură, limpede și transparentă, formulată din rășini (de ex., acrilice, poliuretanice, alchidice, șelac), ulei sicativ, un sicativ metalic și solvenți volatili (de ex., nafta, spirt mineral sau diluant). Când lacul se usucă, solventul conținut se evaporă, iar constituenții rămași se oxidează sau polimerizează, formând o peliculă transparentă durabilă. Lacurile sunt utilizate în principal ca acoperiri protectoare pentru suprafețe din lemn, picturi și diverse obiecte decorative, în timp ce lacurile cu întărire UV sunt utilizate în acoperiri auto, cosmetice, alimente, știință și alte domenii.

Dispersarea cu ultrasunete a nanosilicei în lac

Un exemplu comun de dispersare cu ultrasunete este încorporarea silicelor coloidale, care sunt de obicei adăugate pentru a conferi lacurilor proprietăți tixotrope.
De exemplu, lacul de polieterimidă umplut cu nanosilice prezintă o durată de viață crescută, de până la treizeci de ori mai mare decât a unuia standard. Nanosilicea îmbunătățește proprietățile lacului, precum conductivitatea electrică, rigiditatea dielectrică în curent continuu și în curent alternativ și rezistența de aderență. Prin urmare, dispersoarele cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă pentru producția de acoperiri conductoare electric.
Alte minerale silicatice, wollastonitul, talcul, mica, caolinul, feldspatul și sienitul nefelinic, sunt materiale de umplutură ieftine și utilizate pe scară largă ca așa-numiții pigmenți de extindere, care sunt adăugați pentru a modifica reologia (vâscozitatea), stabilitatea la sedimentare și rezistența peliculei în acoperiri.

Superioritatea ultrasonicatoarelor pentru dispersarea nanoumpluturilor, dovedită prin cercetare

Monteiro et al. (2014) au comparat tehnologii de dispersare uzuale – și anume mixerul rotor-stator, agitatorul Cowles și dispersorul cu ultrasunete cu sondă – în ceea ce privește eficiența lor în dispersarea dioxidului de titan (TiO2, anatas). Sonicarea s-a dovedit a fi cea mai eficientă pentru dispersarea nanoparticulelor în apă folosind polielectrolitul convențional Na-PAA și a depășit semnificativ amestecarea cu un rotor-stator sau cu un agitator Cowles.
Detaliile studiului: Au fost comparate diferite tehnici de dispersare pentru a identifica cea mai eficientă în obținerea unei suspensii apoase de nano-TiO2 bine dezaglomerate. Sarea de sodiu a acidului poliacrilic (Na-PAA), utilizată în mod convențional în industrie pentru dispersiile apoase de TiO2, a fost folosită ca dispersant de referință. Fig. 1 prezintă distribuțiile volumice ale mărimii particulelor (PSD) obținute folosind dispersorul Cowles (30 min la 2000 rpm), mixerul rotor-stator (30 min la 14.000 rpm) și sonicarea cu sondă (Hielscher UIP1000hdT, 2 min la 50% amplitudine). „Folosind dispersorul Cowles, mărimile particulelor s-au încadrat în trei intervale diferite: 40–100 nm, 350–1000 nm și 1200–4000 nm. Aglomeratele mai mari domină în mod clar distribuția, ceea ce arată că această tehnică este ineficientă. Și rotor-statorul a oferit rezultate nesatisfăcătoare, indiferent dacă nanoparticulele au fost adăugate dintr-odată sau treptat pe parcursul timpului de amestecare. Principala diferență observată în rezultatul Cowles este legată de deplasarea vârfului din mijloc către mărimi mai mari ale particulelor, contopindu-se parțial cu vârful cel mai din dreapta. Pe de altă parte, utilizarea ultrasunetelor a dat un rezultat mult mai bun, cu un vârf îngust centrat la 0,1 nm și alte două, mult mai mici, în intervalele 150–280 nm și 380–800 nm.”

Distribuțiile mărimii particulelor ale dispersiilor apoase de nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) preparate folosind diferite tehnici de dispersare. Sonicarea produce cele mai mici nanoparticule de TiO2 și cele mai înguste curbe de reducere a mărimii particulelor. Când s-a utilizat dispersant (Na-PAA), raportul față de nano-TiO2 a fost de 1:1.
(studiu și grafic: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 uscat prin pulverizare înainte și după măcinarea cu ultrasunete

Acest rezultat concordă cu lucrarea lui Sato et al. (2008), care raportează rezultate mai bune cu sonicarea decât cu alte tehnici pentru dispersarea particulelor de TiO2 de dimensiuni nanometrice în apă. Undele de șoc create de cavitația acustică / ultrasonică duc la coliziuni interparticulare de foarte mare intensitate și la o măcinare și dezaglomerare eficientă a particulelor în fragmente uniforme la scară nanometrică.
(cf. Monteiro et al., 2014)

Omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru producția de lacuri

Atunci când nanoparticulele și nanoumpluturile sunt utilizate în procese de fabricație industriale, precum producția de lacuri și acoperiri, pulberea uscată trebuie amestecată omogen într-o fază lichidă. Dispersarea nanoparticulelor necesită o tehnică de amestecare fiabilă și eficace, care aplică suficientă energie pentru a sparge aglomeratele, astfel încât să elibereze calitățile particulelor la scară nanometrică. Ultrasonicatoarele sunt bine cunoscute ca dispersoare puternice și fiabile, fiind de aceea utilizate pentru a dezaglomera și a distribui omogen diverse materiale, precum silice, nanotuburi, grafen, minerale și multe alte materiale, într-o fază lichidă, precum rășini, epoxizi și masterbatch-uri de pigmenți. Hielscher Ultrasonics proiectează, fabrică și distribuie dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru orice tip de aplicații de omogenizare și dezaglomerare.
Când vine vorba de producția de nanodispersii, controlul precis al sonicării și un tratament ultrasonic fiabil al suspensiei de nanoparticule sunt esențiale pentru obținerea unor produse de înaltă performanță. Procesoarele Hielscher Ultrasonics vă oferă control deplin asupra tuturor parametrilor importanți de procesare, precum aportul de energie, intensitatea ultrasonică, amplitudinea, presiunea, temperatura și timpul de retenție. Astfel, puteți ajusta parametrii la condiții optimizate, ceea ce conduce ulterior la nanodispersii de înaltă calitate, precum suspensii de nanosilice sau de nano-TiO2.

Pentru orice volum / capacitate: Hielscher oferă ultrasonicatoare și un portofoliu larg de accesorii. Acest lucru permite configurarea sistemului ultrasonic ideal pentru aplicația și capacitatea de producție a dumneavoastră. De la flacoane mici care conțin câțiva mililitri până la fluxuri de volum mare de mii de galoane pe oră, Hielscher oferă soluția ultrasonică potrivită pentru procesul dumneavoastră.
Vâscozități ridicate: Sistemele ultrasonice inline procesează cu ușurință formulări de tip pastă, de ex. masterbatch-uri de pigmenți, în care un pigment este amestecat uniform, la o încărcare ridicată cu particule, într-un amestec de plastifiant, monomer și polimer.
Robustețe: Sistemele noastre ultrasonice sunt robuste și fiabile. Toate ultrasonicatoarele Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7/365 și necesită foarte puțină întreținere.
Ușurință în utilizare: Software-ul elaborat al dispozitivelor noastre ultrasonice permite preselectarea și salvarea setărilor de sonicare pentru o sonicare simplă și fiabilă. Meniul intuitiv este ușor accesibil printr-un ecran tactil digital color. Controlul de la distanță prin browser vă permite să operați și să monitorizați prin orice browser de internet. Înregistrarea automată a datelor salvează parametrii de proces ai fiecărei sonicări pe un card SD încorporat.
Eficiență energetică excelentă: În comparație cu tehnologiile alternative de dispersare, ultrasonicatoarele Hielscher excelează printr-o eficiență energetică remarcabilă și rezultate superioare în ceea ce privește distribuția mărimii particulelor.
Calitate înaltă și robustețe: Ultrasonicatoarele Hielscher sunt recunoscute pentru calitatea, fiabilitatea și robustețea lor. Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, dotate cu tehnologie de ultimă generație și ușor de utilizat. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: