Različne komponente, kot so pigmenti, polnila, kemičnih aditivov, zamreževalci in reologije modifikatorji gredo v premaznih in barve formulacij. Ultrazvok je učinkovito sredstvo za disperzijo in emulgiranje, deaglomeracijo in mletjem takšnih komponent v premazih.

Ultrazvok se uporablja pri oblikovanju premazi za:

• emulzifikacija polimerov v vodnih sistemih
• dispergirno in fino mletje pigmentov
• zmanjšanje velikosti nanomaterialov v premazih z visokimi zmogljivostmi

Premazi spadajo v dve široki kategoriji: smole in premazi, ki jih nosi voda, ter smole in premazi na osnovi topil. Vsak tip ima svoje izzive. Navodila za zmanjšanje VOC in visoke cene topila spodbujajo rast tehnologij za premaziranje smole, ki jih nosi voda. Uporaba ultrasonication lahko poveča učinkovitost takšnih okolju prijaznih sistemov.

Izboljšana formulacija premaz zaradi ultrasonication

Ultrazvok lahko pomaga formulatorjem arhitekturnih, industrijskih, avtomobilskih in lesnih premazov za izboljšanje značilnosti premaz, kot so moč barv, praska, razpoka in UV odpornost ali električna prevodnost. Nekatere od teh značilnosti premaza se dosežejo z vključitev materialov nano velikosti, npr.₂, Silicijev Ceria, ZnO, …).

Ultrazvok še dodatno pomaga pri obotapljanju (vtisnjenih mehurčkov) in odpihanju (raztopljeni plin) visoko viskozno izdelkov. Preberite več o ultrazvočni de-aeration in razplinjanje tekočin!

Ker se ultrazvočna disperzirna tehnologija lahko uporablja na ravni laboratorija, na vrhu klopi in industrijski proizvodnji, kar omogoča, da se v R uporablja preko 10 ton/uro&D faza in v komercialni proizvodnji. Rezultati procesa se lahko enostavno in lineano povečejo.

Hielscher ultrazvočne naprave so zelo energetsko učinkovite. Naprave pretvorijo približno 80 do 90% električne vhodne moči v mehansko aktivnost v tekočini. To vodi do bistveno nižjih stroškov obdelave.

Po spodnjih povezavah si lahko preberete več o uporabi ultrazvoka z visokimi zmogljivostmi za

• emulzifikacija polimerov v vodnih sistemih,
• dispergirno in fino mletje pigmentov,
• in Zmanjšanje velikosti nanomaterialov.

Polimerizacija emulzije z uporabo sonication

Tradicionalne premaze formulacije uporabljajo osnovno polimerno kemijo. Sprememba tehnologije premazivanja na vodni osnovi vpliva na izbor surovin, lastnosti in metodologije formulacije.

V konvencionalnih emulzijsko polimerizacijo, npr za vodni premazi, so delci zgrajena iz centra za njihovo površino. Kinetic dejavniki vplivajo homogenost delcev in morfologijo.

Ultrazvočna obdelava lahko uporablja na dva načina ustvarjajo polimerne emulzije.

• Top-dol: emulgiranje/razprševanje večjih polimerni delci za izdelavo manjših delcev po zmanjševanju velikosti
• Od spodaj navzgor: Uporaba ultrazvoka pred polimerizacijo delca ali med

 

 

Nanodelcev Polimeri v Miniemulsions

Polimerizacija delcev v miniemulzijah omogoča izdelavo razpršenih polimernih delcev z dobro kontrolo nad velikostjo delcev. Sinteza nanopartikulatnih polimernih delcev v miniemulzijah (znanih tudi kot nanoreaktorji), kot jo predstavlja K. Landfester (2001), je odlična metoda za nastanek polimernih nanodelcev. Ta pristop uporablja veliko število majhnih nanokompartmentov (faza razprševanja) v emulzijo kot nanoreaktorji. Pri teh se delci sintetizirajo v zelo vzporednem načinu v posameznih, omejenih kapljicah. V njenem papirju Landfester (2001) predstavlja polimerizacijo v nanoreaktorji v visoki popolnosti za generacijo zelo enakih delcev skoraj enotne velikosti. Na zgornji sliki so delci, pridobljeni z ultrazvočno podprto poliadicijo v miniemulzijah.

Majhne kapljice, ki nastanejo z uporabo visoke omembe (ultrasonication) in stabilizirajo s stabilizatorji (emulgacijskimi snovmi), se lahko otežijo s postopnim polimerizacijo ali s temperaturnim zmanjšanjem v primeru nizkotemperaturnih talilnih materialov. Ker ultrasonication lahko proizvajajo zelo majhne kapljice skoraj enotne velikosti v paketnem in proizvodnem procesu, omogoča dober nadzor nad končno velikostjo delcev. Za polimerizacijo nanodelcev se hidrofilni monomerji lahko emulgirajo v organsko fazo, hidrofobni monomerji pa v vodi.

Pri zmanjšanju velikosti delcev se skupna površina delcev hkrati poveča. Slika levo prikazuje korelacijo med velikostjo delcev in površino v primeru sferičnih delcev. Zato se količina površinsko aktivnih snovi, ki je potrebna za stabilizacijo emulzije, poveča skoraj linearsko s skupno površino delca. Vrsta in količina površinsko aktivnih snovi vpliva na velikost kapljice. Kapljice od 30 do 200nm lahko dobite z uporabo anionskih ali kcationičnih površinsko aktivnih snovi.

Pigmenti v Coatings

Organski in anorganski pigmenti so pomembna sestavina formulacij za premaz. Za čim večjo učinkovitost pigmenta je potrebna dobra kontrola velikosti delcev. Pri dodajanju pigmentnega prahu v vodne, topila ali epoksi sisteme, posamezni pigmentni delci so na te načine oblikovani veliki strdki. Visoko ščipni mehanizmi, kot so mešalniki rotor-stator ali mlini za agitatorske žarnice, se običajno uporabljajo za razbitje takšnih strdkov in za mletje posameznih pigmentnih delcev. Ultrasonication v izjemno učinkoviti alternativi za ta korak pri izdelavi premaz.

Spodnji grafi kažejo vpliv sonikacije na velikost pigmenta bisernega lusterja. Ultrazvok zmlet posameznih pigmentnih delcev z visoko hitrostjo trk med delci. Izstopajočo prednost ultrasonikacije je visok vpliv kavitacialnih omejevalnih sil, zaradi česar je uporaba brusilnih medijev (npr. perlice, biseri) nepotrebna. Ker delce pospešeno pospešuje izredno hitro tekoče mletje do 1000km/h, trči nasilno in raztresen na majhne koščke. Odrgnine delcev daje ultrazvočno mletim delci gladko površino. Na splošno ultrazvočno rezkanje in disperzija ima za rezultat fino velikost in enotno porazdelitev delcev.

 

Ultrazvočno rezkanje in razpršitve pogosto excels high speed mešalniki in medijski mlini kot sonication zagotavlja bolj dosledno obdelavo vseh delcev. Na splošno ultrasonication proizvaja manjše velikosti delcev in ozko porazdelitev velikosti delcev (pigment rezkanje krivuljah). S tem se izboljšuje splošna kakovost pigmentnih disperzija, saj večji delci običajno ovirajo sposobnost obdelave, sijaj, odpornost in optični videz.

Ker rezkanje in brušenje delcev temelji na trčevanju med delci kot posledica ultrazvočne kavitacije, lahko ultrazvočni reaktorji obvladajo dokaj visoke trdne koncentracije (npr. glavne serije) in še vedno proizvajajo dobre učinke zmanjšanja velikosti. V spodnji tabeli so prikazane slike zmočnega rezkanja tiO2.

Spodnja parcela prikazuje krivuljami porazdelitve velikosti delcev za deaglomeracijo Degussa anatase titanovega dioksida z ultrasonikacijo. Ozka oblika krivulja po sonication je tipična značilnost ultrazvočne obdelave.

Nanosize materiali v prevlekah z visoko kakovostjo

Nanotehnologija je nastajajoča tehnologija, ki svojo pot v številne panoge. Nanomateriali in nanokompoziti se uporabljajo v premaznih formulacijah, na primer za izboljšanje odrgnin in odpornosti proti praskam ali UV-stabilnosti. Največji izziv za uporabo v premazih je ohranjanje preglednosti, jasnosti in sijaja. Zato so nanodelci zelo majhni, da ne bi posegali v vidni spekter svetlobe. Za mnoge aplikacije, to je bistveno nižja od 100nm.

Vlaženo brušenje visokozmoglivnih komponent do nanometrskega območja postane ključni korak pri oblikovanju nanoinžinjenih premaz. Vsi delci, ki motijo vidno svetlobo, povzročajo meglo in izgubo v preglednosti. Zato so potrebne zelo ozke porazdelitve velikosti. Ultrasonication je zelo učinkovito sredstvo za fino rezkanje trdnih snovi. Ultrazvočna / akustična kavitacija v tekočinah povzroča trke med delci visoke hitrosti. Če se razlikujemo od običajnih mlinov in prodnih mlinov, se delci sami med seboj obsežejo, zaradi tega pa so mletni mediji nepotrebni.

Podjetja, kot so Panadur (Nemčija) uporabite Hielscher ultrasonicators za razpršitev in deaglomeracijo nanomaterialov v premazi v kalije. Kliknite tukaj, če želite prebrati več o ultrazvočni disperzijo premaz v kavli!

Za sonikacijo vnetljivih tekočin ali topil v nevarnih okoljih so na voljo procesorji, certificirani s certifikatom ATEX. Preberite več o Atex certificiran ultrasonicator UIP1000-Exd!