Razne komponente, kao što su pigmenti, fileri, hemijski dodaci, klizači i Reumatološke modifikatore idu u formulacije sa prelivom i bojama. Ultrazvuk je efikasan način za disperzaciju i emulsovanje, deagglomeration i glodalice takvih komponenti.

Ultrazvuk se koristi u formulaciji premazi za:

• emulsacija polimera u sistemima
• raspršivanje i fino glodalice
• smanjenje veličine nanomaterijala u premazima visokih performansi

Premazi spadaju u dve široke kategorije: smole i preslamači na bazi vode i premazi. Svaki tip ima svoje izazove. Uputstva kojima se poziva na smanjenje VOC-a i visoke cene rastvaranja stimulišu rast tehnologija premaza smolom na vodi. Upotreba ultrazvučnosti može poboljšati performanse takvih ekoloških sistema.

Poboljšana formulacija premaza zbog ultrazvučnosti

Ultrazvuk može pomoći formulatorima arhitektonskih, industrijskih, automobilskih i drvenih premaza da poboljšaju karakteristike premaza, kao što su jačina boje, ogrebotina, krek i otpornost na UV zračenje ili električna provodljivost. Neke od ovih karakteristika premaza postižu se uključivanjem materijala nano veličine, npr. metalnih oksida (TIO₂, Silica, Cerija, ZnO, …).

Ultrazvuk dodatno pomaže u defoamiranju (ugušenim mehurićima) i degaziranju (rastvorenog gasa) visoko viskoznih proizvoda. Pročitaj više o Ultrazvučna deestracija i degazacija tečnosti!

Kako se tehnologija ultrazvučnog raspršivanja može koristiti na laboratorijskom, vrhunskom i industrijskom nivou proizvodnje, omogućavajući protok preko 10 tona/sat vremena primenjuje se u R&D bina i u komercijalnoj produkciji. Rezultati procesa se mogu lako povećati i linearno.

Hielscher ultrazvučni uređaji su veoma energetski efikasni. Uređaji pretvaraju oko 80 do 90% električnog ulaznog napajanja u mehaničku aktivnost u tečnosti. To dovodi do znatno nižih troškova obrade.

Prateći dole navedene linkove, možete pročitati više o upotrebi ultrazvuka visokih performansi za

• emulsacija polimera u sistemima,
• raspršivanje i fino glodalice,
• и smanjenje veličine nanomaterijala.

Emulsiona polimerizacija pomoću sonication

Tradicionalne formulacije premaza koriste osnovnu polimersku hemiju. Promena tehnologije premaza na bazi vode ima uticaj na izbor sirovina, svojstava i metodologije formulacije.

U konvencionalnom emulzizaciji polimerizacije, na primer za vodene premije, čestice se grade iz centra na površinu. Kinetski faktori utiču na homogenost i morfologije čestica.

Ultrasoničan proces se može koristiti na dva načina generiranja emulzije polimera.

• Odozgo nadole: Емулгирање/Дисперсинг većih čestica polimera za generisanje manjih čestica po smanjenju veličine
• Dno: Upotreba ultrazvuka pre ili tokom polimerizacije čestica

 

 

Nanopartikulni polimeri u Miniemulzije

Polimerizacija čestica u miniemulzijama omogućava proizvodnju raspršenih čestica polimera sa dobrom kontrolom veličine čestica. Sinteza nanopartikularnih čestica polimera u miniemulzijama (poznata i kao nanoreaktori), koju je predstavio K. Landfester (2001), odlična je metoda za formiranje polimernih nanočestica. Ovakav pristup koristi veliki broj malih nanokompartamenata (rasteraj fazu) u emulziji kao nanočektore. U tome, čestice se sintetišu na veoma paralelan način u pojedinačnim, skučenim kapljicama. U svom radu, Landfester (2001) predstavlja polimerizaciju kod nanorejkera u visokom savršenstvu za generaciju visoko identičnih čestica gotovo ujednačene veličine. Na slici iznad su čestice dobijene ultrasonično potpomognutim poliadicijama u miniemulzijama.

Male kapljice generisane primenom visokog šera (ultrazvučnosti) i stabilizovane stabilizujućim agensima (emulzifikatorima), mogu se stvrdnuti naknadnom polimerizacijom ili smanjenjem temperature u slučaju materijala koji se tope na niskoj temperaturi. Kako ultrazvučnost može da proizvede veoma male kapljice gotovo ujednačene veličine u grupnom i proizvodnom procesu, omogućava dobru kontrolu nad konačnom veličinom čestica. Za polimerizaciju nanočestica, hidrofilni monomeri se mogu emulzifikovati u organsku fazu, a hidrofobični monomeri u vodi.

Prilikom smanjenja veličine čestica, ukupna površina čestica se istovremeno povećava. Slika sa leve strane prikazuje korelaciju između veličine čestica i površinske površine u slučaju sfernih čestica. Zbog toga se količina surfaktanta potrebna za stabilizaciju emulzije povećava gotovo linearno sa ukupnom površinom čestica. Tip i količina surfaktanta utiču na veličinu kapljice. Kapljice od 30 do 200nm mogu se dobiti pomoću anioničkih ili cationic surfaktanata.

Pigmenti u premazi

Organski i neorganski pigmenti su važna komponenta formulacija premaza. Da bi se maksimalno povećale performanse pigmenta potrebna je dobra kontrola nad veličinom čestica. Prilikom dodavanja pigmentnog praha u sisteme koji se prenose vodom, rastvaračem ili epoksidom, pojedinačne pigmentne čestice imaju tendenciju da formiraju velike aglomerate. Mehanizmi visokog šera, kao što su rotor-stator mešalice ili mlinovi za rodom se konvencionalno koriste za razbijanje takvih aglomerata i mlevenje pojedinačnih pigmentnih čestica. Ultrazvučnost u izuzetno efikasnoj alternativi za ovaj korak u proizvodnji premaza.

Grafikoni ispod pokazuju uticaj sonikacije na veličinu pigmenta bisernog sjaja. Ultrazvuk melje pojedinačne pigmentne čestice brzim među-česticama sudara. Istaknuta prednost ultrazvučnosti je veliki uticaj kavitacionih čaršijskih sila, što čini upotrebu brušenih medija (npr. perli, bisera) nepotrebnim. Kako se čestice ubrzavaju ekstremnim brzim tečnim mlazovima brzine do 1000km/hr, sudar se nasilno i razbija na male komade. Ogrebotina čestica daje ultrasonično mlevenim česticama glatku površinu. Sveukupno, ultrazvučno mlevenje i raspršivanje rezultira finom i ujednačenom raspodelom čestica.

 

Ultrazvučno mliniranje i raspršivanje često izvrsno ubrzava miksere i medijske mlinove jer sonicija obezbeđuje konzistentniju obradu svih čestica. Generalno, ultrazvučnost proizvodi manje veličine čestica i usku raspodelu veličine čestica (pigmentne krive za mlevenje). Na taj način se poboljšava ukupan kvalitet disperzija pigmenta, jer veće čestice obično ometaju sposobnost obrade, sjaja, otpornosti i optičkog izgleda.

Pošto se mlevenje čestica i mlevenje zasniva na sudaru među česticama kao rezultat ultrazvučne kavitacije, ultrazvučni reaktori mogu da podnesu prilično visoke čvrste koncentracije (npr. glavne grupe) i još uvek proizvode dobre efekte smanjenja veličine. Tabela ispod prikazuje slike mokrog mlevenja TiO2.

Dole navedena parcela prikazuje krive veličine čestica za deagglomeraciju Degussa anatase titanijum dioksida ultrazvukom. Uzak oblik krive posle sonikacije je tipična karakteristika ultrazvučne obrade.

Nanosize materijali na visokim performansama

Nanotehnologija je nova tehnologija koja se ostvaruje u mnogim industrijama. Nanomaterijci i nanokompoziti se koriste u formulacijama za oblaganje, npr. da bi se poboljšali abrazija i otpornost na grebanje ili UV stabilnost. Najveći izazov za primenu u premazi je zadržavanje transparentnosti, jasnoće i sjaja. Zbog toga su nanoptekstovi bili veoma mali da bi se izbeglo mešanje u vidljivi spektar svetlosti. Za mnoge aplikacije, ovo je znatno manje od 100nm.

Vlažno mlevenje komponenti visokih performansi u nanometarski opseg postaje presudan korak u formulisanju nanoinženjering premaza. Sve čestice koje ometaju vidljivu svetlost, izazivaju izmaglicu i gubitak u prozirnosti. Zbog toga su potrebne veoma uske raspodele veličine. Ultrazvučnost je veoma efikasno sredstvo za fino mlevenje čvrstina. Ultrazvučna / akustična kavitacija u tečnosti izaziva sudar među čestica velike brzine. Različite od konvencionalnih fabrika plinova i kamenčića, same čestice se međusobno kombinuju, čineći mlevene medije nepotrebnim.

Kompanije, kao Panadur (Nemačka) koristite Hielscher ultrazvučnike za raspršivanje i deagglomeraciju nanomaterijala u premazima u kalupu. Kliknite ovde da biste pročitali više o ultrazvučnom raspršivanju premaza u buđi!

Za sonikaciju zapaljivih tečnosti ili rastvarača u opasnim sredinama dostupni su ATEX procesori. Saznajte više o Atex-sertifikovanom ultrazvučniku UIP1000-Exd!