อัลตราซาวนด์ในสูตรการเคลือบ
ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เม็ดสี สารเติมเต็ม สารเคมี ตัวเชื่อมขวาง และตัวดัดแปลงรีโอโลยี จะเข้าสู่สูตรการเคลือบและสี อัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสําหรับการกระจายตัวและการทําให้เป็นอิมัลชันการแยกตัวและการกัดส่วนประกอบดังกล่าวในการเคลือบ
อัลตราซาวนด์ใช้ในการกําหนดสารเคลือบสําหรับ:
- อิมัลชันของโพลีเมอร์ในระบบน้ํา
- การกระจายตัวและการกัดเม็ดสีอย่างละเอียด
- การลดขนาดของวัสดุนาโนในการเคลือบประสิทธิภาพสูง
สารเคลือบแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ ๆ ได้แก่ เรซินและสารเคลือบที่ใช้น้ําและตัวทําละลาย แต่ละประเภทมีความท้าทายของตัวเอง ทิศทางที่เรียกร้องให้ลด VOC และราคาตัวทําละลายที่สูงช่วยกระตุ้นการเติบโตของเทคโนโลยีการเคลือบเรซินในน้ํา การใช้อัลตราโซนิกสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมดังกล่าว
สูตรการเคลือบที่ได้รับการปรับปรุงเนื่องจากอัลตราโซนิก
อัลตราซาวนด์สามารถช่วยผู้กําหนดสูตรของสารเคลือบสถาปัตยกรรมอุตสาหกรรมยานยนต์และไม้เพื่อเพิ่มลักษณะการเคลือบเช่นความแข็งแรงของสีรอยขีดข่วนรอยแตกและความต้านทานรังสียูวีหรือการนําไฟฟ้า ลักษณะการเคลือบเหล่านี้บางส่วนทําได้โดยการรวมวัสดุขนาดนาโน เช่น โลหะออกไซด์ (TiO2, ซิลิกา, ซีเรีย, ZnO, …).
เนื่องจากเทคโนโลยีการกระจายอัลตราโซนิกสามารถใช้ในระดับห้องปฏิบัติการ โต๊ะทํางาน และระดับการผลิตทางอุตสาหกรรม ทําให้มีอัตราการรับส่งงานมากกว่า 10 ตัน / ชั่วโมง จึงถูกนําไปใช้ใน R&D stage และในการผลิตเชิงพาณิชย์ ผลลัพธ์ของกระบวนการสามารถขยายขนาดได้อย่างง่ายดายและเป็นเส้นตรง
อุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ประหยัดพลังงานมาก อุปกรณ์แปลงประมาณ 80 ถึง 90% ของกําลังไฟฟ้าเข้าเป็นกิจกรรมทางกลในของเหลว สิ่งนี้นําไปสู่ต้นทุนการประมวลผลที่ลดลงอย่างมาก
ตามลิงค์ด้านล่างคุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้อัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูงสําหรับ
อิมัลชันพอลิเมอไรเซชันโดยใช้ Sonication
สูตรการเคลือบแบบดั้งเดิมใช้เคมีโพลีเมอร์พื้นฐาน การเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีการเคลือบด้วยน้ํามีผลกระทบต่อการเลือกวัตถุดิบ คุณสมบัติ และวิธีการผสมสูตร
ในพอลิเมอไรเซชันอิมัลชันทั่วไป เช่น สําหรับสารเคลือบในน้ํา อนุภาคจะถูกสร้างขึ้นจากศูนย์กลางถึงพื้นผิว ปัจจัยจลนศาสตร์มีอิทธิพลต่อความเป็นเนื้อเดียวกันและสัณฐานวิทยาของอนุภาค
การประมวลผลอัลตราโซนิกสามารถใช้ได้สองวิธีเพื่อสร้างอิมัลชันโพลีเมอร์
- จากบนลงล่าง: สกัด/สลาย ของอนุภาคโพลีเมอร์ขนาดใหญ่เพื่อสร้างอนุภาคขนาดเล็กโดยการลดขนาด
- จากล่างขึ้นบน: การใช้อัลตราซาวนด์ก่อนหรือระหว่างพอลิเมอไรเซชันของอนุภาค
โพลีเมอร์อนุภาคนาโนในอิมัลชันขนาดเล็ก
พอลิเมอไรเซชันของอนุภาคในอิมัลชันขนาดเล็กช่วยให้สามารถผลิตอนุภาคโพลีเมอร์ที่กระจายตัวได้โดยควบคุมขนาดอนุภาคได้ดี การสังเคราะห์อนุภาคโพลีเมอร์อนุภาคนาโนในอิมัลชันขนาดเล็ก (หรือที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์นาโน) ตามที่นําเสนอโดย K. Landfester (2001) เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมสําหรับการก่อตัวของอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ วิธีนี้ใช้ช่องนาโนขนาดเล็กจํานวนมาก (เฟสกระจายตัว) ในอิมัลชันเป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโน อนุภาคจะถูกสังเคราะห์ในลักษณะขนานกันอย่างมากในหยดน้ําที่จํากัดแต่ละตัว ในบทความของเธอ Landfester (2001) นําเสนอพอลิเมอไรเซชันในเครื่องปฏิกรณ์นาโนในความสมบูรณ์แบบสูงสําหรับการสร้างอนุภาคที่เหมือนกันสูงซึ่งมีขนาดเกือบเท่ากัน ภาพด้านบนแสดงอนุภาคที่ได้จากการเติมโพลีด้วยอัลตราโซนิกในอิมัลชันขนาดเล็ก
หยดขนาดเล็กที่เกิดจากการใช้แรงเฉือนสูง (อัลตราโซนิก) และเสถียรโดยสารทําให้เสถียร (อิมัลซิไฟเออร์) สามารถชุบแข็งได้โดยการพอลิเมอไรเซชันในภายหลังหรือโดยการลดอุณหภูมิในกรณีของวัสดุหลอมที่อุณหภูมิต่ํา เนื่องจากอัลตราโซนิกสามารถสร้างหยดขนาดเล็กมากที่มีขนาดเกือบสม่ําเสมอในแบทช์และกระบวนการผลิตจึงช่วยให้สามารถควบคุมขนาดอนุภาคขั้นสุดท้ายได้ดี สําหรับพอลิเมอไรเซชันของอนุภาคนาโนโมโนเมอร์ที่ชอบน้ําสามารถอิมัลชันเป็นเฟสอินทรีย์และโมโนเมอร์ที่ไม่ชอบน้ําในน้ํา
เมื่อลดขนาดอนุภาคพื้นที่ผิวอนุภาคทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกัน ภาพทางด้านซ้ายแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดอนุภาคและพื้นที่ผิวในกรณีของอนุภาคทรงกลม ดังนั้นปริมาณสารลดแรงตึงผิวที่จําเป็นในการรักษาเสถียรภาพของอิมัลไลต์จึงเพิ่มขึ้นเกือบเป็นเส้นตรงตามพื้นที่ผิวของอนุภาคทั้งหมด ชนิดและปริมาณของสารลดแรงตึงผิวมีอิทธิพลต่อขนาดหยดน้ํา หยดน้ํา 30 ถึง 200nm สามารถหาได้โดยใช้สารลดแรงตึงผิวประจุลบหรือประจุบวก
เม็ดสีในสารเคลือบ
เม็ดสีอินทรีย์และอนินทรีย์เป็นส่วนประกอบสําคัญของสูตรการเคลือบ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเม็ดสีสูงสุดจําเป็นต้องมีการควบคุมขนาดอนุภาคที่ดี เมื่อเติมผงเม็ดสีลงในระบบน้ํา ตัวทําละลาย หรืออีพ็อกซี่ อนุภาคเม็ดสีแต่ละชนิดมักจะก่อตัวเป็นก้อนขนาดใหญ่ กลไกแรงเฉือนสูง เช่น เครื่องผสมโรเตอร์สเตเตอร์หรือเครื่องบดลูกปัดกวนถูกนํามาใช้ตามอัตภาพเพื่อทําลายการรวมตัวกันดังกล่าวและบดอนุภาคเม็ดสีแต่ละอนุภาค อัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งสําหรับขั้นตอนนี้ในการผลิตสารเคลือบ
กราฟด้านล่างแสดงผลกระทบของ sonication ต่อขนาดของเม็ดสีมันวาวมุก อัลตราซาวนด์บดอนุภาคเม็ดสีแต่ละอนุภาคโดยการชนกันระหว่างอนุภาคด้วยความเร็วสูง ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของอัลตราโซนิกคือผลกระทบสูงของแรงเฉือนโพรงอากาศซึ่งทําให้การใช้สื่อการเจียร (เช่นลูกปัดไข่มุก) เมื่ออนุภาคถูกเร่งด้วยไอพ่นของเหลวที่เร็วมากถึง 1,000 กม./ชม. อนุภาคจะชนกันอย่างรุนแรงและแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ การขัดถูของอนุภาคทําให้อนุภาคที่ผ่านการบดด้วยอัลตราโซนิกมีพื้นผิวเรียบ โดยรวมแล้วการกัดและการกระจายตัวของอัลตราโซนิกส่งผลให้มีการกระจายอนุภาคที่มีขนาดละเอียดและสม่ําเสมอ

การกัดอัลตราโซนิกและการกระจายตัวของเม็ดสีมันวาวมุก กราฟสีแดงแสดงการกระจายขนาดอนุภาคก่อนการ sonication เส้นโค้งสีเขียวอยู่ระหว่างการ sonication เส้นโค้งสีน้ําเงินแสดงเม็ดสีสุดท้ายหลังจากการกระจายตัวของอัลตราโซนิก
การกัดอัลตราโซนิกและการกระจายตัวมักจะเป็นเลิศของเครื่องผสมความเร็วสูงและโรงสีสื่อเนื่องจากการ sonication ให้การประมวลผลอนุภาคทั้งหมดที่สอดคล้องกันมากขึ้น โดยทั่วไปอัลตราโซนิกจะสร้างขนาดอนุภาคที่เล็กลงและการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบ (เส้นโค้งการกัดเม็ดสี) สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของการกระจายตัวของเม็ดสีเนื่องจากอนุภาคขนาดใหญ่มักรบกวนความสามารถในการประมวลผลความเงาความต้านทานและลักษณะทางแสง
เนื่องจากการกัดและการเจียรอนุภาคขึ้นอยู่กับการปะทะกันระหว่างอนุภาคอันเป็นผลมาจากโพรงอากาศอัลตราโซนิกเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถจัดการกับความเข้มข้นของแข็งที่ค่อนข้างสูง (เช่นมาสเตอร์แบทช์) และยังคงให้ผลการลดขนาดที่ดี ตารางด้านล่างแสดงภาพการกัดแบบเปียกของ TiO2
พล็อตด้านล่างแสดงเส้นโค้งการกระจายขนาดอนุภาคสําหรับการแยกตัวของไททาเนียมไดออกไซด์ Degussa anatase โดยการอัลตราโซนิก รูปร่างแคบของเส้นโค้งหลังการ sonication เป็นคุณสมบัติทั่วไปของการประมวลผลอัลตราโซนิก
วัสดุขนาดนาโนในการเคลือบประสิทธิภาพสูง
นาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ที่เข้าสู่หลายอุตสาหกรรม วัสดุนาโนและนาโนคอมโพสิตถูกนํามาใช้ในสูตรการเคลือบ เช่น เพื่อเพิ่มความต้านทานการขัดขีดข่วนและรอยขีดข่วน หรือความเสถียรของรังสียูวี ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสําหรับการใช้งานในการเคลือบคือการรักษาความโปร่งใส ความใส และความเงางาม ดังนั้นอนุภาคนาโนจึงมีขนาดเล็กมากเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนสเปกตรัมที่มองเห็นได้ของแสง สําหรับการใช้งานจํานวนมาก ต่ํากว่า 100nm อย่างมาก
การบดแบบเปียกของส่วนประกอบประสิทธิภาพสูงจนถึงช่วงนาโนเมตรกลายเป็นขั้นตอนสําคัญในการกําหนดสารเคลือบนาโนวิศวกรรม อนุภาคใด ๆ ที่รบกวนแสงที่มองเห็นได้ทําให้เกิดหมอกควันและสูญเสียความโปร่งใส ดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีการกระจายขนาดที่แคบมาก Ultrasonication เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากสําหรับการกัดของแข็งอย่างละเอียด โพรงอากาศอัลตราโซนิก / อะคูสติกในของเหลวทําให้เกิดการชนกันระหว่างอนุภาคด้วยความเร็วสูง แตกต่างจากโรงสีลูกปัดและโรงสีก้อนกรวดทั่วไปอนุภาคเองจะปะปนกันทําให้สื่อการกัดไม่จําเป็น
บริษัท เช่น Panadur (เยอรมนี) ใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการกระจายตัวและการแยกตัวของวัสดุนาโนในการเคลือบในแม่พิมพ์ คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายอัลตราโซนิกของการเคลือบในแม่พิมพ์!
สําหรับการ sonication ของของเหลวหรือตัวทําละลายไวไฟในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายมีโปรเซสเซอร์ที่ผ่านการรับรอง ATEX เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องอัลตราโซนิกที่ผ่านการรับรอง Atex UIP1000-Exd!
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001. 271-276.
- Landfester, K. (2001): The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.
- Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.

Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม