Ultrazvok za razprševanje in brušenje: barva & Pigmenti

Močni ultrazvok je dobro znan po svojih intenzivnih in natančno nadzorovanih učinkih rezkanja in razprševanja. Zaradi tega so ultrazvočni homogenizatorji idealni za proizvodnjo pigmentne paste in barvnih formulacij. Industrijski ultrazvočni aparati zagotavljajo zelo enakomerno porazdelitev velikosti delcev v mikronskem in nano-območju. Obdelajte velike volumne tokov z visoko viskoznostjo s Hielscher sonicatorji, da dosežete homogeno vlaženje, disperzijo, deaglomeracijo in mletje!

Izdelava barv z ultrazvokom

Izboljšajte svoje barve, barve in premaze z ultrazvočnim razbijanjem:

• Formulacija: Ne glede na to, ali gre za visoko viskoznost, visoke obremenitve z delci, na vodni osnovi ali na osnovi topil – s Hielscher industrijskimi inline ultrazvočnimi aparati lahko obdelate katero koli formulacijo.
• Mikronska in nano-velikost: Visoke strižne sile, ki jih ustvarja akustična kavitacija, zmanjšajo delce na majhen premer delcev in zagotovijo enakomerno disperzijo. Prilagajanje parametrov ultrazvočne obdelave vašim zahtevam glede delcev in formulacije omogoča zanesljivo proizvodnjo pigmentov nanovelikosti.
• Optične lastnosti: Za doseganje pravilnih optičnih lastnosti je treba nadzorovati velikost delcev pigmenta. Običajno motnost korelira z velikostjo delcev: manjša kot je velikost delcev, večja je motnost. Na primer, TiO2 se posebej predela na velikost delcev od 0,20 do 0,3 mikrona, kar je približno enakovredno polovici valovne dolžine svetlobe. Ultrasonication zmanjša pigmente TiO2 na njihovo optimalno velikost, tako da se doseže končno skrivanje.
• Visoko zmogljivi delci: Manjše velikosti delcev imajo za posledico večjo nasičenost barv, konsistenco barv in stabilnost. Intenzivne, a natančno nadzorovane ultrazvočne sile omogočajo proizvodnjo modificiranih in funkcionaliziranih nanodelcev, kot so prevlečeni delci, SWNT, MWCNT in delci jedra. Takšni delci kažejo edinstvene lastnosti in dvignejo formulacije barv ali premazov na novo raven kakovosti in funkcionalnosti (npr. odpornost proti UV žarkom, odpornost proti praskam, trdnost, lepljivost, visoka toplotna odpornost, infrardeča in sončna odbojnost).
• Modificirani delci: Površinsko modificirani pigmenti imajo zelo nizko viskoznost pri visokih obremenitvah s pigmentom (2,5 cP pri 10% trdnih snovi), vrhunsko stabilnost suspenzije in visoko čistost. Ultrazvočno podprta funkcionalizacija delcev omogoča enostavno sintezo visoko zmogljivih pigmentov s posebnimi lastnostmi.

Pigmentne paste se zmeljejo in razpršijo z ultrazvočno kavitacijo, visoke strižne sile pa kažejo znatno zmanjšanje velikosti in enakomerno porazdelitev. Zgornji graf prikazuje naraščajoče zmanjšanje velikosti pri povečanju ultrazvočne energije.

Za proizvodnjo barv je treba sestavine, kot so pigmenti, veziva/tvorniki filma, razredčila/topila, smole, polnila in dodatki, zmešati v homogeno formulacijo. Pigmenti so odločilna sestavina, ki daje barvi barvo. Najpomembnejši beli pigment je TiO2, ki ga je treba zmleti do optimalne velikosti delcev med 0,2 in 0,3 mikrona v premeru, da se pokaže želena stopnja beline, svetlosti, motnosti in zelo visokega lomnega količnika. Ultrazvočne strižne sile zagotavljajo zelo učinkovito in energetsko učinkovito deaglomeracijo in disperzijo delcev TiO2 (glej sliko spodaj).

TEM ultrazvočno razpršene suspenzije nanodelcev TiO2 z različnimi koncentracijami trdnih snovi. Sonication je bil izveden z uporabo Ultrazvočni aparat UIP1000hdTLevo: ultrazvočni vnos energije 1,8 × 10⁵ J/L – Desno: ultrazvočni vnos energije 5,4 × 10⁵ J/L(Študija in slike: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ultrazvočno rezkanje in razprševanje izboljša kakovost barve z izboljšanjem barvne trdnosti, gostote, finosti brušenja, disperzije in reologije.

ultrazvočno razprševanje & Pogoji mletja

Kakovost barv in premazov je odvisna od homogene disperzije pigmentov. Hielscher Ultrasonics dobavlja učinkovito opremo za rezkanje in brušenje za disperzijo barve, zlasti za formulacije z visokimi pigmentnimi obremenitvami. Mehanizem ultrazvočnih dispergatorjev za rezkanje, brušenje, deaglomeracijo in disperzijo temelji predvsem na strižnem principu, ki ga ustvarja ultrazvočna kavitacija. Kavitacijske strižne sile, potrebne za disociacijo delcev, proizvajajo visoke tlačne razlike, lokalne vroče točke in tekoči curki, kar povzroči razpad delcev z trkom med delci.
Industrijski ultrazvočni razpršilci, kot je UIP16000hdT s 16.000 vati na ultrazvočno sondo, imajo zmogljivost obdelave velikih količin tokov barv in premazov.

Sonikirana barva krede na grindometru prikazuje popolnoma enakomerno deaglomeracijo in porazdelitev velikosti delcev pigmentov

Disperzija nanodelcev

Ultrazvočno brušenje in razprševanje je pogosto edina metoda za učinkovito obdelavo nanodelcev, da bi dobili primarne delce, razpršene v sinlge. Majhna velikost primarnih delcev ima za posledico veliko površino in je povezana z izražanjem edinstvenih lastnosti in funkcionalnosti delcev. Hkrati je manjša velikost delcev povezana z visoko površinsko energijo za hujšo agregacijo in reaktivnost, tako da so intenzivne ultrazvočne disperzijske sile potrebne za homogeno razpršitev nano delcev v formulacijo.
Poleg tega lahko ultrazvočna površinska obdelava spremeni nano delce, kar vodi do izboljšane disperznosti, disperzijske stabilnosti, hidrofobnosti in drugih značilnosti.
Raziskovalci so priporočili metodo ultrazvočne disperzije za nano delce kot prednostno raztopino, “Ker je material, razpršen z ultrazvočno metodo, veliko čistejši od tistega, ki ga proizvaja rezkanje kroglic.” [Kim et al. 2010].

Tehnika ultrazvočne disperzije ima številne prednosti v primerjavi s tradicionalnimi tehnologijami rezkanja, kot so trivaljni, kroglični ali medijski mlini.

Preberite več o ultrazvočni homogenizaciji in razprševanju pigmentov in barvil za masterbathe in formulacije barv!

Literatura? Reference