Как смешивать лаки с нанонаполнителями

Производство лаков требует мощного смесительного оборудования, способного обрабатывать наночастицы и пигменты, которые необходимо равномерно диспергировать в составе. Ультразвуковые гомогенизаторы обеспечивают высокоэффективное и надёжное диспергирование с однородным распределением наночастиц в полимерах.

Производство лаков с помощью высокопроизводительных ультразвуковых смесителей

Лак представляет собой прозрачное твёрдое защитное покрытие или плёнку, состав которых включает смолы (например, акриловые, полиуретановые, алкидные, шеллак), высыхающее масло, металлсодержащий сиккатив и летучие растворители (например, лигроин, уайт-спирит или разбавитель). При высыхании лака содержащийся в нём растворитель испаряется, а оставшиеся компоненты окисляются или полимеризуются, образуя прочную прозрачную плёнку. Лаки преимущественно используют в качестве защитных покрытий для деревянных поверхностей, картин и различных декоративных предметов, тогда как лаки УФ-отверждения применяют в автомобильных покрытиях, косметике, пищевой отрасли, науке и других областях.

Ультразвуковое диспергирование нанокремнезёма в лаке

Распространённый пример ультразвукового диспергирования – введение коллоидных кремнезёмов, которые обычно добавляют для придания лакам тиксотропных свойств.
Например, срок службы полиэфиримидного лака с нанокремнезёмным наполнителем может быть до тридцати раз выше, чем у стандартного лака. Нанокремнезём улучшает такие свойства лака, как электрическая проводимость, электрическая прочность при постоянном и переменном токе и прочность сцепления. Поэтому ультразвуковые диспергаторы широко используются для производства электропроводящих покрытий.
Другие силикатные минералы – волластонит, тальк, слюда, каолин, полевой шпат и нефелиновый сиенит – являются дешёвыми наполнителями и широко используются в качестве так называемых пигментов-наполнителей, которые добавляют для изменения реологии (вязкости), седиментационной устойчивости и прочности плёнки покрытий.

Подтверждённое исследованиями превосходство ультразвуковых аппаратов при диспергировании нанонаполнителей

Monteiro et al. (2014) сравнили распространённые технологии диспергирования – а именно роторно-статорный смеситель, мешалку Cowles и ультразвуковой диспергатор зондового типа – по их эффективности при диспергировании диоксида титана (TiO2, анатаз). Обработка ультразвуком оказалась наиболее эффективной для диспергирования наночастиц в воде с использованием традиционного полиэлектролита Na-PAA и значительно превзошла смешивание с помощью роторно-статорного смесителя или мешалки Cowles.
Подробности исследования: различные методы диспергирования сравнивали, чтобы определить наиболее эффективный способ получения водной суспензии нано-TiO2 с высокой степенью деагломерации. Натриевую соль полиакриловой кислоты (Na-PAA), традиционно используемую в промышленности для водных дисперсий TiO2, применяли в качестве эталонного диспергирующего агента. На рис. 1 показаны объёмные распределения частиц по размерам (PSD), полученные с помощью диспергатора Cowles (30 min при 2000 rpm), роторно-статорного смесителя (30 min при 14 000 rpm) и обработки ультразвуком зондового типа (Hielscher UIP1000hdT, 2 min при амплитуде 50%). «При использовании диспергатора Cowles размеры частиц находились в трёх различных диапазонах: 40–100 nm, 350–1000 nm и 1200–4000 nm. Более крупные агломераты явно преобладают в распределении, что свидетельствует о неэффективности этого метода. Роторно-статорный смеситель также дал неудовлетворительные результаты независимо от того, добавляли ли наночастицы сразу или постепенно в течение смешивания. Основное различие, наблюдаемое в результате Cowles, связано со смещением среднего пика в сторону большего размера частиц и его частичным слиянием с крайним правым пиком. С другой стороны, применение ультразвука дало значительно лучший результат: узкий пик с центром при 0,1 nm и два гораздо меньших пика в диапазонах 150–280 nm и 380–800 nm.»

Распределения частиц по размерам в водных дисперсиях нано-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9), приготовленных с помощью различных методов диспергирования. Обработка ультразвуком позволяет получить самые мелкие наночастицы TiO2 и самые узкие кривые уменьшения размера частиц. При использовании диспергирующего агента (Na-PAA) его соотношение с нано-TiO2 составляло 1:1.
(исследование и график: © Monteiro et al., 2014)

TiO2, высушенный распылением, до и после ультразвукового измельчения

Этот результат согласуется с работой Sato et al. (2008), в которой сообщается о лучших результатах обработки ультразвуком по сравнению с другими методами диспергирования наноразмерных частиц TiO2 в воде. Ударные волны, создаваемые акустической / ультразвуковой кавитацией, приводят к высокоинтенсивным межчастичным столкновениям и эффективному измельчению и деагломерации частиц с образованием однородных наноразмерных фрагментов.
(см. Monteiro et al., 2014)

Высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для производства лаков

При использовании наночастиц и нанонаполнителей в промышленных производственных процессах, таких как производство лаков и покрытий, сухой порошок необходимо однородно смешать с жидкой фазой. Диспергирование наночастиц требует надёжной и эффективной технологии смешивания, передающей достаточно энергии для разрушения агломератов, чтобы раскрыть свойства наноразмерных частиц. Ультразвуковые аппараты хорошо известны как мощные и надёжные диспергаторы, поэтому их используют для деагломерации и однородного распределения различных материалов, таких как кремнезём, нанотрубки, графен, минералы и многие другие материалы, в жидкой фазе, например в смолах, эпоксидных составах и пигментных мастербатчах. Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для любых задач гомогенизации и деагломерации.
При производстве нанодисперсий точное управление обработкой ультразвуком и надёжная ультразвуковая обработка суспензии наночастиц необходимы для получения продуктов с высокими эксплуатационными характеристиками. Аппараты Hielscher Ultrasonics обеспечивают полный контроль над всеми важными параметрами обработки, такими как подводимая энергия, интенсивность ультразвука, амплитуда, давление, температура и время пребывания. Таким образом, вы можете настроить параметры для оптимальных условий, что позволяет получать высококачественные нанодисперсии, например суспензии нанокремнезёма или нано-TiO2.

Для любого объёма / производительности: Hielscher предлагает ультразвуковые аппараты и широкий ассортимент принадлежностей. Это позволяет сконфигурировать идеальную ультразвуковую систему для вашей задачи и производственной мощности. От небольших флаконов, содержащих несколько миллилитров, до потоков большого объёма в тысячи галлонов в час – Hielscher предлагает подходящее ультразвуковое решение для вашего процесса.
Высокая вязкость: Ультразвуковые системы для обработки в потоке легко обрабатывают пастообразные составы, например пигментные мастербатчи, в которых пигмент с высоким содержанием частиц равномерно смешивается со смесью пластификатора, мономера и полимера.
Прочность: Наши ультразвуковые системы прочны и надёжны. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7/365 и требуют минимального технического обслуживания.
Удобство использования: Продуманное программное обеспечение наших ультразвуковых устройств позволяет предварительно выбирать и сохранять настройки обработки ультразвуком для простой и надёжной обработки. Интуитивно понятное меню легко доступно через цифровой цветной сенсорный дисплей. Дистанционное управление через браузер позволяет управлять работой и контролировать её через любой интернет-браузер. Автоматическая регистрация данных сохраняет параметры процесса каждого цикла обработки ультразвуком на встроенной SD-карте.
Отличная энергоэффективность: По сравнению с альтернативными технологиями диспергирования ультразвуковые аппараты Hielscher отличаются выдающейся энергоэффективностью и превосходными результатами в отношении распределения частиц по размерам.
Высокое качество и прочность: Ультразвуковые аппараты Hielscher получили признание за своё качество, надёжность и прочность. Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся передовыми технологиями и удобством использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и удовлетворяют требованиям UL, CSA и RoHs.

В таблице ниже приведена ориентировочная производительность наших ультразвуковых аппаратов: