Ako miešať laky s nanoplnivami

Výroba lakov si vyžaduje výkonné miešacie zariadenie, ktoré dokáže zvládnuť nanočastice a pigmenty, ktoré musia byť rovnomerne rozptýlené vo formulácii. Ultrazvukové homogenizátory sú vysoko účinnou a spoľahlivou dispergujúcou technikou, ktorá zabezpečuje homogénnu distribúciu nanočastíc na polyméry.

Výroba lakov pomocou vysokovýkonných ultrazvukových mixérov

Lak je opísaný ako číry priehľadný tvrdý ochranný náter alebo film, ktorý je vyrobený zo živíc (napr. akryl, polyuretán, alkyd, šelak), sušiaceho oleja, sušičky kovov a prchavých rozpúšťadiel (napr. ťažký benzín, minerálny lieh alebo riedidlo). Keď lak zaschne, jeho obsiahnuté rozpúšťadlo sa odparí a zvyšné zložky oxidujú alebo polymerizujú za vzniku odolného priehľadného filmu. Laky sa väčšinou používajú ako ochranné nátery na drevené povrchy, maľby a rôzne dekoratívne predmety, zatiaľ čo UV vytvrdzovacie laky sa používajú v automobilových náteroch, kozmetike, potravinárstve, vede a iných odvetviach.

Ultrazvuková disperzia nanooxidu kremičitého v laku

Bežným príkladom ultrazvukovej dispergácie je začlenenie koloidných oxidov kremičitých, ktoré sa zvyčajne pridávajú na získanie tixotropných vlastností lakom.
Napríklad polyéterimidový lak plnený nanooxidom kremičitým vykazuje až tridsaťkrát vyššiu životnosť ako štandardný. Nano-oxid kremičitý zlepšuje vlastnosti laku ako jeho elektrickú vodivosť, jednosmernú a striedavú dielektrickú pevnosť a pevnosť spoja. Ultrazvukové dispergátory sú preto široko používané na výrobu elektricky vodivých povlakov.
Ostatné silikátové minerály, wollastonit, mastenec, sľuda, kaolín, živec a nefelín syenit sú lacné plnivá a široko používané ako takzvané plnivá pigmenty, ktoré sa pridávajú na úpravu reológie (viskozity), sedimentačnej stability a pevnosti filmu v náteroch.

Výskum preukázal nadradenosť ultrazvukových prístrojov pre disperziu nanoplniva

Monteiro a kol. (2014) porovnávali bežné disperzné technológie – menovite rotor-statorový mixér, Cowlesovo obežné koleso a ultrazvukový dispergátor typu sondy – pokiaľ ide o ich účinnosť pri dispergovaní oxidu titaničitého (TiO2, anatase). Ultrazvuk sa ukázal ako najúčinnejší na rozptýlenie nanočastíc vo vode pomocou konvenčného polyelektrolytu Na-PAA a výrazne vynikol v miešaní s rotorovým statorom alebo Cowlesovým obežným kolesom.
Podrobnosti štúdie: Porovnali sa rôzne disperzné techniky s cieľom identifikovať najúčinnejšie pri vytváraní dobre deaglomerovanej nano-TiO2 vodnej suspenzie. Ako referenčný dispergátor sa použila sodná soľ kyseliny polyakrylovej (Na-PAA), bežne používaná v priemysle pre vodné disperzie TiO2. Obr. 1 zobrazuje objemové distribúcie veľkosti častíc (PSD) získané pomocou Cowlesovho dispergátora (30 minút pri 2000 ot./min.), mixéra rotor-stator (30 minút pri 14000 ot./min.) a ultrazvuku typu sondy (Hielscher UIP1000hdT, 2 minúty pri 50 % amplitúde). “Pri použití Cowlesovho dispergátora boli veľkosti častíc v troch rôznych rozsahoch: 40–100 nm, 350–1000 nm a 1200–4000 nm. Väčšie aglomeráty jednoznačne dominujú distribúcii, čo ukazuje, že táto technika je neefektívna. Rotor-stator tiež poskytoval neuspokojivé výsledky, nezávisle od toho, či sa nanočastice pridávali naraz alebo postupne počas času miešania. Hlavný rozdiel pozorovaný v Cowlesovom výsledku súvisí s posunom stredného vrcholu k vyššej veľkosti častíc, čiastočne splývajúcim s vrcholom úplne vpravo. Na druhej strane použitie ultrazvukov prinieslo oveľa lepší výsledok, s úzkym vrcholom so stredom na 0,1 nm a dvoma oveľa menšími v rozsahoch 150 – 280 nm a 380 – 800 nm.”

Distribúcia veľkosti častíc vodných disperzií nano-TiO2 (10 mgmL−1, pH = 9) pripravených pomocou rôznych disperzných techník. Ultrazvuk poskytuje najmenšie nanočastice TiO2 a najužšie krivky redukcie veľkosti častíc. Pri použití dispergátora (Na-PAA) bol pomer k nano-TiO2 1:1.
(štúdia a grafika: © Monteiro et al., 2014)

Rozprašovaním sušený TiO2 pred a po ultrazvukovom frézovaní

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

Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na výrobu lakov

Ak sa nanočastice a nanoplnivá používajú v priemyselných výrobných procesoch, ako je výroba lakov a náterov, suchý prášok sa musí homogénne zmiešať do kvapalnej fázy. Disperzia nanočastíc si vyžaduje spoľahlivú a účinnú techniku miešania, ktorá aplikuje dostatok energie na rozbitie aglomerátov, aby sa uvoľnili vlastnosti nanočastíc. Ultrazvukové prístroje sú dobre známe ako výkonné a spoľahlivé dispergátory, preto sa používajú na homogénnu deaglomeráciu a distribúciu rôznych materiálov, ako je oxid kremičitý, nanotrubice, grafén, minerály a mnoho ďalších materiálov do kvapalnej fázy, ako sú živice, epoxidy a pigmentové predzmesi. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory pre akýkoľvek druh homogenizačných a deaglomeračných aplikácií.
Pokiaľ ide o výrobu nanodisperzií, presná kontrola sonikácie a spoľahlivé ultrazvukové ošetrenie suspenzie nanočastíc sú nevyhnutné na získanie vysokovýkonných produktov. Procesory Hielscher Ultrasonics vám poskytujú plnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, ako je energetický príkon, intenzita ultrazvuku, amplitúda, tlak, teplota a retenčná doba. Parametre tak môžete prispôsobiť optimalizovaným podmienkam, čo následne vedie k vysokokvalitnej nanodisperzii, ako sú nanokremičité alebo nano-TiO2 suspenzie.

Pre akýkoľvek objem / kapacitu: Spoločnosť Hielscher ponúka ultrazvukové prístroje a široké portfólio príslušenstva. To umožňuje konfiguráciu ideálneho ultrazvukového systému pre vašu aplikáciu a výrobnú kapacitu. Od malých liekoviek s obsahom niekoľkých mililitrov až po veľké objemové prúdy tisícov galónov za hodinu, spoločnosť Hielscher ponúka vhodné ultrazvukové riešenie pre váš proces.
Vysoká viskozita: Ultrazvukové inline systémy ľahko spracujú pastovité formulácie, napr. pigmentové predšarže, kde sa pigment rovnomerne mieša pri vysokom zaťažení časticami v zmesi zmäkčovadla, monoméru a polyméru.
Odolnosť: Naše ultrazvukové systémy sú robustné a spoľahlivé. Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú skonštruované pre prevádzku 24/7/365 a vyžadujú veľmi malú údržbu.
Užívateľská prívetivosť: Prepracovaný softvér našich ultrazvukových zariadení umožňuje predbežný výber a uloženie nastavení sonikácie pre jednoduchú a spoľahlivú sonikáciu. Intuitívne menu je ľahko dostupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja. Diaľkové ovládanie prehliadača umožňuje ovládať a monitorovať prostredníctvom ľubovoľného internetového prehliadača. Automatické zaznamenávanie údajov ukladá procesné parametre akejkoľvek sonikácie na vstavanú SD kartu.
Vynikajúca energetická účinnosť: V porovnaní s alternatívnymi disperznými technológiami vynikajú ultrazvukové prístroje Hielscher vynikajúcou energetickou účinnosťou a vynikajúcimi výsledkami v distribúcii veľkosti častíc.
Vysoká kvalita & Odolnosť: Ultrazvukové prístroje Hielscher sú uznávané pre svoju kvalitu, spoľahlivosť a robustnosť. Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: