Kako mešati lake z nanopolnili

Za proizvodnjo lakov je potrebna zmogljiva oprema za mešanje, ki lahko ravna z nanodelci in pigmenti, ki morajo biti enakomerno razpršeni v formulaciji. Ultrazvočni homogenizatorji so zelo učinkovita in zanesljiva tehnika razprševanja, ki zagotavlja homogeno porazdelitev nanodelcev v polimere.

Proizvodnja lakov z visoko zmogljivimi ultrazvočnimi mešalniki

Lak je opisan kot prozorna prozorna trda zaščitna prevleka ali film, ki je formuliran iz smol (npr. akril, poliuretan, alkid, šelak), sušilnega olja, sušilnika kovin in hlapnih topil (npr. nafte, mineralnega špirita ali razredčila). Ko se lak posuši, topilo, ki ga vsebuje, izhlapi, preostale sestavine pa oksidirajo ali polimerizirajo, da tvorijo trpežen prozoren film. Laki se večinoma uporabljajo kot zaščitni premazi za lesene površine, slike in različne dekorativne predmete, medtem ko se UV utrjevalni laki uporabljajo v avtomobilskih premazih, kozmetiki, hrani, znanosti in drugih panogah.

Ultrazvočna disperzija nano-silicijevega dioksida v laku

Pogost primer ultrazvočne disperzije je vključitev koloidnih silicijevih dioksidov, ki se običajno dodajajo za dajanje lakom tiksotropnih lastnosti.
Na primer, polieterimidni lak, polnjen z nano-silicijem, kaže podaljšano življenjsko dobo do tridesetkrat daljšo od standardnega. Nano-silicijev dioksid izboljšuje lastnosti laka kot njegovo električno prevodnost, enosmerne in izmenične dielektrične trdnosti ter trdnost vezi. Ultrazvočni razpršilniki se zato pogosto uporabljajo za izdelavo električno prevodnih premazov.
Drugi silikatni minerali, vollastonit, smukec, sljuda, kaolin, glinenec in nefelinski sijenit so poceni polnila in se pogosto uporabljajo kot tako imenovani podaljški pigmenti, ki se dodajajo za spreminjanje reologije (viskoznosti), stabilnosti sedimentacije in trdnosti filma v premazih.

Raziskave so dokazale superiornost ultrazvočnih naprav za disperzijo nanopolnila

Monteiro et al. (2014) so primerjali običajne disperzijske tehnologije – in sicer mešalnik rotor-stator, Cowlesov rotor in ultrazvočni razpršilnik tipa sonde – glede njihove učinkovitosti pri razprševanju titanovega dioksida (TiO2, anataza). Ultrasonication se je izkazal za najučinkovitejši za razpršitev nanodelcev v vodi z uporabo običajnega polielektrolita Na-PAA in se je odlikoval z mešanjem z rotor-statorjem ali Cowlesovim rotorjem.
Podrobnosti študije: Primerjali so različne disperzijske tehnike, da bi ugotovili najučinkovitejše pri ustvarjanju dobro deaglomerirane vodne suspenzije nano-TiO2. Kot referenčni dispergator je bila uporabljena natrijeva sol poliakrilne kisline (Na-PAA), ki se običajno uporablja v industriji za vodne disperzije TiO2. Slika 1 prikazuje porazdelitev velikosti delcev volumna (PSD), dobljeno z uporabo Cowlesovega dispergatorja (30 min pri 2000 vrt / min), mešalnika rotor-stator (30 min pri 14000 vrt / min) in ultrazvočne razdvojitve tipa sonde (Hielscher UIP1000hdT, 2 min pri 50% amplitudi). “Z uporabo Cowlesovega dispergatorja so bile velikosti delcev v treh različnih razponih: 40–100 nm, 350–1000 nm in 1200–4000 nm. Večji aglomerati očitno prevladujejo v porazdelitvi, kar kaže, da je ta tehnika neučinkovita. Rotor-stator je prav tako zagotovil nezadovoljive rezultate, neodvisno od nanodelcev, ki so bili dodani naenkrat ali postopoma v času mešanja. Glavna razlika, ki jo opazimo v Cowlesovem rezultatu, je povezana s premikom srednjega vrha na višjo velikost delcev, ki se delno združuje z skrajnim desnim vrhom. Po drugi strani pa je uporaba ultrazvokov prinesla veliko boljši rezultat, z ozkim vrhom s središčem na 0,1 nm in dvema veliko manjšima v območju 150–280 nm in 380–800 nm.”

Porazdelitve velikosti delcev nano-TiO2 vodnih disperzij (10 mgmL-1, pH = 9), pripravljenih z različnimi disperzijskimi tehnikami. Ultrasonication daje najmanjše nanodelce TiO2 in najožje krivulje zmanjšanja velikosti delcev. Pri uporabi dispergatorja (Na-PAA) je bilo razmerje med nano-TiO2 1: 1.
(študija in grafika: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 sušen z razprševanjem pred in po ultrazvočnem rezkanju

Ta rezultat se ujema z delom Sato et al. (2008), ki poroča o boljših rezultatih z ultrazvokom kot z drugimi tehnikami za razprševanje nanovelikih delcev TiO2 v vodi. Udarni valovi, ki jih ustvarja akustična / ultrazvočna kavitacija, vodijo do zelo intenzivnih trkov med delci in učinkovitega mletja delcev in deaglomeracije do enakomernih nano-delcev.
(prim. Monteiro et al., 2014)

Visoko zmogljivi ultrazvočni homogenizatorji za proizvodnjo lakov

Kadar se nanodelci in nanopolnila uporabljajo v industrijskih proizvodnih procesih, kot je proizvodnja lakov in premazov, je treba suhi prah homogeno zmešati v tekočo fazo. Disperzija nanodelcev zahteva zanesljivo in učinkovito tehniko mešanja, ki uporablja dovolj energije za razbijanje aglomeratov, da se sprostijo lastnosti nanodelcev. Ultrasonicatorji so dobro znani kot močni in zanesljivi dispergatorji, zato se uporabljajo za homogeno deaglomeracijo in distribucijo različnih materialov, kot so silicijev dioksid, nanocevke, grafen, minerali in številni drugi materiali v tekočo fazo, kot so smole, epoksidi in pigmentne matične serije. Hielscher Ultrasonics načrtuje, proizvaja in distribuira visoko zmogljive ultrazvočne razpršilnike za vse vrste homogenizacije in deaglomeracije.
Ko gre za proizvodnjo nano-disperzij, je natančen nadzor ultrazvočne obdelave in zanesljiva ultrazvočna obdelava suspenzije nanodelcev bistvenega pomena za pridobitev visoko zmogljivih 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. S tem lahko parametre prilagodite optimiziranim pogojem, kar posledično vodi do visokokakovostne nano-disperzije, kot so nanosilicijeve ali nano-TiO2 suspenzije.

Za poljubno prostornino / zmogljivost: Hielscher ponuja ultrazvočne aparate in širok nabor dodatne opreme. To omogoča konfiguracijo idealnega ultrazvočnega sistema za vašo aplikacijo in proizvodne zmogljivosti. Od majhnih vial, ki vsebujejo nekaj mililitrov, do velikih volumnov tokov tisoč litrov na uro, Hielscher ponuja primerno ultrazvočno rešitev za vaš proces.
Visoke viskoznosti: Ultrazvočni inline sistemi zlahka obdelujejo pastozne formulacije, npr. pigmentne matične serije, kjer se pigment enakomerno meša pri visoki obremenitvi delcev v mešanici mehčalca, monomera in polimera.
Robustnosti: Naši ultrazvočni sistemi so robustni in zanesljivi. Vsi Hielscher ultrazvočni aparati so izdelani za delovanje 24/7/365 in zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
Prijaznost do uporabnika: Izdelana programska oprema naših ultrazvočnih naprav omogoča predizbiro in shranjevanje nastavitev ultrazvočnih naprav za preprosto in zanesljivo ultrazvočno razbijanje Intuitivni meni je enostavno dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik. Daljinsko upravljanje brskalnika vam omogoča upravljanje in spremljanje prek katerega koli internetnega brskalnika. Samodejno snemanje podatkov shrani procesne parametre vsake ultrazvočne vožnje na vgrajeno kartico SD.
Odlična energetska učinkovitost: V primerjavi z alternativnimi disperzijskimi tehnologijami se Hielscher ultrazvočni aparati odlikujejo z izjemno energetsko učinkovitostjo in vrhunskimi rezultati pri porazdelitvi velikosti delcev.
Visoka kakovost & Robustnosti: Hielscher ultrazvočni aparati so priznani po svoji kakovosti, zanesljivosti in robustnosti. Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: