Kako mešati lake z nanopolnili

Proizvodnja lakov zahteva zmogljivo mešalno opremo, ki lahko obdeluje nanodelce in pigmente, ki morajo biti enakomerno dispergirani v formulaciji. Ultrazvočni homogenizatorji so zelo učinkovita in zanesljiva tehnologija dispergiranja, ki zagotavlja homogeno porazdelitev nanodelcev v polimerih.

Proizvodnja lakov z visokozmogljivimi ultrazvočnimi mešalniki

Lak je opredeljen kot bister, prozoren, trd zaščitni premaz ali film, pripravljen iz smol (npr. akrilnih, poliuretanskih, alkidnih, šelaka), sušečega se olja, kovinskega sikativa in hlapnih topil (npr. primarnega bencina, mineralnega špirita ali razredčila). Ko se lak suši, topilo v njem izhlapi, preostale sestavine pa oksidirajo ali polimerizirajo in tvorijo obstojen prozoren film. Laki se večinoma uporabljajo kot zaščitni premazi za lesene površine, slike in različne okrasne predmete, medtem ko se laki, ki se utrjujejo z UV-svetlobo, uporabljajo v avtomobilskih premazih, kozmetiki, živilstvu, znanosti in drugih panogah.

Ultrazvočno dispergiranje nanosilicijevega dioksida v laku

Pogost primer ultrazvočnega dispergiranja je vmešavanje koloidnega silicijevega dioksida, ki se običajno dodaja, da laki pridobijo tiksotropne lastnosti.
Polieterimidni lak, polnjen z nanosilicijevim dioksidom, ima na primer do tridesetkrat daljšo življenjsko dobo kot standardni lak. Nanosilicijev dioksid izboljša lastnosti laka, kot so njegova električna prevodnost, dielektrična trdnost pri enosmerni in izmenični napetosti ter trdnost vezave. Ultrazvočni dispergatorji se zato pogosto uporabljajo za proizvodnjo električno prevodnih premazov.
Drugi silikatni minerali, volastonit, lojevec, sljuda, kaolin, glinenec in nefelinski sienit, so poceni polnila, ki se pogosto uporabljajo kot tako imenovani raztezni pigmenti, dodani za spreminjanje reologije (viskoznosti), sedimentacijske stabilnosti in trdnosti filma v premazih.

Z raziskavami dokazana premoč ultrazvočnih naprav pri dispergiranju nanopolnil

Monteiro in sod. (2014) so primerjali običajne tehnologije dispergiranja – in sicer rotorsko-statorski mešalnik, mešalo Cowles in ultrazvočni dispergator s sondo – glede njihove učinkovitosti pri dispergiranju titanovega dioksida (TiO2, anataz). Sonikacija se je izkazala za najučinkovitejšo pri dispergiranju nanodelcev v vodi z uporabo običajnega polielektrolita Na-PAA in je bistveno presegla mešanje z rotorsko-statorskim mešalnikom ali mešalom Cowles.
Podrobnosti raziskave: Primerjali so različne tehnike dispergiranja, da bi ugotovili, katera je najučinkovitejša za pripravo dobro deaglomerirane vodne suspenzije nano-TiO2. Kot referenčni dispergator so uporabili natrijevo sol poliakrilne kisline (Na-PAA), ki se v industriji običajno uporablja za vodne disperzije TiO2. Slika 1 prikazuje dobljene prostorninske porazdelitve velikosti delcev (PSD) pri uporabi dispergatorja Cowles (30 min pri 2000 rpm), rotorsko-statorskega mešalnika (30 min pri 14.000 rpm) in sonikacije s sondo (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri 50% amplitudi). “Pri uporabi dispergatorja Cowles so bile velikosti delcev v treh različnih območjih: 40–100 nm, 350–1000 nm in 1200–4000 nm. V porazdelitvi jasno prevladujejo večji aglomerati, kar kaže, da je ta tehnika neučinkovita. Tudi rotorsko-statorski mešalnik je dal nezadovoljive rezultate, ne glede na to, ali so bili nanodelci dodani naenkrat ali postopoma med mešanjem. Glavna razlika, opažena pri rezultatu dispergatorja Cowles, je povezana s premikom srednjega vrha proti večji velikosti delcev, pri čemer se delno združi s skrajno desnim vrhom. Po drugi strani je uporaba ultrazvoka dala precej boljši rezultat, z ozkim vrhom s središčem pri 0,1 nm in dvema precej manjšima vrhovoma v območjih 150–280 nm in 380–800 nm.”

Porazdelitve velikosti delcev v vodnih disperzijah nano-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9), pripravljenih z različnimi tehnikami dispergiranja. Sonikacija daje najmanjše nanodelce TiO2 in najožje krivulje zmanjševanja velikosti delcev. Pri uporabi dispergatorja (Na-PAA) je bilo razmerje do nano-TiO2 1:1.
(raziskava in grafični prikaz: © Monteiro in sod., 2014)

Z razprševanjem posušen TiO2 pred ultrazvočnim mletjem in po njem

Ta rezultat se ujema z delom Sata in sod. (2008), ki poročajo o boljših rezultatih pri sonikaciji kot pri drugih tehnikah dispergiranja nanometrskih delcev TiO2 v vodi. Udarni valovi, ki nastanejo zaradi akustične / ultrazvočne kavitacije, povzročajo zelo intenzivne trke med delci ter učinkovito mletje in deaglomeracijo delcev v enotne nanometrske fragmente.
(prim. Monteiro in sod., 2014)

Visokozmogljivi ultrazvočni homogenizatorji za proizvodnjo lakov

Kadar se nanodelci in nanopolnila uporabljajo v industrijskih proizvodnih procesih, kot je proizvodnja lakov in premazov, je treba suh prah homogeno vmešati v tekočo fazo. Dispergiranje nanodelcev zahteva zanesljivo in učinkovito tehniko mešanja, ki dovaja dovolj energije za razbijanje aglomeratov, da se lahko izrazijo lastnosti nanometrskih delcev. Ultrazvočne naprave so dobro znane kot zmogljivi in zanesljivi dispergatorji, zato se uporabljajo za deaglomeracijo in homogeno porazdelitev različnih materialov, kot so silicijev dioksid, nanocevke, grafen, minerali in številni drugi materiali, v tekoči fazi, kot so smole, epoksidne smole in pigmentni koncentrati. Hielscher Ultrasonics načrtuje, izdeluje in dobavlja visokozmogljive ultrazvočne dispergatorje za vse vrste uporabe pri homogenizaciji in deaglomeraciji.
Pri proizvodnji nanodisperzij sta natančen nadzor sonikacije in zanesljiva ultrazvočna obdelava suspenzije nanodelcev bistvena za pridobivanje visokozmogljivih izdelkov. Procesorji Hielscher Ultrasonics vam omogočajo popoln nadzor nad vsemi pomembnimi parametri obdelave, kot so vnos energije, ultrazvočna intenzivnost, amplituda, tlak, temperatura in zadrževalni čas. Tako lahko parametre prilagodite optimiziranim pogojem, kar posledično vodi do visokokakovostnih nanodisperzij, kot so suspenzije nanosilicijevega dioksida ali nano-TiO2.

Za katero koli prostornino / zmogljivost: Hielscher ponuja ultrazvočne naprave in širok nabor dodatne opreme. To omogoča konfiguracijo idealnega ultrazvočnega sistema za vašo uporabo in proizvodno zmogljivost. Od majhnih vial z nekaj mililitri do tokov velikih prostornin s tisoči galon na uro Hielscher ponuja ustrezno ultrazvočno rešitev za vaš proces.
Visoke viskoznosti: Ultrazvočni pretočni sistemi zlahka obdelujejo pastozne formulacije, npr. pigmentne koncentrate, pri katerih se pigment pri visoki vsebnosti delcev enakomerno vmeša v zmes mehčala, monomera in polimera.
Robustnost: Naši ultrazvočni sistemi so robustni in zanesljivi. Vse ultrazvočne naprave Hielscher so izdelane za delovanje 24/7/365 in zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
Prijaznost do uporabnika: Izpopolnjena programska oprema naših ultrazvočnih naprav omogoča predhodno izbiro in shranjevanje nastavitev sonikacije za preprosto in zanesljivo sonikacijo. Intuitivni meni je zlahka dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik. Daljinsko upravljanje prek brskalnika omogoča upravljanje in spremljanje prek katerega koli spletnega brskalnika. Samodejno beleženje podatkov shrani procesne parametre vsake izvedbe sonikacije na vgrajeno kartico SD.
Odlična energijska učinkovitost: V primerjavi z alternativnimi tehnologijami dispergiranja ultrazvočne naprave Hielscher izstopajo z izjemno energijsko učinkovitostjo in boljšimi rezultati glede porazdelitve velikosti delcev.
Visoka kakovost in robustnost: Ultrazvočne naprave Hielscher so priznane zaradi svoje kakovosti, zanesljivosti in robustnosti. Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in poseben poudarek namenja visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne z zahtevami CE ter izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav: