Kaplama Formülasyonunda Ultrason

Pigmentler, dolgu maddeleri, kimyasal katkı maddeleri, çapraz bağlayıcılar ve reoloji değiştiriciler gibi çeşitli bileşenler, kaplama ve boya formülasyonlarına girer. Ultrason, bu tür bileşenlerin kaplamalarda dağılması ve emülsifiye edilmesi, deaglomerasyonu ve frezelenmesi için etkili bir araçtır.

Ultrason, aşağıdakiler için kaplamaların formülasyonunda kullanılır:

• Sulu sistemlerde polimerlerin emülsifikasyonu
• Pigmentlerin dispersiyonu ve ince öğütülmesi
• Yüksek performanslı kaplamalarda nanomalzemelerin boyutunun küçültülmesi

Kaplamalar iki geniş kategoriye ayrılır: su bazlı ve solvent bazlı reçineler ve kaplamalar. Her türün kendine özgü zorlukları vardır. VOC'nin azaltılması ve yüksek solvent fiyatları için çağrıda bulunan talimatlar, su bazlı reçine kaplama teknolojilerindeki büyümeyi teşvik ediyor. Ultrasonication kullanımı bu tür çevre dostu sistemlerin performansını artırabilir.

Ultrasonikasyon nedeniyle Gelişmiş Kaplama Formülasyonu

Ultrason, mimari, endüstriyel, otomotiv ve ahşap kaplamaların formülatörlerine renk mukavemeti, çizik, çatlak ve UV direnci veya elektriksel iletkenlik gibi kaplama özelliklerini geliştirmek için yardımcı olabilir. Bu kaplama özelliklerinden bazıları, nano boyutlu malzemelerin, örneğin metal oksitlerin (TiO) dahil edilmesiyle elde edilir.₂, silika, ceria, ZnO, …).

Ultrason, yüksek viskoziteli ürünlerin köpüğünün giderilmesine (sıkışmış kabarcıklar) ve gazın giderilmesine (çözünmüş gaz) daha fazla yardımcı olur. Sıvıların ultrasonik hava alma ve gazdan arındırma hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrasonik dispersiyon teknolojisi laboratuvar, tezgah üstü ve endüstriyel üretim seviyesinde kullanılabildiğinden, 10 ton / saatin üzerinde verim oranlarına izin vererek, R'de uygulanmaktadır.&D aşaması ve ticari üretimde. Proses sonuçları kolayca ölçeklendirilebilir ve doğrusal hale getirilebilir.

Hielscher ultrasonik cihazlar çok enerji verimlidir. Cihazlar, elektrik giriş gücünün yaklaşık � ila 90'ını sıvıdaki mekanik aktiviteye dönüştürür. Bu, önemli ölçüde daha düşük işlem maliyetlerine yol açar.

Aşağıdaki bağlantıları takip ederek, yüksek performanslı ultrason kullanımı hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

• Sulu sistemlerde polimerlerin emülsifikasyonu,
• Pigmentlerin dispersiyonu ve ince öğütülmesi,
• ve Nanomalzemelerin boyutunun küçültülmesi.

Sonikasyon kullanarak Emülsiyon Polimerizasyonu

Geleneksel kaplama formülasyonları temel polimer kimyasını kullanır. Su bazlı kaplama teknolojisine geçiş, hammadde seçimi, özellikleri ve formülasyon metodolojileri üzerinde bir etkiye sahiptir.

Konvansiyonel emülsiyon polimerizasyonunda, örneğin su bazlı kaplamalar için, partiküller merkezden yüzeylerine kadar inşa edilir. Kinetik faktörler parçacık homojenliğini ve morfolojisini etkiler.

Ultrasonik işleme iki şekilde kullanılabilir: polimer emülsiyonları üretir.

• yukarıdan aşağıya: Emülsiyon /dispersiyon boyut küçültme ile daha küçük parçacıklar oluşturmak için daha büyük polimer parçacıkları
• aşağıdan yukarıya: Partikül polimerizasyonu öncesinde veya sırasında ultrason kullanımı

 

 

Miniemülsiyonlarda Nanopartikül Polimerler

Partiküllerin miniemülsiyonlarda polimerizasyonu, partikül boyutu üzerinde iyi kontrol ile dağılmış polimer partiküllerinin üretilmesine izin verir. K. Landfester (2001) tarafından sunulduğu gibi, miniemülsiyonlarda (nanoreaktörler olarak da bilinir) nanopartikül polimer partiküllerinin sentezi, polimerik nanopartiküllerin oluşumu için mükemmel bir yöntemdir. Bu yaklaşım, nanoreaktörler olarak bir emülsiyonda çok sayıda küçük nanokompartmanı (dağılma fazı) kullanır. Bunlarda, parçacıklar bireysel, sınırlı damlacıklarda oldukça paralel bir şekilde sentezlenir. Landfester (2001) makalesinde, nanoreaktörlerdeki polimerizasyonu, neredeyse aynı büyüklükte yüksek derecede özdeş parçacıkların üretilmesi için yüksek mükemmellikte sunmaktadır. Yukarıdaki resim, miniemülsiyonlarda ultrasonik destekli poli ekleme ile elde edilen parçacıkları göstermektedir.

Yüksek kesme (ultrasonikasyon) uygulamasıyla üretilen ve stabilize edici ajanlar (emülgatörler) ile stabilize edilen küçük damlacıklar, müteakip polimerizasyon veya düşük sıcaklıkta eriyen malzemeler durumunda sıcaklık düşüşü ile sertleştirilebilir. Ultrasonication, toplu iş ve üretim sürecinde neredeyse aynı boyutta çok küçük damlacıklar üretebildiğinden, son parçacık boyutu üzerinde iyi bir kontrol sağlar. Nanopartiküllerin polimerizasyonu için, hidrofilik monomerler organik bir faza ve su içinde hidrofobik monomerlere emülsifiye edilebilir.

Partikül boyutu küçültülürken, toplam partikül yüzey alanı aynı anda artar. Soldaki resim, küresel parçacıklar durumunda parçacık boyutu ile yüzey alanı arasındaki korelasyonu göstermektedir. Bu nedenle, emülsiyonu stabilize etmek için gereken yüzey aktif madde miktarı, toplam partikül yüzey alanı ile neredeyse doğrusal olarak artar. Yüzey aktif maddenin türü ve miktarı damlacık boyutunu etkiler. Anyonik veya katyonik yüzey aktif maddeler kullanılarak 30 ila 200 nm'lik damlacıklar elde edilebilir.

Kaplamalardaki Pigmentler

Organik ve inorganik pigmentler, kaplama formülasyonlarının önemli bir bileşenidir. Pigment performansını en üst düzeye çıkarmak için partikül boyutu üzerinde iyi bir kontrol gereklidir. Su bazlı, solvent bazlı veya epoksi sistemlere pigment tozu eklerken, tek tek pigment parçacıkları büyük topaklar oluşturma eğilimindedir. Rotor-stator karıştırıcıları veya karıştırıcı boncuk değirmenleri gibi yüksek parçalayıcı mekanizmalar, geleneksel olarak bu tür aglomeraları kırmak ve tek tek pigment parçacıklarını öğütmek için kullanılmaktadır. Kaplamaların üretiminde bu adım için son derece etkili bir alternatif ultrasonikasyon.

Aşağıdaki grafikler, sonikasyonun bir inci parlaklık pigmentinin boyutu üzerindeki etkisini göstermektedir. Ultrason, tek tek pigment parçacıklarını yüksek hızlı parçacıklar arası çarpışma ile öğütür. Ultrasonication'ın belirgin avantajı, kavitasyonel kesme kuvvetlerinin yüksek etkisidir, bu da taşlama ortamının (örneğin boncuklar, inciler) kullanımını gereksiz kılar. Parçacıklar 1000 km/s'ye kadar aşırı hızlı sıvı jetleri tarafından hızlandırıldıkça, şiddetli bir şekilde çarpışır ve küçük parçalara ayrılır. Parçacık aşınması, ultrasonik olarak öğütülmüş parçacıklara pürüzsüz bir yüzey verir. Genel olarak, ultrasonik frezeleme ve dispersiyon, ince boyutlu ve düzgün bir parçacık dağılımı ile sonuçlanır.

 

Ultrasonik frezeleme ve dağıtma genellikle yüksek hızlı karıştırıcıları ve medya değirmenlerini mükemmelleştirir, çünkü sonikasyon tüm parçacıkların daha tutarlı bir şekilde işlenmesini sağlar. Genellikle, ultrasonikasyon daha küçük parçacık boyutları ve dar bir parçacık boyutu dağılımı (pigment frezeleme eğrileri) üretir. Bu, pigment dispersiyonlarının genel kalitesini iyileştirir, çünkü daha büyük parçacıklar tipik olarak işleme kapasitesine, parlaklığa, dirence ve optik görünüme müdahale eder.

Parçacık öğütme ve öğütme, ultrasonik kavitasyonun bir sonucu olarak parçacıklar arası çarpışmaya dayandığından, ultrasonik reaktörler oldukça yüksek katı konsantrasyonları (örneğin ana partiler) işleyebilir ve yine de iyi boyut küçültme etkileri üretebilir. Aşağıdaki tablo, TiO2'nin ıslak öğütme resimlerini göstermektedir.

Aşağıdaki grafik, Degussa anataz titanyum dioksitin ultrasonikasyon ile deagglomerasyonu için parçacık boyutu dağılım eğrilerini göstermektedir. Sonikasyondan sonra eğrinin dar şekli, ultrasonik işlemenin tipik bir özelliğidir.

Yüksek Performanslı Kaplamalarda Nano Boyutlu Malzemeler

Nanoteknoloji, birçok endüstriye giren gelişmekte olan bir teknolojidir. Nanomalzemeler ve nanokompozitler, örneğin aşınma ve çizilme direncini veya UV stabilitesini artırmak için kaplama formülasyonlarında kullanılmaktadır. Kaplamalarda uygulama için en büyük zorluk, şeffaflığın, berraklığın ve parlaklığın korunmasıdır. Bu nedenle, nanopartiküller ışığın görünür spektrumuna müdahale etmemek için çok küçük olmuştur. Birçok uygulama için bu, 100nm'den önemli ölçüde daha düşüktür.

Yüksek performanslı bileşenlerin nanometre aralığına kadar ıslak öğütülmesi, nanomühendislik kaplamaların formülasyonunda çok önemli bir adım haline gelir. Görünür ışığa müdahale eden herhangi bir parçacık, pusa ve şeffaflıkta kayba neden olur. Bu nedenle çok dar boyut dağılımları gereklidir. Ultrasonikasyon, katıların ince öğütülmesi için çok etkili bir araçtır. Sıvılarda ultrasonik / akustik kavitasyon, yüksek hızlı parçacıklar arası çarpışmalara neden olur. Geleneksel boncuk değirmenlerinden ve çakıl değirmenlerinden farklı olarak, parçacıkların kendileri birbirini sıkıştırır ve frezeleme ortamını gereksiz kılar.

Gibi şirketler Panadur (Almanya) Kalıp içi kaplamalarda nanomalzemelerin dağılması ve deagglomeration için Hielscher ultrasonicators kullanın. Kalıp içi kaplamaların ultrasonik dispersiyonu hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!

Tehlikeli ortamlarda yanıcı sıvıların veya çözücülerin sonikasyonu için ATEX sertifikalı işlemciler mevcuttur. Atex sertifikalı ultrasonicator UIP1000-Exd hakkında daha fazla bilgi edinin!