Како мешати лакове са нанопуниоцима

Производња лакова захтева снажну опрему за мешање која може да обрађује наночестице и пигменте, који морају бити равномерно дисперговани у формулацији. Ултразвучни хомогенизатори представљају високоефикасну и поуздану технику дисперговања која обезбеђује хомогену расподелу наночестица у полимерима.

Производња лакова помоћу ултразвучних мешалица високих перформанси

Лак се описује као бистар, провидан, тврд заштитни премаз или филм, који се формулише од смола (нпр. акрилних, полиуретанских, алкидних, шелака), сушивог уља, металног сикатива и испарљивих растварача (нпр. растварачког бензина, вајт-спирита или разређивача). Када се лак суши, растварач који садржи испарава, а преостали састојци оксидишу или полимеризују и формирају трајан провидан филм. Лакови се углавном користе као заштитни премази за дрвене површине, слике и разне украсне предмете, док се лакови који очвршћавају под УВ зрачењем користе у аутомобилским премазима, козметици, прехрамбеној индустрији, науци и другим областима.

Ултразвучно дисперговање наносилицијум-диоксида у лаку

Уобичајен пример ултразвучног дисперговања је уградња колоидних силицијум-диоксида, који се обично додају како би лаковима дали тиксотропна својства.
На пример, полиетеримидни лак са пуниоцем од наносилицијум-диоксида има продужен век трајања, до тридесет пута дужи од стандардног лака. Наносилицијум-диоксид побољшава својства лака као што су електрична проводљивост, диелектрична чврстоћа при једносмерном и наизменичном напону и чврстоћа везивања. Ултразвучни диспергатори се стога широко користе за производњу електрично проводљивих премаза.
Други силикатни минерали, воластонит, талк, лискун, каолин, фелдспат и нефелински сијенит, јефтини су пуниоци и широко се користе као такозвани пигменти за повећање запремине, који се додају ради модификовања реологије (вискозности), стабилности према седиментацији и чврстоће филма у премазима.

Истраживањима доказана супериорност ултразвучних уређаја за дисперговање нанопунилаца

Monteiro и сар. (2014) упоредили су уобичајене технологије дисперговања – мешалицу ротор–статор, Cowles импелер и ултразвучни диспергатор са сондом – у погледу њихове ефикасности при дисперговању титанијум-диоксида (TiO2, анатас). Ултразвучна обрада показала се као најефикаснија за дисперговање наночестица у води уз употребу конвенционалног полиелектролита Na-PAA и знатно је надмашила мешање помоћу мешалице ротор–статор или Cowles импелера.
Детаљи студије: Упоређене су различите технике дисперговања како би се утврдило која је најефикаснија за добијање водене суспензије нано-TiO2 са добро деагломерисаним честицама. Натријумова со полиакрилне киселине (Na-PAA), која се уобичајено користи у индустрији за водене дисперзије TiO2, коришћена је као референтно средство за дисперговање. Сл. 1 приказује запреминске расподеле величине честица (PSD) добијене помоћу Cowles диспергатора (30 min при 2000 rpm), мешалице ротор–статор (30 min при 14.000 rpm) и ултразвучне обраде сондом (Hielscher UIP1000hdT, 2 min при амплитуди од 50%). „При употреби Cowles диспергатора, величине честица биле су у три различита опсега: 40–100 nm, 350–1000 nm и 1200–4000 nm. Већи агломерати јасно доминирају расподелом, што показује да је ова техника неефикасна. Мешалица ротор–статор такође је дала незадовољавајуће резултате, независно од тога да ли су наночестице додаване одједном или постепено током мешања. Главна разлика уочена у резултату добијеном помоћу Cowles диспергатора односи се на померање средњег пика ка већој величини честица, уз делимично спајање са крајњим десним пиком. С друге стране, употреба ултразвука дала је много бољи резултат, са уским пиком чији је центар на 0,1 nm и два знатно мања пика у опсезима 150–280 nm и 380–800 nm.“

