Ултразвук за дисперговање и млевење: боје и пигменти

Ултразвук велике снаге добро је познат по својим интензивним и прецизно контролисаним ефектима млевења и дисперговања. То чини ултразвучне хомогенизаторе идеалним за производњу пигментних паста и формулација боја. Индустријски ултразвучни уређаји обезбеђују веома уједначену расподелу величине честица у микрометарском и нанометарском опсегу. Обрађујте велике запреминске протоке материјала високе вискозности помоћу соникатора Hielscher како бисте постигли хомогено квашење, дисперговање, деагломерацију и млевење!

Производња боја помоћу ултразвука

Побољшајте своје боје, колорите и премазе соникацијом:

• Формулација: Било да су у питању високе вискозности, висок садржај честица, водена основа или основа од растварача – помоћу индустријских проточних ултразвучних уређаја Hielscher можете обрадити било коју формулацију.
• Микрометарске и нанометарске величине: Велике силе смицања које ствара акустична кавитација смањују пречник честица на веома мале вредности и обезбеђују уједначену дисперзију. Прилагођавање параметара ултразвучне обраде захтевима ваших честица и формулације омогућава поуздану производњу пигмената нанометарске величине.
• Оптичка својства: Да би се добила одговарајућа оптичка својства, величина честица пигмента мора да се контролише. Непрозирност је обично повезана са величином честица: што су честице ситније, непрозирност је већа. На пример, TiO2 се посебно обрађује до величине честица од 0,20 до 0,3 микрометра, што приближно одговара половини таласне дужине светлости. Ултразвучна обрада смањује честице пигмента TiO2 на њихову оптималну величину, чиме се постиже максимална покривна моћ.
• Честице високих перформанси: Мање величине честица доводе до веће засићености боје, уједначености боје и стабилности. Интензивне, а ипак прецизно контролисане ултразвучне силе омогућавају производњу модификованих и функционализованих наночестица, као што су обложене честице, SWNTs, MWCNTs и честице са структуром језгро–омотач. Такве честице показују јединствене карактеристике и подижу формулације боја или премаза на нови ниво квалитета и функционалности (нпр. отпорност на UV зрачење, отпорност на гребање, чврстоћа, прионљивост, висока отпорност на топлоту, рефлективност за инфрацрвено и сунчево зрачење).
• Модификоване честице: Пигменти са модификованом површином имају веома ниску вискозност при високом садржају пигмента (2,5cP при 10% чврсте материје), врхунску стабилност суспензије и високу чистоћу. Функционализација честица потпомогнута ултразвуком олакшава синтезу пигмената високих перформанси са посебним карактеристикама.

Пигментне пасте које се мељу и диспергују применом ултразвучне кавитације и великих сила смицања показују значајно смањење величине честица и уједначену расподелу. Горњи графикон показује све веће смањење величине честица са повећањем ултразвучне енергије.

За производњу боје, компоненте као што су пигменти, везива/ средства за формирање филма, разређивачи/ растварачи, смоле, пунила и адитиви морају се помешати у хомогену формулацију. Пигменти су одлучујућа компонента која боји даје њен колорит. Најважнији бели пигмент је TiO2, који треба самлети до оптималног пречника честица између 0,2 и 0,3 микрометра како би се постигли жељени степен белине, светлине, непрозирности и веома висок индекс преламања. Ултразвучне силе смицања обезбеђују веома ефикасну и енергетски ефикасну деагломерацију и дисперговање честица TiO2 (видети слику испод).

TEM снимак ултразвучно дисперговане суспензије наночестица TiO2 са различитим концентрацијама чврсте материје. Соникација је изведена помоћу ултразвучног уређаја UIP1000hdT
Лево: унос ултразвучне енергије 1,8 × 10⁵ J/L – Десно: унос ултразвучне енергије 5,4 × 10⁵ J/L
(Студија и слике: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ултразвучно млевење и дисперговање унапређују квалитет боје побољшавајући њену моћ бојења, густину, финоћу млевења, дисперзију и реологију.

Услови ултразвучног дисперговања и млевења

Квалитет боја и премаза зависи од хомогене дисперзије пигмената. Hielscher Ultrasonics испоручује ефикасну опрему за млевење и уситњавање ради дисперговања боја, посебно за формулације са високим садржајем пигмента. Механизам рада ултразвучних диспергатора за млевење, уситњавање, деагломерацију и дисперговање углавном се заснива на принципу смицања које ствара ултразвучна кавитација. Кавитационе силе смицања неопходне за раздвајање честица настају услед великих разлика у притиску, локалних врелих тачака и млазева течности, што доводи до разбијања честица при међусобним сударима.
Индустријски ултразвучни диспергатори као што је UIP16000hdT, са 16.000 вати по ултразвучној сонди, имају капацитет за обраду великих запреминских протока боја и премаза.

Боја на бази креде обрађена соникацијом на гриндометру показује савршено уједначену деагломерацију и расподелу величине честица пигмената

Дисперговање наночестица

Ултразвучно млевење и дисперговање често су једина метода за ефикасну обраду наночестица ради добијања појединачно диспергованих примарних честица. Мала величина примарних честица резултира великом површином и повезана је са испољавањем јединствених карактеристика и функционалности честица. Истовремено, мања величина честица повезана је са високом површинском енергијом која доводи до израженије агрегације и реактивности, па су за хомогено дисперговање наночестица у формулацији потребне интензивне ултразвучне силе дисперговања.
Поред тога, ултразвучна обрада површине може модификовати наночестице, што доводи до побољшања дисперзибилности, стабилности дисперзије, хидрофобности и других својстава.
Истраживачи су препоручили методу ултразвучног дисперговања наночестица као пожељно решење, „јер је материјал диспергован ултразвучном методом много чистији од оног произведеног млевењем у млину са перлама.“ [Kim et al. 2010].

Техника ултразвучног дисперговања има многе предности у поређењу са традиционалним технологијама млевења, као што су троваљни млинови, куглични млинови или млинови са медијумима за млевење.

Прочитајте више о ултразвучној хомогенизацији и дисперговању пигмената и средстава за бојење за концентроване смеше и формулације боја!

Литература / Референце

• FactSheet Ultrasonic Inkjet Dispersion – Hielscher Ultrasonics
• I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS₄ with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue 1. January 9, 2020.
• Kim, Moojoon; Kim, Jungsoon; Jo, Misun; Ha, Kanglyeo (2010): Dispersion effect of nano particle according to ultrasound exposure by using focused ultrasonic field. Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 6-8 December, 2010. 31, 2010. 549-550.
• Pekarovicov, Alexandra; Pekarovic, Jan (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Industry insight Pira International 2009.