Vernikler Nanodolgularla Nasıl Karıştırılır?

Vernik üretimi, formülasyona eşit biçimde disperse edilmesi gereken nanopartikülleri ve pigmentleri işleyebilen güçlü karıştırma ekipmanları gerektirir. Ultrasonik homojenizatörler, nanopartiküllerin polimerler içinde homojen dağılımını sağlayan, son derece verimli ve güvenilir bir dispersiyon tekniğidir.

Yüksek Performanslı Ultrasonik Karıştırıcılarla Vernik Üretimi

Vernik; reçinelerden (ör. akrilik, poliüretan, alkid, gomalak), kuruyan yağdan, metal esaslı bir kurutucudan ve uçucu çözücülerden (ör. nafta, mineral tiner veya tiner) formüle edilen, berrak, şeffaf ve sert bir koruyucu kaplama veya film olarak tanımlanır. Vernik kuruduğunda içerdiği çözücü buharlaşır ve kalan bileşenler oksitlenerek veya polimerleşerek dayanıklı, şeffaf bir film oluşturur. Vernikler çoğunlukla ahşap yüzeyler, tablolar ve çeşitli dekoratif nesneler için koruyucu kaplama olarak kullanılırken, UV ile kürlenen vernikler otomobil kaplamalarında, kozmetikte, gıdada, bilimde ve diğer alanlarda kullanılır.

Vernikte Nanosilikanın Ultrasonik Dispersiyonu

Ultrasonik dispersiyonun yaygın bir örneği, verniklere tiksotropik özellikler kazandırmak için genellikle eklenen kolloidal silikaların formülasyona katılmasıdır.
Örneğin, nanosilika dolgulu polieterimid vernik, standart bir verniğe kıyasla otuz kata kadar daha uzun bir kullanım ömrü sergiler. Nanosilika, verniğin elektriksel iletkenliği, DC ve AC dielektrik dayanımları ve bağlanma dayanımı gibi özelliklerini iyileştirir. Bu nedenle ultrasonik disperserler, elektriksel olarak iletken kaplamaların üretiminde yaygın olarak kullanılır.
Diğer silikat mineralleri olan vollastonit, talk, mika, kaolin, feldspat ve nefelin siyenit, ucuz dolgu maddeleridir ve kaplamalarda reolojiyi (viskoziteyi), çökelme kararlılığını ve film dayanımını değiştirmek için eklenen, dolgu pigmentleri olarak adlandırılan maddeler şeklinde yaygın olarak kullanılır.

Nanodolgu Dispersiyonunda Sonikatörlerin Araştırmalarla Kanıtlanmış Üstünlüğü

Monteiro ve ark. (2014), yaygın dispersiyon teknolojilerini – yani rotor-stator karıştırıcıyı, Cowles çarkını ve ultrasonik prob tipi disperseri – titanyum dioksitin (TiO2, anataz) dispersiyonundaki verimlilikleri açısından karşılaştırmıştır. Geleneksel Na-PAA polielektroliti kullanılarak nanopartiküllerin suda disperse edilmesinde ultrasonikasyonun en verimli yöntem olduğu ortaya çıkmış ve ultrasonikasyon, rotor-stator veya Cowles çarkıyla karıştırmadan önemli ölçüde üstün olmuştur.
Çalışmanın Ayrıntıları: İyi deaglomere edilmiş bir sulu nano-TiO2 süspansiyonu oluşturmada en etkili tekniği belirlemek için farklı dispersiyon teknikleri karşılaştırılmıştır. Endüstride sulu TiO2 dispersiyonları için geleneksel olarak kullanılan poliakrilik asidin sodyum tuzu (Na-PAA), referans dispersiyon ajanı olarak kullanılmıştır. Şekil 1; Cowles disperseri (2000 rpm hızda 30 min), rotor-stator karıştırıcı (14.000 rpm hızda 30 min) ve prob tipi ultrasonikasyon (Hielscher UIP1000hdT, %50 genlikte 2 min) kullanılarak elde edilen hacim esaslı partikül boyutu dağılımlarını (PSD) göstermektedir. “Cowles disperseri kullanıldığında partikül boyutları üç farklı aralıkta olmuştur: 40–100 nm, 350–1000 nm ve 1200–4000 nm. Büyük aglomeralar dağılıma açıkça hâkimdir; bu da tekniğin verimsiz olduğunu göstermektedir. Rotor-stator da nanopartiküllerin tek seferde veya karıştırma süresi boyunca kademeli olarak eklenmesinden bağımsız olarak tatmin edici olmayan sonuçlar vermiştir. Cowles sonucunda gözlenen başlıca fark, ortadaki pikin daha büyük partikül boyutuna kayması ve en sağdaki pikle kısmen birleşmesiyle ilişkilidir. Öte yandan, ultrason kullanımı, merkezi 0,1 nm olan dar bir pik ve 150–280 nm ile 380–800 nm aralıklarında çok daha küçük iki pik ile çok daha iyi bir sonuç vermiştir.”

Farklı dispersiyon teknikleri kullanılarak hazırlanan sulu nano-TiO2 dispersiyonlarının (10mgmL−1, pH = 9) partikül boyutu dağılımları. Ultrasonikasyon, en küçük TiO2 nanopartiküllerini ve en dar partikül boyutu küçültme eğrilerini verir. Dispersiyon ajanı (Na-PAA) kullanıldığında nano-TiO2 miktarına oranı 1:1 olmuştur.
(çalışma ve grafik: © Monteiro ve ark., 2014)

Ultrasonik öğütme öncesinde ve sonrasında püskürtmeli kurutmayla kurutulmuş TiO2

Bu sonuç, nano boyutlu TiO2 partiküllerinin suda disperse edilmesinde ultrasonikasyonla diğer tekniklere kıyasla daha iyi sonuçlar elde edildiğini bildiren Sato ve ark. (2008) çalışmasıyla uyumludur. Akustik / ultrasonik kavitasyonun oluşturduğu şok dalgaları, partiküller arasında son derece yoğun çarpışmalara ve partiküllerin verimli biçimde öğütülüp deaglomere edilerek eş boyutlu nano ölçekli parçalara dönüşmesine yol açar.
(bkz. Monteiro ve ark., 2014)

Vernik Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonik Homojenizatörler

Nanopartiküller ve nanodolgular, vernik ve kaplama üretimi gibi endüstriyel üretim süreçlerinde kullanıldığında, kuru tozun sıvı faza homojen biçimde karıştırılması gerekir. Nanopartikül dispersiyonu, nano ölçekli partiküllerin özelliklerini açığa çıkarmak üzere aglomeraları parçalamak için yeterli enerji uygulayan güvenilir ve etkili bir karıştırma tekniği gerektirir. Sonikatörler, güçlü ve güvenilir disperserler olarak iyi bilinir; bu nedenle silika, nanotüpler, grafen, mineraller ve diğer birçok malzemeyi deaglomere etmek ve reçineler, epoksiler ve pigment masterbatchleri gibi sıvı fazlara homojen biçimde dağıtmak için kullanılır. Hielscher Ultrasonics, her türlü homojenizasyon ve deaglomerasyon uygulaması için yüksek performanslı ultrasonik disperserler tasarlar, üretir ve dağıtır.
Nano dispersiyonların üretiminde, yüksek performanslı ürünler elde etmek için hassas sonikasyon kontrolü ve nanopartikül süspansiyonunun güvenilir biçimde ultrasonik işleme tabi tutulması şarttır. Hielscher Ultrasonics işlemcileri; enerji girdisi, ultrasonik yoğunluk, genlik, basınç, sıcaklık ve alıkonma süresi gibi tüm önemli işlem parametreleri üzerinde size tam kontrol sağlar. Böylece parametreleri optimize edilmiş koşullara göre ayarlayabilirsiniz; bu da sonrasında nanosilika veya nano-TiO2 bulamaçları gibi yüksek kaliteli nano dispersiyonların elde edilmesini sağlar.

Her türlü hacim / kapasite için: Hielscher, sonikatörler ve geniş bir aksesuar portföyü sunar. Bu, uygulamanız ve üretim kapasiteniz için ideal ultrasonik sistemin yapılandırılmasına olanak tanır. Birkaç mililitre içeren küçük şişelerden saatte binlerce galonluk yüksek hacimli akışlara kadar Hielscher, süreciniz için uygun ultrasonik çözümü sunar.
Yüksek viskoziteler: Ultrasonik hat içi sistemler, bir pigmentin yüksek partikül yüklemesinde plastikleştirici, monomer ve polimer karışımına eşit biçimde karıştırıldığı pigment masterbatchleri gibi macun kıvamındaki formülasyonları kolayca işler.
Sağlamlık: Ultrasonik sistemlerimiz sağlam ve güvenilirdir. Tüm Hielscher sonikatörleri 24/7/365 çalışacak şekilde üretilir ve çok az bakım gerektirir.
Kullanım kolaylığı: Ultrasonik cihazlarımızın gelişmiş yazılımı, basit ve güvenilir bir sonikasyon için sonikasyon ayarlarının önceden seçilmesine ve kaydedilmesine olanak tanır. Sezgisel menüye dijital renkli dokunmatik ekran üzerinden kolayca erişilebilir. Tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol, herhangi bir internet tarayıcısıyla çalıştırmanıza ve izlemenize olanak tanır. Otomatik veri kaydı, her sonikasyon çalışmasının işlem parametrelerini yerleşik bir SD karta kaydeder.
Mükemmel enerji verimliliği: Alternatif dispersiyon teknolojileriyle karşılaştırıldığında Hielscher sonikatörleri, olağanüstü enerji verimliliği ve partikül boyutu dağılımındaki üstün sonuçlarıyla öne çıkar.
Yüksek Kalite ve Sağlamlık: Hielscher sonikatörleri, kaliteleri, güvenilirlikleri ve sağlamlıklarıyla tanınır. Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en ileri teknolojiye ve kullanım kolaylığına sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: