Ako miešať laky s nanoplnivami

Výroba laku vyžaduje výkonné zmiešavacie zariadenie, ktoré dokáže spracovať nanočastice a pigmenty, ktoré musia byť rovnomerne rozptýlené do formulácie. Ultrazvukové homogenizátory sú vysoko účinné a spoľahlivé disperzné techniky, ktoré poskytujú homogénnu distribúciu nanočastíc do polymérov.

Výroba laku s vysoko výkonnými ultrazvukovými mixérmi

Lak je opísaný ako číry priehľadný tvrdý ochranný povlak alebo film, ktorý je vyrobený zo živíc (napr. akryl, polyuretán, alkyd, šelak), sušiaceho oleja, sušiča kovov a prchavých rozpúšťadiel (napr. ťažkého benzínu, minerálneho liehu alebo riedidla). Keď lak zaschne, jeho obsiahnuté rozpúšťadlo sa odparí a zvyšné zložky oxidujú alebo polymerizujú, aby vytvorili odolný priehľadný film. Laky sa väčšinou používajú ako ochranné nátery na drevené povrchy, maľby a rôzne dekoratívne predmety, zatiaľ čo laky vytvrdzujúce UV žiarenie sa používajú v automobilových náteroch, kozmetike, potravinárstve, vede a iných odvetviach.

Ultrazvuková disperzia nano-oxidu kremičitého v laku

Bežným príkladom ultrazvukového dispergovania je začlenenie koloidných oxidov kremičitých, ktoré sa zvyčajne pridávajú na získanie tixotropných vlastností lakov.
Napríklad polyéterimidový lak naplnený nano-kremíkom vykazuje predĺženú životnosť až tridsaťkrát vyššiu ako štandardná. Nano-oxid kremičitý zlepšuje vlastnosti laku, ako je jeho elektrická vodivosť, jeho dielektrická pevnosť DC a AC a jeho spojovacia pevnosť. Ultrazvukové dispergátory sa preto široko používajú na výrobu elektricky vodivých povlakov.
Ďalšie silikátové minerály, wollastonit, mastenec, sľuda, kaolín, živec a nefelínsyenit sú lacné plnivá a široko používané ako takzvané extenderové pigmenty, ktoré sa pridávajú na modifikáciu reológie (viskozity), sedimentačnej stability a pevnosti filmu v náteroch.

Výskum dokázaný nadradenosť ultrasonicators pre disperziu nanofillerov

Monteiro et al. (2014) porovnali bežné disperzné technológie – menovite rotor-stator mixér, Cowles obežné koleso a ultrazvukový disperzátor typu sondy – pokiaľ ide o ich účinnosť pri dispergovaní oxidu titaničitého (TiO2, anatáza). Ultrazvukom sa ukázalo, že je najúčinnejší na rozptýlenie nanočastíc vo vode pomocou konvenčného polyelektrolytu Na-PAA a vyniká výrazným zmiešaním s rotorovým statorom alebo Cowlesovým obežným kolesom.
Podrobnosti štúdie: Porovnali sa rôzne disperzné techniky s cieľom identifikovať najúčinnejšie pri vytváraní dobre deaglomerovanej vodnej suspenzie nano-TiO2. Ako referenčný dispergátor sa použila sodná soľ kyseliny polyakrylovej (Na-PAA), bežne používaná v priemysle na vodné disperzie TiO2. Obr. 1 znázorňuje získané distribúcie veľkosti objemových častíc (PSD) pomocou Cowlesovho dispergátora (30 minút pri 2000 ot/min), rotor-statorového mixéra (30 minút pri 14000 ot /min) a ultrazvukom sondového typu (Hielscher UIP1000hdT, 2 minúty pri 50% amplitúde). “Pomocou Cowlesovho disperzátora boli veľkosti častíc v troch rôznych rozsahoch: 40–100 nm, 350–1000 nm a 1200–4000 nm. Väčšie aglomeráty jasne dominujú distribúcii, čo ukazuje, že táto technika je neefektívna. Rotor-stator tiež poskytol neuspokojivé výsledky, nezávisle od pridávania nanočastíc naraz alebo postupne počas doby miešania. Hlavný rozdiel pozorovaný vo výsledku Cowles súvisí s posunom stredného píku na vyššiu veľkosť častíc, čiastočne sa spája s najvyšším vrcholom. Na druhej strane, použitie ultrazvuku prinieslo oveľa lepší výsledok, s úzkym vrcholom centrovaným na 0,1 nm a dvoma oveľa menšími v rozsahu 150–280 nm a 380–800 nm.”

Distribúcia veľkosti častíc vodných disperzií nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) pripravená rôznymi disperznými technikami. Ultrazvukom poskytuje najmenšie nanočastice TiO2 a najužšie krivky redukcie veľkosti častíc. Keď sa použil dispergátor (Na-PAA), pomer k nano-TiO2 bol 1:1.
(štúdia a grafika: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 sušený rozprašovaním pred a po ultrazvukovom frézovaní

Tento výsledok súhlasí s prácou Sata et al. (2008), ktorá uvádza lepšie výsledky s ultrazvukom ako s inými technikami na rozptýlenie nanorozmerných častíc TiO2 vo vode. Rázové vlny vytvorené akustickou / ultrazvukovou kavitáciou vedú k vysoko intenzívnym zrážkam medzi časticami a efektívnemu mletiu častíc a deaglomerácii na rovnomerné fragmenty v nanorozmeroch.
(porovnaj Monteiro a kol., 2014)

Vysoko výkonné ultrazvukové homogenizátory na výrobu lakov

Ak sa nanočastice a nanovlákna používajú v priemyselných výrobných procesoch, ako je výroba lakov a povlakov, suchý prášok sa musí homogénne zmiešať do kvapalnej fázy. Disperzia nanočastíc si vyžaduje spoľahlivú a efektívnu techniku miešania, ktorá aplikuje dostatok energie na rozbitie aglomerátov, aby sa uvoľnili vlastnosti častíc v nanorozmeroch. Ultrazvukové prístroje sú dobre známe ako výkonné a spoľahlivé dispergátory, preto sa používajú na deaglomeráciu a distribúciu rôznych materiálov, ako je oxid kremičitý, nanorúrky, grafén, minerály a mnoho ďalších materiálov homogénne do kvapalnej fázy, ako sú živice, epoxidy a pigmentové hlavné dávky. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysoko výkonné ultrazvukové dispergátory pre akýkoľvek druh homogenizačných a deaglomeračných aplikácií.
Pokiaľ ide o výrobu nano-disperzií, presná kontrola sonikácie a spoľahlivé ultrazvukové ošetrenie suspenzie nanočastíc sú nevyhnutné na získanie vysoko výkonných produktov. Hielscher Ultrasonics' procesory vám poskytujú plnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, ako je vstup energie, ultrazvuková intenzita, amplitúda, tlak, teplota a retenčný čas. Parametre tak môžete prispôsobiť optimalizovaným podmienkam, čo následne vedie k vysoko kvalitnej nano-disperzii, ako je nanosilika alebo nano-TiO2 suspenzie.

Pre akýkoľvek objem/kapacitu: Hielscher ponúka ultrasonicators a široké portfólio príslušenstva. To umožňuje konfiguráciu ideálneho ultrazvukového systému pre vašu aplikáciu a výrobnú kapacitu. Od malých injekčných liekoviek obsahujúcich niekoľko mililitrov až po prúdy s vysokým objemom tisícov galónov za hodinu, Hielscher ponúka vhodné ultrazvukové riešenie pre váš proces.
Vysoké viskozity: Ultrazvukové inline systémy ľahko spracovávajú pastovité formulácie, napr. pigmentové hlavné šarže, kde sa pigment mieša pri vysokom zaťažení častíc rovnomerne v zmesi plastifikátora, monoméru a polyméru.
Robustnosť: Naše ultrazvukové systémy sú robustné a spoľahlivé. Všetky Hielscher ultrasonicators sú postavené pre prevádzku 24/7/365 a vyžadujú veľmi malú údržbu.
Užívateľská prívetivosť: Prepracovaný softvér našich ultrazvukových zariadení umožňuje predbežný výber a ukladanie nastavení ultrazvukom pre jednoduchú a spoľahlivú ultrazvukom. Intuitívne menu je ľahko dostupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja. Diaľkové ovládanie prehliadača vám umožňuje pracovať a monitorovať cez akýkoľvek internetový prehliadač. Automatické zaznamenávanie údajov ukladá parametre procesu akejkoľvek ultrazvukom spustiť na vstavané SD karty.
Vynikajúca energetická účinnosť: V porovnaní s alternatívnymi disperzné technológie, Hielscher ultrasonicators vynikajú vynikajúcou energetickou účinnosťou a vynikajúcimi výsledkami v distribúcii veľkosti častíc.
Vysoká kvalita & Robustnosť: Hielscher ultrasonicators sú uznávané pre svoju kvalitu, spoľahlivosť a robustnosť. Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysoko výkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Samozrejme, Hielscher ultrasonicators sú v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: