Ультразвук в препарате для нанесения покрытий

Различные компоненты, такие как пигменты, наполнители, химические добавки, сшивающие агенты и модификаторы реологии, входят в состав покрытий и красок. Ультразвук является эффективным средством для диспергирования и эмульгирования, деагломерации и измельчения таких компонентов в покрытиях.

Ультразвук используется при составлении покрытий для:

• эмульгирование полимеров в водных системах
• диспергирование и тонкое измельчение пигментов
• уменьшение размеров наноматериалов в высокоэффективных покрытиях

Покрытия делятся на две широкие категории: смолы и покрытия на водной и основе растворителей. У каждого типа есть свои проблемы. Направления, призывающие к сокращению ЛОС и высокие цены на растворители, стимулируют рост технологий нанесения покрытий из водной смолы. Использование ультразвука может повысить производительность таких экологически чистых систем.

Улучшенная формула покрытия благодаря ультразвуковой обработке

Ультразвук может помочь разработчикам архитектурных, промышленных, автомобильных и деревянных покрытий улучшить характеристики покрытия, такие как прочность цвета, устойчивость к царапинам, трещинам и УФ-излучению или электропроводность. Некоторые из этих характеристик покрытия достигаются за счет включения наноразмерных материалов, например, оксидов металлов (TiO).₂, Диоксид кремния, Ceria, ZnO, …).

Ультразвук дополнительно помогает в пеностойке (захваченные пузырьки) и дегазации (растворенный газ) высоковязких продуктов. Узнайте больше об ультразвуковой деаэрации и дегазации жидкостей!

Поскольку ультразвуковая диспергирующая технология может использоваться на лабораторном, настольном и промышленном производстве, что позволяет обеспечить пропускную способность более 10 тонн / час, она применяется в R&Стадия D и в промышленном производстве. Результаты процесса могут быть легко и линейно масштабированы.

Ультразвуковые устройства Hielscher очень энергоэффективны. Устройства преобразуют от 80 до 90% входной электрической мощности в механическую активность в жидкости. Это приводит к существенному снижению затрат на переработку.

Перейдя по ссылкам ниже, вы можете прочитать больше об использовании высокоэффективного ультразвука для

• эмульгирование полимеров в водных системах,
• диспергирование и тонкое измельчение пигментов,
• а также уменьшение размера наноматериалов,

Эмульсионная полимеризация с использованием ультразвука

Традиционные составы покрытий используют базовую химию полимеров. Переход на технологию нанесения покрытий на водной основе оказывает влияние на выбор сырья, свойства и методологии составления рецептур.

В обычной эмульсионной полимеризации, например, для водоразбавляемых покрытий, частицы создаются из центра на их поверхность. Кинетические факторы влияют на однородность и морфологию частиц.

Ультразвуковая обработка может быть использована двумя способами для получения полимерных эмульсий.

• Низходящий: ЭМУЛЬГИРУЮЩЕЕ/Диспергирование более крупных частиц полимера для получения меньших частиц путем уменьшения размера
• Вверх дном: Использование ультразвука до или во время полимеризации частиц

 

 

Полимерные наночастицы в мини-эмульсиях

Полимеризация частиц в миниэмульсиях позволяет производить дисперсные полимерные частицы с хорошим контролем над размером частиц. Синтез наночастиц полимерных частиц в миниэмульсиях (также известных как нанореакторы), представленный К. Ландфестером (2001), является отличным методом образования полимерных наночастиц. Этот подход использует большое количество небольших нанокомпартментов (дисперсная фаза) в эмульсии в качестве нанореакторов. В них частицы синтезируются очень параллельным образом в отдельных, ограниченных каплях. В своей статье Landfester (2001) представляет полимеризацию в нанореакторах в высоком совершенстве для генерации очень идентичных частиц почти одинакового размера. На изображении выше показаны частицы, полученные с помощью ультразвуковой полиприсоединения в миниэмульсиях.

Мелкие капли, образующиеся при нанесении высокого сдвига (ультразвук) и стабилизированные стабилизирующими агентами (эмульгаторами), могут затвердевать путем последующей полимеризации или снижения температуры в случае низкотемпературных плавящихся материалов. Поскольку ультразвук может производить очень маленькие капли почти одинакового размера в периодическом и производственном процессе, это позволяет хорошо контролировать конечный размер частиц. Для полимеризации наночастиц гидрофильные мономеры могут эмульгироваться в органическую фазу, а гидрофобные мономеры — в воде.

При уменьшении размера частиц общая площадь поверхности частиц одновременно увеличивается. На рисунке слева показана корреляция между размером частиц и площадью поверхности в случае сферических частиц. Поэтому количество поверхностно-активного вещества, необходимого для стабилизации эмульсии, увеличивается почти линейно с общей площадью поверхности частиц. Тип и количество поверхностно-активного вещества влияет на размер капель. Капли от 30 до 200 нм могут быть получены с использованием анионных или катионных поверхностно-активных веществ.

Пигменты в покрытиях

Органические и неорганические пигменты являются важным компонентом составов покрытий. Для того, чтобы максимизировать производительность пигмента, необходим хороший контроль над размером частиц. При добавлении пигментного порошка в водные, растворители или эпоксидные системы отдельные частицы пигмента имеют тенденцию образовывать большие агломераты. Механизмы с высоким сдвигом, такие как ротор-статорные смесители или шариковые мельницы для перемешивания, обычно используются для разрушения таких агломератов и измельчения отдельных частиц пигмента. Ультразвуковая обработка является чрезвычайно эффективной альтернативой для этого этапа в изготовлении покрытий.

Графики ниже показывают влияние обработки ультразвуком на размер пигмента жемчужного блеска. Ультразвук измельчает отдельные частицы пигмента путем высокоскоростного столкновения между частицами. Заметным преимуществом ультразвуковой обработки является высокое воздействие кавитационных сдвиговых сил, что делает ненужным использование шлифовальных сред (например, бусин, жемчуга). Когда частицы ускоряются чрезвычайно быстрыми струями жидкости со скоростью до 1000 км / ч, они сильно сталкиваются и разбиваются на мелкие кусочки. Истирание частиц придает ультразвуковым измельченным частицам гладкую поверхность. В целом, ультразвуковое измельчение и дисперсия приводит к мелкому размеру и равномерному распределению частиц.

 

Ультразвуковое измельчение и диспергирование часто превосходит высокоскоростные смесители и медиа-мельницы, поскольку обработка ультразвуком обеспечивает более последовательную обработку всех частиц. Как правило, ультразвук производит меньшие размеры частиц и узкое распределение частиц по размерам (кривые измельчения пигмента). Это улучшает общее качество дисперсий пигмента, так как более крупные частицы обычно мешают обработке, блеску, сопротивлению и оптическому виду.

Поскольку измельчение и измельчение частиц основано на столкновении между частицами в результате ультразвуковой кавитации, ультразвуковые реакторы могут обрабатывать довольно высокие концентрации твердых веществ (например, мастер-партии) и по-прежнему производить хорошие эффекты уменьшения размера. В таблице ниже приведены фотографии мокрого фрезерования TiO2.

На графике ниже показаны кривые распределения частиц по размерам для деагломерации диоксида титана Degussa anatase ультразвуком. Узкая форма кривой после обработки ультразвуком является типичной особенностью ультразвуковой обработки.

Наноразмерные материалы в высокоэффективных покрытиях

Нанотехнологии – это новая технология, продающаяся во многих отраслях промышленности. Наноматериалы и нанокомпозиты используются в составе покрытия, например, для повышения сабры и сопротивления царапин или УФ-стабильности. Самой большой проблемой для применения в покрытиях является сохранение прозрачности, ясности и блеска. Таким образом, наночастицы очень малы, чтобы избежать вмешательства в видимый спектр света. Для многих приложений, это значительно ниже, чем 100nm.

Мокрое шлифование высокоэффективных компонентов до нанометрового диапазона становится решающим шагом в разработке наноинженерных покрытий. Любые частицы, которые мешают видимому свету, вызывают дымку и потерю прозрачности. Поэтому требуется очень узкое распределение размеров. Ультразвук является очень эффективным средством для тонкого измельчения твердых веществ. Ультразвуковая / акустическая кавитация в жидкостях вызывает высокоскоростные столкновения между частицами. В отличие от обычных бисерных мельниц и галечных мельниц, сами частицы измельчают друг друга, что делает фрезерную среду ненужной.

Компании, как Панадур (Германия) использовать ультразвуковые аппараты Hielscher для диспергирования и деагломерации наноматериалов в покрытиях в пресс-форме. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой дисперсии покрытий в пресс-форме!

Для обработки ультразвуком легковоспламеняющихся жидкостей или растворителей в опасных средах доступны процессоры, сертифицированные ATEX. Узнайте больше о сертифицированном Atex ультразвуковом аппарате UIP1000-Exd!