Ultraljud för dispergering och slipning: Färg & Pigment

Power ultraljud är välkänt för sina intensiva och exakt kontrollerbara malnings- och dispergeringseffekter. Detta gör ultraljudshomogenisatorer idealiska för produktion av pigmentpasta och färgformuleringar. Industriella ultraljudsapparater ger en mycket enhetlig partikelstorleksfördelning i mikron- och nanoområdet. Bearbeta stora volymströmmar med hög viskositet med Hielscher sonikatorer för att uppnå homogen vätning, dispergering, deagglomerering och malning!

Färgtillverkning med ultraljud

Förbättra dina färger, färger och beläggningar med ultraljudsbehandling:

• Formulering: Oavsett om det gäller höga viskositeter, höga partikelbelastningar, vattenhaltiga eller lösningsmedelsbaserade – med Hielscher industriella inline ultraljudsapparater kan du bearbeta vilken formulering som helst.
• Mikron- och nanostorlek: De höga skjuvkrafterna som genereras av akustisk kavitation reducerar partiklar till små partikeldiametrar och ger en jämn dispersion. Justera ultraljud parametrar till din partikel och formulering krav möjliggör en tillförlitlig produktion av nano-storlek pigment.
• Optiska egenskaper: För att få rätt optiska egenskaper måste pigmentpartikelstorleken kontrolleras. Vanligtvis korrelerar opacitet med partikelstorlek: ju finare partikelstorlek, desto mer opacitet. Till exempel bearbetas TiO2 specifikt till en partikelstorlek på 0,20 till 0,3 mikron, vilket ungefär motsvarar hälften av ljusets våglängd. Ultraljud minskar TiO2-pigmenten till sin optimala storlek, så att ultimat döljning erhålls.
• Högpresterande partiklar: Mindre partikelstorlekar resulterar i större färgmättnad, färgkonsistens och stabilitet. De intensiva, men ändå exakt kontrollerbara ultraljudskrafterna gör det möjligt att producera modifierade och funktionaliserade nanopartiklar, såsom belagda partiklar, SWNTs, MWCNTs och kärnskalpartiklar. Sådana partiklar uppvisar unika egenskaper och lyfter färg- eller beläggningsformuleringar till en ny nivå av kvalitet och funktionalitet (t.ex. UV-beständighet, reptålighet, styrka, vidhäftningsförmåga, hög värmebeständighet, infraröd och solreflektion).
• Modifierade partiklar: Ytmodifierade pigment har mycket låg viskositet vid höga pigmentbelastningar (2,5cP vid 10 % torrhalt), överlägsen suspensionsstabilitet och hög renhet. Ultraljudsassisterad partikelfunktionalisering gör det enkelt att syntetisera högpresterande pigment med speciella egenskaper.

Pigmentpastor mals och dispergeras med hjälp av ultraljudskavitation och höga skjuvkrafter visar en betydande storleksminskning och jämn fördelning. Diagrammet ovan visar den ökande storleksminskningen vid ökande ultraljudsenergi.

För tillverkning av färg måste komponenter som pigment, bindemedel/filmbildare, spädningsmedel/lösningsmedel, hartser, fyllmedel och tillsatser blandas ihop till en homogen formulering. Pigment är den avgörande komponenten som ger färgen dess färg. Det viktigaste vita pigmentet är TiO2, som måste malas till en optimal partikelstorlek mellan 0,2 och 0,3 mikron i diameter för att visa önskad grad av vithet, ljusstyrka, opacitet och ett mycket högt brytningsindex. Ultraljudsskjuvkrafterna ger en mycket effektiv och energieffektiv deagglomeration och dispersion av TiO2-partiklar (se bilden nedan).

TEM av ultraljudsdispergerad TiO2 nanopartikelsuspension med olika fasta koncentrationer. Ultraljudsbehandling utfördes med hjälp av Ultraljudsapparat UIP1000hdT
Vänster: ultraljudsenergiingång 1,8 × 10⁵ J/L – Höger: ultraljudsenergiingång 5,4 × 10⁵ J/L
(Studie och bilder: ©Fasaki et al., 2012)

 
Ultraljudsfräsning och dispergering förbättrar färgkvaliteten genom att förbättra dess färgstyrka, densitet, finhet av slipning, dispersion och reologi.

Ultraljud dispergering & Förhållanden för slipning

Kvaliteten på färger och beläggningar beror på den homogena dispersionen av pigmenten. Hielscher Ultrasonics levererar effektiv malnings- och sliputrustning för färgdispersion, särskilt för formuleringar med höga pigmentbelastningar. Mekanismen för ultraljudsdispergeringsmedel för fräsning, malning, deagglomerering och dispersionsapplikationer är huvudsakligen baserad på skjuvprincipen som genereras av ultraljudskavitation. De kavitationella skjuvkrafter som är nödvändiga för dissociationen av partiklarna produceras av höga tryckskillnader, lokala heta fläckar och vätskestrålar, vilket resulterar i att partikeln bryts upp genom kollision mellan partiklarna.
Industriella ultraljudsdispergeringsmedel som UIP16000hdT med 16 000 watt per ultraljudssond har kapacitet att bearbeta högvolymströmmar av färger och beläggningar.

Ultraljudsbehandlad kritfärg på grindometern visar den perfekt enhetliga deagglomerationen och partikelstorleksfördelningen av pigmenten

Dispersion av nanopartiklar

Ultraljudsslipning och dispergering är ofta den enda metoden för att bearbeta nanopartiklar effektivt för att erhålla singe-dispergerade primära partiklar. En liten primär partikelstorlek resulterar i en stor yta och korrelerar med uttrycket av unika partikelegenskaper och funktioner. Samtidigt är en mindre partikelstorlek förknippad med en hög ytenergi för allvarligare aggregering och reaktivitet, så att de intensiva ultraljudsdispergerande krafterna krävs för att dispersionsnanopartiklarna homogent i formuleringen.
Dessutom kan en ultraljudsytbehandling modifiera nanopartiklarna vilket leder till förbättrad dispergerbarhet, dispersionsstabilitet, hydrofobicitet och andra egenskaper.
Forskare har rekommenderat ultraljudsdispersionsmetoden för nanopartiklar som föredragen lösning, “Eftersom materialet som dispergeras med ultraljudsmetoden är mycket renare än det som produceras genom pärlfräsning.” [Kim et al. 2010].

Ultraljudsdispersionstekniken har många fördelar i jämförelse med traditionella frästekniker som trevals-, kul- eller mediakvarnar.

Läs mer om ultraljudshomogenisering och dispergering av pigment och färgämnen för masterbatcher och färgformuleringar!

Caution: Video "duration" is missing

Litteratur / Referenser