Расподеле величине честица у воденим дисперзијама нано-TiO2 (10mgmL−1, pH = 9) припремљеним различитим техникама дисперговања. Ултразвучна обрада даје најмање наночестице TiO2 и најуже криве смањења величине честица. Када је коришћен дисперзант (Na-PAA), његов однос према нано-TiO2 био је 1:1.
(студија и графички приказ: © Monteiro et al., 2014)

TiO2 осушен распршивањем пре и после ултразвучног млевења

Овај резултат је у складу са радом Sato et al. (2008), који наводи боље резултате ултразвучне обраде у поређењу са другим техникама дисперговања честица TiO2 нанометарске величине у води. Ударни таласи настали акустичном / ултразвучном кавитацијом доводе до веома интензивних судара међу честицама и ефикасног млевења и деагломерације честица до уједначених фрагмената нанометарске величине.
(уп. Monteiro et al., 2014)

Ултразвучни хомогенизатори високих перформанси за производњу лакова

Када се наночестице и нанопунила користе у индустријским производним процесима, као што је производња лакова и премаза, суви прах мора се хомогено умешати у течну фазу. Дисперговање наночестица захтева поуздану и ефикасну технику мешања која уноси довољно енергије за разбијање агломерата како би се својства честица нанометарске величине у потпуности испољила. Ултразвучни уређаји су добро познати као снажни и поуздани диспергатори, па се зато користе за деагломерацију и хомогену расподелу различитих материјала, као што су силицијум-диоксид, наноцеви, графен, минерали и многи други материјали, у течној фази, као што су смоле, епоксидне смоле и пигментни концентрати. Hielscher Ultrasonics пројектује, производи и дистрибуира ултразвучне диспергаторе високих перформанси за све врсте примене хомогенизације и деагломерације.
Када је реч о производњи нанодисперзија, прецизна контрола соникације и поуздана ултразвучна обрада суспензије наночестица неопходне су за добијање производа високих перформанси. Процесори компаније Hielscher Ultrasonics пружају вам потпуну контролу над свим важним параметрима обраде, као што су унос енергије, интензитет ултразвука, амплитуда, притисак, температура и време задржавања. На тај начин можете подесити параметре на оптимизоване услове, што затим доводи до висококвалитетних нанодисперзија, као што су суспензије наносилицијум-диоксида или нано-TiO2.

За сваку запремину / капацитет: Hielscher нуди ултразвучне уређаје и широк асортиман додатне опреме. То омогућава конфигурисање идеалног ултразвучног система за вашу примену и производни капацитет. Од малих бочица које садрже неколико милилитара до токова велике запремине од више хиљада галона на сат, Hielscher нуди одговарајуће ултразвучно решење за ваш процес.
Високе вискозности: Ултразвучни проточни системи лако обрађују пастозне формулације, нпр. пигментне концентрате, у којима се пигмент при високом садржају честица равномерно умешава у мешавину пластификатора, мономера и полимера.
Робусност: Наши ултразвучни системи су робусни и поуздани. Сви Hielscher ултразвучни уређаји направљени су за рад 24/7/365 и захтевају врло мало одржавања.
Једноставност употребе: Напредни софтвер наших ултразвучних уређаја омогућава претходни избор и чување подешавања соникације за једноставну и поуздану соникацију. Интуитивном менију лако се приступа преко дигиталног екрана у боји осетљивог на додир. Даљинско управљање преко прегледача омогућава вам управљање и надзор путем било ког интернет прегледача. Аутоматско бележење података чува процесне параметре сваког циклуса соникације на уграђеној SD картици.
Одлична енергетска ефикасност: У поређењу са алтернативним технологијама дисперговања, Hielscher ултразвучни уређаји истичу се изузетном енергетском ефикасношћу и супериорним резултатима у погледу расподеле величине честица.
Висок квалитет и робусност: Ултразвучни уређаји Hielscher познати су по свом квалитету, поузданости и робусности. Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси који се одликују најсавременијом технологијом и лакоћом употребе. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher усаглашени су са CE прописима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: