Ultrazvok v formulaciji premazov

Različne sestavine, kot so pigmenti, polnila, kemični dodatki, navzkrižni povezovalci in modifikatorji reologije, gredo v formulacije premazov in barv. Ultrazvok je učinkovito sredstvo za disperzijo in emulgiranje, deaglomeracijo in mletje takšnih komponent v premazih.

Ultrazvok se uporablja pri formulaciji premazov za:

• emulgiranje polimerov v vodnih sistemih
• dispergiranje in fino mletje pigmentov
• zmanjšanje velikosti nanomaterialov v visokozmogljivih premazih

Premazi spadajo v dve široki kategoriji: smole in premazi na vodni osnovi in na osnovi topil. Vsaka vrsta ima svoje izzive. Navodila, ki zahtevajo zmanjšanje HOS, in visoke cene topil spodbujajo rast tehnologij premazovanja na vodni osnovi. Uporaba ultrazvoka lahko poveča učinkovitost takšnih okolju prijaznih sistemov.

Izboljšana formulacija premaza zaradi ultrazvoka

Ultrazvok lahko pomaga formulatorjem arhitekturnih, industrijskih, avtomobilskih in lesenih premazov za izboljšanje lastnosti premaza, kot so barvna trdnost, praske, razpoke in UV odpornost ali električna prevodnost. Nekatere od teh lastnosti premazov se dosežejo z vključitvijo nano-velikih materialov, npr. kovinskih oksidov (TiO₂, silicijev dioksid, cerij, ZnO, …).

Ultrazvok še dodatno pomaga pri penjenju (ujeti mehurčki) in razplinjevanju (raztopljeni plin) zelo viskoznih produktov. Preberite več o ultrazvočnem odzračevanju in razplinjevanju tekočin!

Ker se tehnologija ultrazvočne disperzije lahko uporablja na ravni laboratorijske, klopne in industrijske proizvodnje, kar omogoča hitrost prepustnosti nad 10 ton / uro, se uporablja v R&D in v komercialni produkciji. Rezultate procesov je mogoče enostavno in linearno povečati.

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

Po spodnjih povezavah si lahko preberete več o uporabi visoko zmogljivega ultrazvoka za

• emulgiranje polimerov v vodnih sistemih,
• dispergiranje in fino mletje pigmentov,
• in zmanjšanje velikosti nanomaterialov.

Emulzijska polimerizacija z uporabo ultrazvočnega razbijanja

Tradicionalne premazne formulacije uporabljajo osnovno polimerno kemijo. Prehod na tehnologijo premazov na vodni osnovi vpliva na izbiro surovin, lastnosti in metodologije oblikovanja.

Pri običajni emulzijski polimerizaciji, npr. pri premazih na vodni osnovi, so delci zgrajeni od središča do njihove površine. Kinetični dejavniki vplivajo na homogenost in morfologijo delcev.

Ultrazvočna obdelava se lahko uporablja na dva načina, da se ustvarijo polimerne emulzije.

• od zgoraj navzdol: Emulgiranje/Razpršitvijo večjih polimernih delcev za ustvarjanje manjših delcev z zmanjšanjem velikosti
• od spodaj navzgor: Uporaba ultrazvoka pred ali med polimerizacijo delcev

 

 

Nanodelčni polimeri v miniemulzijah

Polimerizacija delcev v miniemulzijah omogoča proizvodnjo dispergiranih polimernih delcev z dobrim nadzorom nad velikostjo delcev. Sinteza nanodelcev polimernih delcev v miniemulzijah (znanih tudi kot nanoreaktorji), kot jo je predstavil K. Landfester (2001), je odlična metoda za tvorbo polimernih nanodelcev. Ta pristop uporablja veliko število majhnih nanokompartmentov (disperzna faza) v emulziji kot nanoreaktorji. V njih se delci sintetizirajo na zelo vzporeden način v posameznih, zaprtih kapljicah. V svojem članku Landfester (2001) predstavlja polimerizacijo v nanoreaktorjih v visoki popolnosti za ustvarjanje zelo identičnih delcev skoraj enake velikosti. Zgornja slika prikazuje delce, dobljene z ultrazvočno podprto poliadicijo v miniemulzijah.

Majhne kapljice, ki nastanejo z uporabo visoke strižnosti (ultrazvočno) in stabilizirane s stabilizacijskimi sredstvi (emulgatorji), se lahko strdijo z naknadno polimerizacijo ali z znižanjem temperature v primeru materialov z nizko temperaturo. Ker lahko ultrasonication proizvede zelo majhne kapljice skoraj enakomerne velikosti v seriji in proizvodnem procesu, omogoča dober nadzor nad končno velikostjo delcev. Za polimerizacijo nanodelcev se lahko hidrofilni monomeri emulgirajo v organsko fazo, hidrofobni monomeri pa v vodi.

Pri zmanjševanju velikosti delcev se hkrati poveča skupna površina delcev. Slika na levi prikazuje korelacijo med velikostjo delcev in površino v primeru sferičnih delcev. Zato se količina površinsko aktivne snovi, potrebna za stabilizacijo emulzije, povečuje skoraj linearno s skupno površino delcev. Vrsta in količina površinsko aktivne snovi vplivata na velikost kapljic. Kapljice od 30 do 200 nm lahko dobimo z uporabo anionskih ali kationskih površinsko aktivnih snovi.

Pigmenti v premazih

Organski in anorganski pigmenti so pomembna sestavina premaznih formulacij. Da bi povečali učinkovitost pigmenta, je potreben dober nadzor nad velikostjo delcev. Pri dodajanju pigmentnega prahu vodnim, topilnim ali epoksidnim sistemom posamezni pigmentni delci tvorijo velike aglomerate. Mehanizmi z visokim striženjem, kot so mešalniki rotor-statorji ali mešalni mlini, se običajno uporabljajo za razbijanje takšnih aglomeratov in mletje posameznih delcev pigmenta. Ultrasonication je izjemno učinkovita alternativa za ta korak pri izdelavi premazov.

Spodnji grafi prikazujejo vpliv ultrazvočnega razbijanja na velikost pigmenta bisernega sijaja. Ultrazvok zmelje posamezne pigmentne delce s hitrim trkom med delci. Pomembna prednost ultrazvočne razdvojitve je velik vpliv kavitacijskih strižnih sil, zaradi česar je uporaba brusilnih medijev (npr. kroglic, biserov) nepotrebna. Ko delce pospešujejo ekstremno hitri tekočinski curki do 1000 km / h, silovito trčijo in se razbijejo na majhne koščke. Abrazija delcev daje ultrazvočno brušenim delcem gladko površino. Na splošno ultrazvočno rezkanje in disperzija povzročita fino velikost in enakomerno porazdelitev delcev.

 

Ultrazvočno rezkanje in razprševanje pogosto odstopa od hitrih mešalnikov in mlinov za medije, saj ultrazvočno razbijanje zagotavlja bolj dosledno obdelavo vseh delcev. Na splošno ultrasonication proizvaja manjše velikosti delcev in ozko porazdelitev velikosti delcev (krivulje rezkanja pigmentov). To izboljša splošno kakovost pigmentnih disperzij, saj večji delci običajno ovirajo zmogljivost obdelave, sijaj, odpornost in optični videz.

Ker mletje in mletje delcev temelji na trku med delci zaradi ultrazvočne kavitacije, lahko ultrazvočni reaktorji prenesejo precej visoke koncentracije trdnih snovi (npr. Glavne serije) in še vedno proizvajajo dobre učinke zmanjšanja velikosti. Spodnja tabela prikazuje slike mokrega mletja TiO2.

Spodnji graf prikazuje krivulje porazdelitve velikosti delcev za deaglomeracijo titanovega dioksida Degussa anatase z ultrazvokom. Ozka oblika krivulje po ultrazvočni obdelavi je značilna značilnost ultrazvočne obdelave.

Nanovelikosti materialov v visokozmogljivih premazih

Nanotehnologija je nastajajoča tehnologija, ki se širi v številne industrije. Nanomateriali in nanokompoziti se uporabljajo v formulacijah premazov, npr. za povečanje odpornosti proti obrabi in praskam ali UV-stabilnosti. Največji izziv za uporabo v premazih je ohranjanje preglednosti, jasnosti in sijaja. Zato morajo biti nanodelci zelo majhni, da bi se izognili motnjam v vidnem spektru svetlobe. Za številne aplikacije je to bistveno nižje od 100 nm.

Mokro brušenje visoko zmogljivih komponent v nanometrskem območju postane ključni korak pri oblikovanju nanoinženirskih premazov. Vsi delci, ki motijo vidno svetlobo, povzročajo meglico in izgubo preglednosti. Zato so potrebne zelo ozke porazdelitve velikosti. Ultrasonication je zelo učinkovito sredstvo za fino mletje trdnih snovi. Ultrazvočna / akustična kavitacija v tekočinah povzroča trke med delci visoke hitrosti. Za razliko od običajnih mlinov za kroglice in prodnatih mlinov se delci med seboj zdrobijo, zaradi česar so rezalni mediji nepotrebni.

Podjetja, kot so Panadur (Nemčija) uporabljati Hielscherjeve ultrazvočne aparate za razprševanje in deaglomeracijo nanomaterialov v premazih v kalupu. Kliknite tukaj, če želite prebrati več o ultrazvočni disperziji premazov v kalupu!

Za ultrazvočno razbijanje vnetljivih tekočin ali topil v nevarnih okoljih so na voljo procesorji s certifikatom ATEX. Preberite več o ultrazvočnem UIP1000-Exd, ki ga je certificiral Atex!