Ultrazvuk na dispergovanie a brúsenie: Farba & pigmenty

Výkonový ultrazvuk je dobre známy svojimi intenzívnymi a presne kontrolovateľnými mletými a dispergačnými účinkami. Vďaka tomu sú ultrazvukové homogenizátory ideálne na výrobu pigmentových pást a farieb. Priemyselné ultrazvukové prístroje poskytujú vysoko rovnomernú distribúciu veľkosti častíc v rozsahu mikrónov a nanomédií. Spracujte veľké objemové prúdy s vysokou viskozitou pomocou sonikátorov Hielscher, aby ste dosiahli homogénne zmáčanie, dispergovanie, deaglomeráciu a frézovanie!

Výroba farieb pomocou ultrazvuku

Vylepšite svoje farby, farby a nátery pomocou sonikácie:

• Formulácia: Či už ide o vysokú viskozitu, vysoké zaťaženie časticami, na báze vody alebo rozpúšťadiel – s priemyselnými inline ultrazvukmi Hielscher môžete spracovať akúkoľvek formuláciu.
• Mikrónová a nanoveľkosť: Vysoké šmykové sily generované akustickou kavitáciou znižujú častice na nepatrné priemery častíc a poskytujú rovnomerný rozptyl. Prispôsobenie parametrov ultrazvuku vašim požiadavkám na častice a zloženie umožňuje spoľahlivú výrobu pigmentov nanoveľkosti.
• Optické vlastnosti: Na dosiahnutie správnych optických vlastností je potrebné kontrolovať veľkosť častíc pigmentu. Nepriehľadnosť zvyčajne koreluje s veľkosťou častíc: čím jemnejšia je veľkosť častíc, tým väčšia je nepriehľadnosť. Napríklad TiO2 je špecificky spracovaný na veľkosť častíc 0,20 až 0,3 mikrónu, čo je približne ekvivalent polovice vlnovej dĺžky svetla. Ultrazvuk redukuje pigmenty TiO2 na ich optimálnu veľkosť, takže sa dosiahne konečné skrytie.
• Vysokovýkonné častice: Menšie veľkosti častíc majú za následok väčšiu sýtosť farieb, konzistenciu farieb a stabilitu. Intenzívne, ale presne kontrolovateľné ultrazvukové sily umožňujú produkciu modifikovaných a funkcionalizovaných nanočastíc, ako sú potiahnuté častice, SWNT, MWCNT a častice jadra a plášťa. Takéto častice vykazujú jedinečné vlastnosti a povyšujú zloženie farieb alebo náterov na novú úroveň kvality a funkčnosti (napr. odolnosť proti UV žiareniu, odolnosť proti poškriabaniu, pevnosť, priľnavosť, vysoká tepelná odolnosť, infračervená a slnečná odrazivosť).
• Modifikované častice: Povrchovo modifikované pigmenty majú veľmi nízku viskozitu pri vysokom zaťažení pigmentom (2,5 cP pri 10 % pevných látok), vynikajúcu stabilitu suspenzie a vysokú čistotu. Ultrazvukom asistovaná funkcionalizácia častíc uľahčuje syntézu vysokovýkonných pigmentov so špeciálnymi vlastnosťami.

Pigmentové pasty sa melú a dispergujú pomocou ultrazvukovej kavitácie a vysoké šmykové sily vykazujú výrazné zmenšenie veľkosti a rovnomerné rozloženie. Vyššie uvedený graf ukazuje zvyšujúce sa zmenšovanie veľkosti pri zvyšujúcej sa ultrazvukovej energii.

Na výrobu farieb sa zložky, ako sú pigmenty, spojivá/filmotvorné látky, riedidlá/rozpúšťadlá, živice, plnivá a prísady, musia zmiešať do homogénnej formulácie. Pigmenty sú určujúcou zložkou, ktorá dodáva farbe farbu. Najdôležitejším bielym pigmentom je TiO2, ktorý je potrebné vyfrézovať na optimálnu veľkosť častíc s priemerom 0,2 až 0,3 mikrónu, aby sa dosiahol požadovaný stupeň belosti, jasu, nepriehľadnosti a veľmi vysokého indexu lomu. Ultrazvukové šmykové sily poskytujú veľmi účinnú a energeticky efektívnu deaglomeráciu a disperziu častíc TiO2 (pozri obrázok nižšie).

TEM ultrazvukovo dispergovanej suspenzie nanočastíc TiO2 s rôznymi koncentráciami pevných látok. Sonikácia sa vykonávala pomocou Ultrazvuk UIP1000hdT
Vľavo: ultrazvukový energetický vstup 1,8 × 10⁵ J/L – Vpravo: ultrazvukový energetický vstup 5,4 × 10⁵ J/L
(Štúdia a obrázky: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ultrazvukové frézovanie a dispergovanie zvyšuje kvalitu farby zlepšením jeho farebnej pevnosti, hustoty, jemnosti brúsenia, disperzie a reológie.

ultrazvuková dispergácia & Podmienky mletia

Kvalita farieb a náterov závisí od homogénnej disperzie pigmentov. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics dodáva efektívne frézovacie a brúsne zariadenia pre disperziu farieb, najmä pre formulácie s vysokým zaťažením pigmentom. Mechanizmus ultrazvukových dispergátorov na frézovanie, brúsenie, deaglomeráciu a disperzné aplikácie je založený hlavne na princípe šmyku generovaného ultrazvukovou kavitáciou. Kavitačné šmykové sily potrebné na disociáciu častíc sú spôsobené vysokými tlakovými rozdielmi, lokálnymi horúcimi miestami a kvapalnými prúdmi, čo má za následok rozpad častíc zrážkou medzi časticami.
Priemyselné ultrazvukové dispergátory, ako je UIP16000hdT s výkonom 16 000 wattov na ultrazvukovú sondu, majú schopnosť spracovávať veľké objemy farieb a náterov.

Sonikovaná kriedová farba na grindometri demonštruje dokonale rovnomernú deaglomeráciu a distribúciu veľkosti častíc pigmentov

Disperzia nanočastíc

Ultrazvukové mletie a dispergovanie je často jedinou metódou na efektívne spracovanie nanočastíc s cieľom získať primárne častice dispergované v sinlge. Malá veľkosť primárnych častíc má za následok veľkú plochu povrchu a koreluje s vyjadrením jedinečných charakteristík a funkcií častíc. Zároveň je menšia veľkosť častíc spojená s vysokou povrchovou energiou pre silnejšiu agregáciu a reaktivitu, takže na homogénne rozptýlenie nanočastíc do formulácie sú potrebné intenzívne ultrazvukové dispergačné sily.
Okrem toho môže ultrazvuková povrchová úprava modifikovať nano častice, čo vedie k zlepšeniu dispergovateľnosti, disperznej stability, hydrofóbnosti a ďalším vlastnostiam.
Vedci odporučili metódu ultrazvukovej disperzie pre nano častice ako preferované riešenie, “pretože materiál rozptýlený ultrazvukovou metódou je oveľa čistejší ako materiál vyrobený frézovaním guľôčok.” [Kim a kol. 2010].

Ultrazvuková disperzná technika má mnoho výhod v porovnaní s tradičnými technológiami frézovania, ako sú trojvalcové, guľové alebo mediálne mlyny.

Prečítajte si viac o ultrazvukovej homogenizácii a dispergácii pigmentov a farbív pre predzmesi a formulácie farieb!

Caution: Video "duration" is missing

Literatúra / Referencie