Ultrazvuk vo formulácii náterov

Rôzne komponenty, ako sú pigmenty, plnivá, chemické prísady, crosslinkers a Reológie modifikátory ísť do povlaku a maľovať formulácie. Ultrazvuk je účinným prostriedkom pre disperzné a emulgačné, deagglomeration a frézovanie týchto zložiek v náteroch.

Ultrazvuk sa používa pri formulácii náterov pre:

• emulzifikáciou polymérov vo vodných systémoch
• rozptyľuje a jemné mletie pigmentov
• zmenšenie veľkosti nanomateriálov vo vysoko výkonných náteroch

Povlaky spadajú do dvoch širokých kategórií: živice a povlaky na báze vody a rozpúšťadiel. Každý typ má svoje vlastné výzvy. Pokyny vyzývajúce na zníženie VOC a vysoké ceny rozpúšťadiel stimulujú rast technológií povrchovej úpravy živice prenášanej vodou. Použitie ultrazvukom môže zvýšiť výkon takýchto ekologických systémov.

Vylepšené zloženie povlaku vďaka ultrazvuku

Ultrazvuk môže pomôcť formulátorom architektonických, priemyselných, automobilových a drevených náterov zlepšiť vlastnosti povlaku, ako je farebná pevnosť, poškriabanie, odolnosť proti prasknutiu a UV žiareniu alebo elektrická vodivosť. Niektoré z týchto vlastností povlaku sa dosahujú zahrnutím materiálov nano-veľkosti, napr. oxidov kovov (TiO₂, Oxid kremičitý, Ceria, ZnO, …).

Ultrazvuk ďalej pomáha pri odhmlievaní (zachytených bublinách) a odplyňovaní (rozpustený plyn) vysoko viskóznych produktov. Prečítajte si viac o ultrazvukovom odplyňovaní a odplyňovaní kvapalín!

Pretože ultrazvuková disperzná technológia môže byť použitá na laboratórnej, stolovej a priemyselnej výrobnej úrovni, čo umožňuje priepustnosť nad 10 ton / hodinu, používa sa v R&D stupeň a v komerčnej výrobe. Výsledky procesov je možné ľahko a lineárne škálovať.

Hielscher ultrazvukové zariadenia sú veľmi energeticky účinné. Zariadenia premieňajú cca 80 až 90% elektrického príkonu na mechanickú aktivitu v kvapaline. To vedie k podstatne nižším nákladom na spracovanie.

Po kliknutí na nižšie uvedené odkazy si môžete prečítať viac o použití vysokovýkonného ultrazvuku pre

• emulzifikáciou polymérov vo vodných systémoch,
• rozptyľuje a jemné mletie pigmentov,
• a zníženie veľkosti nanomateriálov,

Polymerizácia emulzie pomocou ultrazvukom

Tradičné náterové formulácie používajú základnú polymérnu chémiu. Zmena na technológiu povrchovej úpravy na báze vody má vplyv na výber surovín, vlastnosti a metodiky formulácie.

V konvenčnej emulzii polymerizácie, napríklad pre vodné nátery, častice sú postavené z centra na ich povrchu. Kinetické faktory ovplyvňujú homogenitu častíc a morfológiu.

Ultrazvukový spracovanie môže byť použitý v dvoch smeroch generovať polymérne emulzie.

• Zhora nadol: emulgačný/dispergačné väčších častíc polyméru generovať menšie častice znížením veľkosti
• Zdola nahor: Použitie ultrazvuku pred alebo počas polymerizácie častíc

 

 

Nanopartikulovat polyméry v Miniemulzií

Polymerizácia častíc v miniemulziách umožňuje výrobu dispergovaných polymérnych častíc s dobrou kontrolou veľkosti častíc. Syntéza polymérnych častíc nanočastíc v miniemulziách (tiež známych ako nanoreaktory), ako ju prezentuje K. Landfester (2001), je vynikajúcou metódou tvorby polymérnych nanočastíc. Tento prístup využíva vysoký počet malých nanopartementov (disperzná fáza) v emulzii ako nanoreaktory. V nich sú častice syntetizované vysoko paralelným spôsobom v jednotlivých, uzavretých kvapôčkach. Landfester (2001) vo svojom príspevku predstavuje polymerizáciu v nanoreaktoroch vo vysokej dokonalosti pre generovanie vysoko identických častíc takmer rovnomernej veľkosti. Obrázok vyššie ukazuje častice získané ultrazvukom asistovanou polyaddíciou v miniemulziách.

Malé kvapôčky generované aplikáciou vysokého strihu (ultrazvukom) a stabilizované stabilizačnými činidlami (emulgátormi) môžu byť vytvrdené následnou polymerizáciou alebo poklesom teploty v prípade nízkoteplotných taviacich materiálov. Pretože ultrazvukom môže produkovať veľmi malé kvapôčky takmer rovnomernej veľkosti v dávkovom a výrobnom procese, umožňuje dobrú kontrolu nad konečnou veľkosťou častíc. Na polymerizáciu nanočastíc môžu byť hydrofilné monoméry emulgované do organickej fázy a hydrofóbne monoméry vo vode.

Pri zmenšovaní veľkosti častíc sa súčasne zväčšuje celková plocha povrchu častíc. Obrázok vľavo ukazuje koreláciu medzi veľkosťou častíc a plochou povrchu v prípade sférických častíc. Preto sa množstvo povrchovo aktívnej látky potrebné na stabilizáciu emulzie zvyšuje takmer lineárne s celkovou plochou povrchu častíc. Typ a množstvo povrchovo aktívnej látky ovplyvňuje veľkosť kvapôčok. Kvapôčky 30 až 200 nm je možné získať pomocou aniónových alebo katiónových povrchovo aktívnych látok.

Pigmenty v náteroch

Organické a anorganické pigmenty sú dôležitou súčasťou náterových formulácií. Na maximalizáciu výkonu pigmentu je potrebná dobrá kontrola veľkosti častíc. Pri pridávaní pigmentového prášku do vodných, rozpúšťadlových alebo epoxidových systémov majú jednotlivé pigmentové častice tendenciu vytvárať veľké aglomeráty. Vysokošmykové mechanizmy, ako sú miešačky rotor-stator alebo mlyny na miešacie guľôčky, sa bežne používajú na rozbitie takýchto aglomerátov a na rozdrvenie jednotlivých pigmentových častíc. Ultrazvukom v mimoriadne účinnej alternatíve pre tento krok pri výrobe povlakov.

Nižšie uvedené grafy ukazujú vplyv ultrazvukom na veľkosť perleťového lesku. Ultrazvuk brúsi jednotlivé pigmentové častice vysokorýchlostnou zrážkou medzi časticami. Výraznou výhodou ultrazvuku je vysoký vplyv kavitačných šmykových síl, vďaka čomu je použitie brúsnych médií (napr. guľôčky, perly) zbytočné. Keďže častice sú urýchľované extrémne rýchlymi kvapalnými prúdmi s rýchlosťou až 1000 km / h, prudko sa zrazia a rozbijú sa na malé kúsky. Oder častíc dáva ultrazvukom vyfrézovaným časticiam hladký povrch. Celkovo ultrazvukové frézovanie a disperzia vedie k jemnej veľkosti a rovnomernej distribúcii častíc.

 

Ultrazvukové frézovanie a dispergovanie často vyniká vysokorýchlostnými miešačkami a mlynmi médií, pretože ultrazvukom poskytuje konzistentnejšie spracovanie všetkých častíc. Všeobecne platí, že ultrazvukom vznikajú menšie veľkosti častíc a úzke rozloženie veľkosti častíc (krivky frézovania pigmentu). To zlepšuje celkovú kvalitu pigmentových disperzií, pretože väčšie častice zvyčajne narúšajú spracovateľskú schopnosť, lesk, odolnosť a optický vzhľad.

Pretože mletie a mletie častíc je založené na kolízii medzi časticami v dôsledku ultrazvukovej kavitácie, ultrazvukové reaktory dokážu zvládnuť pomerne vysoké koncentrácie tuhých látok (napr. hlavné dávky) a stále produkujú dobré účinky na zníženie veľkosti. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené obrázky mokrého frézovania TiO2.

Nižšie uvedený graf ukazuje krivky distribúcie veľkosti častíc pre deaglomeráciu oxidu titaničitého Degussa anatázy ultrazvukom. Úzky tvar krivky po ultrazvuku je typickým znakom ultrazvukového spracovania.

Nanosize materiály vo vysoko výkonných náteroch

Nanotechnológia je rozvíjajúcou sa technológiou, ktorá svojou cestou do mnohých priemyselných odvetví. Nanomateriály a nanokompozity sa používajú v náterových formách, napríklad na zvýšenie odolnosti proti oteru a poškriabaniu alebo UV-stabilite. Najväčšou výzvou pre aplikáciu v náteroch je zachovanie transparentnosti, jasnosti a lesk. Preto nanočastice sú veľmi malé, aby sa predišlo interferencii s viditeľným spektrom svetla. Pre mnoho aplikácií, to je podstatne nižšia ako 100nm.

Mokré brúsenie vysokovýkonných komponentov na nanometre sa stáva rozhodujúcim krokom pri formulovaní nanoinžinierskych povlakov. Akékoľvek častice, ktoré narúšajú viditeľné svetlo, spôsobujú opar a stratu priehľadnosti. Preto sú potrebné veľmi úzke distribúcie veľkostí. Ultrazvukom je veľmi účinný prostriedok na jemné mletie tuhých látok. Ultrazvuková / akustická kavitácia v kvapalinách spôsobuje vysokorýchlostné zrážky medzi časticami. Na rozdiel od bežných korálkových mlynov a kamienkov, samotné častice sa navzájom kombinujú, čím sa frézovacie médiá stávajú zbytočnými.

Spoločnosti, ako Panadur (Nemecko) používať Hielscher ultrazvukové prístroje na dispergovanie a deaglomeráciu nanomateriálov v náteroch vo forme. Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej disperzii náterov vo forme!

Na sonikáciu horľavých kvapalín alebo rozpúšťadiel v nebezpečnom prostredí sú k dispozícii procesory s certifikáciou ATEX. Získajte viac informácií o Atex-certifikovanom ultrazvukovom prístroji UIP1000-Exd!