Как смешивать лаки с нанонаполнителями

Для производства лаков требуется мощное смесительное оборудование, способное обрабатывать наночастицы и пигменты, которые должны быть равномерно диспергированы в рецептуре. Ультразвуковые гомогенизаторы представляют собой высокоэффективный и надежный метод диспергирования, обеспечивающий равномерное распределение наночастиц по полимерам.

Производство лака с помощью высокопроизводительных ультразвуковых смесителей

Лак описывается как прозрачное прозрачное твердое защитное покрытие или пленка, которая состоит из смол (например, акрила, полиуретана, алкида, шеллака), олифы, осушителя металлов и летучих растворителей (например, нафты, уайт-спирита или разбавителя). Когда лак высыхает, содержащийся в нем растворитель испаряется, а оставшиеся составляющие окисляются или полимеризуются, образуя прочную прозрачную пленку. Лаки в основном используются в качестве защитных покрытий для деревянных поверхностей, картин и различных декоративных предметов, в то время как лаки УФ-отверждения используются в автомобильных покрытиях, косметике, пищевой промышленности, науке и других отраслях.

Ультразвуковое диспергирование нанокремнезема в лаке

Распространенным примером для ультразвукового диспергирования является включение коллоидных диоксидов кремния, которые обычно добавляются для придания лакам тиксотропных свойств.
Например, полиэфиримидный лак с нанокремнеземом имеет увеличенный срок службы до тридцати раз по сравнению со стандартным. Нанокремнезем улучшает свойства лака, такие как его электропроводность, диэлектрическая прочность постоянного и переменного тока 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 дешевыми наполнителями и широко используются в качестве так называемых пигментов-наполнителей, которые добавляются для изменения реологии (вязкости), седиментационной стабильности и прочности пленки в покрытиях.

Исследования доказали превосходство ультразвуковых аппаратов по диспергированию нанофиллеров

Monteiro et al. (2014) сравнили распространенные технологии диспергирования – а именно роторно-статорный смеситель, крыльчатка Cowles и диспергатор ультразвукового зондового типа – относительно их эффективности в диспергировании диоксида титана (TiO2, анатаз). Ультразвуковое исследование оказалось наиболее эффективным для диспергирования наночастиц в воде с использованием обычного полиэлектролита Na-PAA, а также значительно улучшило смешивание с ротором-статором или крыльчаткой Коулза.
Детали исследования: Были сравнены различные методы диспергирования с целью выявления наиболее эффективного в создании хорошо деагломерированной водной суспензии нано-TiO2. В качестве эталонного диспергатора использовалась натриевая соль полиакриловой кислоты (Na-PAA), традиционно используемая в промышленности для водных дисперсий TiO2. На рисунке 1 показано объемное распределение частиц по размерам (PSD), полученное с использованием диспергатора Коулза (30 мин при 2000 об/мин), роторно-статорного смесителя (30 мин при 14000 об/мин) и зондового ультразвука (Hielscher UIP1000hdT, 2 мин при амплитуде 50%). “С помощью диспергатора Коулза размеры частиц находились в трех различных диапазонах: 40–100 нм, 350–1000 нм и 1200–4000 нм. Более крупные агломераты явно доминируют в распределении, показывая, что этот метод неэффективен. Ротор-статор также давал неудовлетворительные результаты, независимо от того, добавлялись наночастицы сразу или постепенно по мере смешивания. Основное различие, наблюдаемое в результате Коулза, связано со смещением среднего пика к частицам большего размера, частично сливаясь с крайним правым пиком. С другой стороны, использование ультразвука дало гораздо лучший результат, с узким пиком с центром 0,1 нм и двумя гораздо меньшими в диапазонах 150–280 нм и 380–800 нм.”

Распределение частиц по размерам водных дисперсий нано-TiO2 (10 мгмл-1, pH = 9), полученных с использованием различных методов диспергирования. Ультразвуковое исследование позволяет получить мельчайшие наночастицы TiO2 и самые узкие кривые уменьшения размера частиц. При использовании диспергатора (Na-PAA) отношение к нано-TiO2 составляло 1:1.
(исследование и график: © Monteiro et al., 2014)

Распылительная сушка TiO2 до и после ультразвукового измельчения

Этот результат согласуется с работой Sato et al. (2008), в которой сообщается о лучших результатах при ультразвуковой обработке, чем при использовании других методов диспергирования наноразмерных частиц TiO2 в воде. Ударные волны, создаваемые акустической/ультразвуковой кавитацией, приводят к высокоинтенсивным столкновениям между частицами и эффективному измельчению и деагломерации частиц до однородных наноразмерных фрагментов.
(см. Monteiro et al., 2014)

Высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для производства лаков

Когда наночастицы и нанонаполнители используются в промышленных производственных процессах, таких как производство лаков и покрытий, сухой порошок необходимо равномерно перемешать в жидкую фазу. Диспергирование наночастиц требует надежного и эффективного метода смешивания, который применяет достаточно энергии для разрушения агломератов и раскрытия качеств наночастиц. Ультразвуковые аппараты хорошо известны как мощные и надежные диспергаторы, поэтому используются для деагломерации и распределения различных материалов, таких как диоксид кремния, нанотрубки, графен, минералы и многие другие материалы, в жидкую фазу, такую как смолы, эпоксидные смолы и пигментные суперконцентраты. Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для любых видов применения в области гомогенизации и деагломерации.
Когда дело доходит до производства нанодисперсий, точное управление ультразвуком и надежная ультразвуковая обработка суспензии наночастиц имеют важное значение для получения высокоэффективных продуктов. Процессоры Hielscher Ultrasonics обеспечивают полный контроль над всеми важными параметрами обработки, такими как потребляемая энергия, интенсивность ультразвука, амплитуда, давление, температура и время удержания. Таким образом, вы можете настроить параметры в соответствии с оптимизированными условиями, что впоследствии приводит к высококачественной нанодисперсии, такой как нанокремнезем или нано-TiO2 суспензии.

Для любого объема/емкости: Hielscher предлагает ультразвуковые аппараты и широкий ассортимент аксессуаров. Это позволяет сконфигурировать идеальную ультразвуковую систему для вашей области применения и производственных мощностей. От небольших флаконов, содержащих несколько миллилитров, до больших объемов потоков в тысячи галлонов в час, Hielscher предлагает подходящее ультразвуковое решение для вашего технологического процесса.
Высокая вязкость: Ультразвуковые поточные системы легко обрабатывают пастообразные составы, например, маточные смеси пигментов, в которых пигмент равномерно смешивается при высокой концентрации частиц в смеси пластификатора, мономера и полимера.
Робастность: Наши ультразвуковые системы прочны и надежны. Все ультразвуковые аппараты Hielscher рассчитаны на работу в режиме 24/7/365 и требуют минимального обслуживания.
Удобство использования: Разработанное программное обеспечение наших ультразвуковых аппаратов позволяет предварительно выбирать и сохранять настройки ультразвуковой обработки для простого и надежного ультразвукового контроля. Интуитивно понятное меню легко доступно с помощью цветного цифрового сенсорного дисплея. Удаленное управление браузером позволяет управлять и контролировать через любой интернет-браузер. Автоматическая запись данных сохраняет технологические параметры любого прогона ультразвука на встроенной SD-карте.
Превосходная энергоэффективность: По сравнению с альтернативными технологиями диспергирования, ультразвуковые аппараты Hielscher отличаются выдающейся энергоэффективностью и превосходными результатами по распределению частиц по размерам.
Высококачественный & Робастность: Ультразвуковые аппараты Hielscher известны своим качеством, надежностью и прочностью. Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: