วิธีผสมวาร์นิชกับสารตัวเติมระดับนาโน

การผลิตวาร์นิชต้องใช้อุปกรณ์ผสมที่ทรงพลังซึ่งสามารถจัดการกับอนุภาคนาโนและเม็ดสีที่ต้องกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในสูตร เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ ซึ่งทำให้อนุภาคนาโนกระจายตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันในพอลิเมอร์

การผลิตวาร์นิชด้วยเครื่องผสมอัลตราโซนิกสมรรถนะสูง

วาร์นิชหมายถึงสารเคลือบหรือฟิล์มป้องกันที่ใส โปร่งใส และแข็ง ซึ่งประกอบด้วยเรซิน (เช่น อะคริลิก พอลิยูรีเทน อัลคิด เชลแล็ก) น้ำมันแห้ง สารเร่งแห้งที่มีโลหะเป็นองค์ประกอบ และตัวทำละลายระเหยง่าย (เช่น แนฟทา มิเนอรัลสปิริต หรือทินเนอร์) เมื่อวาร์นิชแห้ง ตัวทำละลายที่อยู่ภายในจะระเหย และองค์ประกอบที่เหลือจะเกิดออกซิเดชันหรือพอลิเมอไรเซชันจนเกิดเป็นฟิล์มโปร่งใสที่ทนทาน วาร์นิชส่วนใหญ่ใช้เป็นสารเคลือบป้องกันสำหรับพื้นผิวไม้ ภาพเขียน และวัตถุตกแต่งต่าง ๆ ส่วนวาร์นิชที่บ่มด้วยรังสี UV ใช้ในสารเคลือบรถยนต์ เครื่องสำอาง อาหาร วิทยาศาสตร์ และสาขาอื่น ๆ

การกระจายนาโนซิลิกาในวาร์นิชด้วยอัลตราโซนิก

ตัวอย่างทั่วไปของการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกคือการเติมซิลิกาคอลลอยด์ ซึ่งมักเติมเพื่อให้วาร์นิชมีสมบัติทิกโซโทรปี
ตัวอย่างเช่น วาร์นิชพอลิอีเทอร์อิไมด์ที่เติมนาโนซิลิกามีอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นสูงถึงสามสิบเท่าของวาร์นิชมาตรฐาน นาโนซิลิกาช่วยปรับปรุงสมบัติของวาร์นิช เช่น การนำไฟฟ้า ความทนทานไดอิเล็กทริกต่อไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ และความแข็งแรงในการยึดติด ดังนั้น เครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารเคลือบที่นำไฟฟ้า
แร่ซิลิเกตอื่น ๆ ได้แก่ วอลลาสโทไนต์ ทัลก์ ไมกา เคโอลิน เฟลด์สปาร์ และเนฟีลีนไซอีไนต์ เป็นสารเติมแต่งราคาถูกและใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะที่เรียกว่าเม็ดสีเพิ่มปริมาณ ซึ่งเติมเพื่อปรับเปลี่ยนรีโอโลยี (ความหนืด) เสถียรภาพต่อการตกตะกอน และความแข็งแรงของฟิล์มในสารเคลือบ

ความเหนือกว่าของเครื่องอัลตราโซนิกในการกระจายสารตัวเติมระดับนาโนที่พิสูจน์แล้วด้วยงานวิจัย

Monteiro และคณะ (2014) เปรียบเทียบเทคโนโลยีการกระจายตัวที่ใช้ทั่วไป – ได้แก่ เครื่องผสมแบบโรเตอร์–สเตเตอร์ ใบพัด Cowles และเครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกแบบโพรบ – ในด้านประสิทธิภาพการกระจายไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2, อะนาเทส) พบว่าการใช้อัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงสุดในการกระจายอนุภาคนาโนในน้ำโดยใช้พอลิอิเล็กโทรไลต์ Na-PAA ที่ใช้กันทั่วไป และให้ผลเหนือกว่าการผสมด้วยเครื่องผสมแบบโรเตอร์–สเตเตอร์หรือใบพัด Cowles อย่างมาก
รายละเอียดของการศึกษา: มีการเปรียบเทียบเทคนิคการกระจายตัวต่าง ๆ เพื่อระบุเทคนิคที่มีประสิทธิผลสูงสุดในการสร้างสารแขวนลอยนาโน TiO2 ในน้ำที่สลายกลุ่มก้อนได้ดี ใช้เกลือโซเดียมของกรดพอลิอะคริลิก (Na-PAA) ซึ่งใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมสำหรับการกระจาย TiO2 ในน้ำ เป็นสารช่วยกระจายตัวอ้างอิง รูปที่ 1 แสดงการกระจายขนาดอนุภาคโดยปริมาตร (PSD) ที่ได้จากการใช้เครื่องกระจายตัว Cowles (30 min ที่ 2000 rpm) เครื่องผสมแบบโรเตอร์–สเตเตอร์ (30 min ที่ 14,000 rpm) และการใช้อัลตราโซนิกแบบโพรบ (Hielscher UIP1000hdT, 2 min ที่แอมพลิจูด 50%) “เมื่อใช้เครื่องกระจายตัว Cowles ขนาดอนุภาคอยู่ในสามช่วงที่แตกต่างกัน ได้แก่ 40–100 nm, 350–1000 nm และ 1200–4000 nm กลุ่มก้อนขนาดใหญ่มีสัดส่วนเด่นอย่างชัดเจนในการกระจายขนาด แสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้ไม่มีประสิทธิภาพ เครื่องผสมแบบโรเตอร์–สเตเตอร์ก็ให้ผลที่ไม่น่าพอใจเช่นกัน ไม่ว่าจะเติมอนุภาคนาโนทั้งหมดในครั้งเดียวหรือค่อย ๆ เติมระหว่างการผสม ความแตกต่างหลักที่สังเกตได้ในผลของ Cowles เกี่ยวข้องกับการเลื่อนของพีคตรงกลางไปยังขนาดอนุภาคที่ใหญ่ขึ้น โดยบางส่วนรวมเข้ากับพีคขวาสุด ในทางกลับกัน การใช้อัลตราโซนิกให้ผลที่ดีกว่ามาก โดยมีพีคแคบที่มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ 0.1 nm และพีคอีกสองพีคที่เล็กกว่ามากในช่วง 150–280 nm และ 380–800 nm”

การกระจายขนาดอนุภาคของระบบกระจายตัวนาโน TiO2 ในน้ำ (10mgmL−1, pH = 9) ที่เตรียมด้วยเทคนิคการกระจายตัวต่าง ๆ การใช้อัลตราโซนิกให้อนุภาคนาโน TiO2 ที่เล็กที่สุดและเส้นโค้งการลดขนาดอนุภาคที่แคบที่สุด เมื่อใช้สารช่วยกระจายตัว (Na-PAA) อัตราส่วนต่อนาโน TiO2 คือ 1:1
(การศึกษาและภาพกราฟิก: © Monteiro และคณะ, 2014)

TiO2 ที่ผ่านการทำแห้งแบบพ่นฝอยก่อนและหลังการบดด้วยอัลตราโซนิก

ผลนี้สอดคล้องกับงานของ Sato และคณะ (2008) ซึ่งรายงานว่าการใช้อัลตราโซนิกให้ผลดีกว่าเทคนิคอื่น ๆ ในการกระจายอนุภาค TiO2 ขนาดนาโนในน้ำ คลื่นกระแทกที่เกิดจากคาวิเทชันทางเสียง / อัลตราโซนิกทำให้เกิดการชนกันระหว่างอนุภาคอย่างรุนแรงมาก และการบดอนุภาคและสลายกลุ่มก้อนอย่างมีประสิทธิภาพจนได้ชิ้นส่วนขนาดนาโนที่สม่ำเสมอ
(เทียบกับ Monteiro และคณะ, 2014)

เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการผลิตวาร์นิช

เมื่อใช้อนุภาคนาโนและสารตัวเติมระดับนาโนในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น การผลิตวาร์นิชและสารเคลือบ ต้องผสมผงแห้งให้เป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว การกระจายอนุภาคนาโนต้องใช้เทคนิคการผสมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิผล ซึ่งให้พลังงานเพียงพอที่จะสลายกลุ่มก้อนเพื่อให้อนุภาคขนาดนาโนแสดงสมบัติของตนได้อย่างเต็มที่ เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักดีในฐานะเครื่องกระจายตัวที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ จึงใช้เพื่อสลายกลุ่มก้อนและกระจายวัสดุต่าง ๆ เช่น ซิลิกา ท่อนาโน กราฟีน แร่ และวัสดุอื่น ๆ อีกมากมายให้เป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว เช่น เรซิน อีพ็อกซี และมาสเตอร์แบตช์เม็ดสี Hielscher Ultrasonics ออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายเครื่องกระจายตัวอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการใช้งานด้านการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการสลายกลุ่มก้อนทุกประเภท
ในการผลิตระบบกระจายตัวระดับนาโน การควบคุมการใช้อัลตราโซนิกอย่างแม่นยำและการประมวลผลสารแขวนลอยอนุภาคนาโนด้วยอัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สมรรถนะสูง เครื่องประมวลผลของ Hielscher Ultrasonics ช่วยให้คุณควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สำคัญทั้งหมดได้อย่างเต็มที่ เช่น พลังงานที่ป้อน ความเข้มอัลตราโซนิก แอมพลิจูด ความดัน อุณหภูมิ และเวลาพำนัก ด้วยเหตุนี้ คุณจึงสามารถปรับพารามิเตอร์ให้เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งนำไปสู่ระบบกระจายตัวระดับนาโนคุณภาพสูง เช่น สลาร์รีนาโนซิลิกาหรือนาโน TiO2

สำหรับทุกปริมาตร / กำลังการผลิต: Hielscher มีเครื่องอัลตราโซนิกและอุปกรณ์เสริมให้เลือกอย่างหลากหลาย จึงสามารถจัดระบบอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานและกำลังการผลิตของคุณได้ ตั้งแต่ขวดขนาดเล็กที่บรรจุเพียงไม่กี่มิลลิลิตรไปจนถึงกระแสของเหลวปริมาตรสูงหลายพันแกลลอนต่อชั่วโมง Hielscher มีโซลูชันอัลตราโซนิกที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการของคุณ
ความหนืดสูง: ระบบอัลตราโซนิกแบบอินไลน์ประมวลผลสูตรที่มีลักษณะคล้ายเพสต์ได้อย่างง่ายดาย เช่น มาสเตอร์แบตช์เม็ดสี ซึ่งผสมเม็ดสีที่มีปริมาณอนุภาคสูงอย่างสม่ำเสมอในส่วนผสมของพลาสติไซเซอร์ มอนอเมอร์ และพอลิเมอร์
ความทนทาน: ระบบอัลตราโซนิกของเราแข็งแรงทนทานและเชื่อถือได้ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทุกเครื่องสร้างขึ้นสำหรับการทำงาน 24/7/365 และต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก
ความสะดวกในการใช้งาน: ซอฟต์แวร์ที่พัฒนาอย่างประณีตของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของเราช่วยให้เลือกและบันทึกการตั้งค่าการใช้อัลตราโซนิกไว้ล่วงหน้าได้ เพื่อให้การใช้อัลตราโซนิกเป็นเรื่องง่ายและเชื่อถือได้ เมนูที่เข้าใจง่ายเข้าถึงได้สะดวกผ่านจอสัมผัสดิจิทัลสี การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ช่วยให้คุณใช้งานและตรวจติดตามผ่านอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ใดก็ได้ การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติจะบันทึกพารามิเตอร์กระบวนการของการใช้อัลตราโซนิกแต่ละครั้งลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งอยู่ภายใน
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีเยี่ยม: เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการกระจายตัวทางเลือก เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher โดดเด่นด้วยประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ยอดเยี่ยมและผลการกระจายขนาดอนุภาคที่เหนือกว่า
คุณภาพสูงและความทนทาน: เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการยอมรับด้านคุณภาพ ความน่าเชื่อถือ และความทนทาน Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: