Ультразвук у складі покриття

Різні компоненти, такі як пігменти, наповнювачі, хімічні добавки, зшивачі та реологічні модифікатори, надходять у композиції для покриття та фарбування. Ультразвук є ефективним засобом для дисперсії та емульгування, деагломерації та фрезерування таких компонентів у покритті.

Ультразвук використовується при формуванні покриттів для:

• емульгування полімерів у водних системах
• диспергування та тонкого фрезерування пігментів
• зменшення розмірів наноматеріалів у високоефективних покриттях

Покриття поділяються на дві великі категорії: водні та розчинники на основі смол і покриттів. У кожного типу є свої виклики. Напрямки, що закликають до зниження ЛОС і високих цін на розчинники, стимулюють зростання технологій покриття водними смолами. Використання ультразвуку може підвищити продуктивність таких екологічних систем.

Покращена рецептура покриття завдяки ультразвуковому дослідженню

Ультразвук може допомогти формуляторам архітектурних, промислових, автомобільних та дерев'яних покриттів для підвищення характеристик покриття, таких як міцність кольору, подряпини, тріщини та стійкість до ультрафіолету або електропровідність. Деякі з цих характеристик покриття досягаються включенням нанорозмірних матеріалів, наприклад, оксидів металів (TiO₂, Кремнезем, Ceria, ZnO, …)

Ультразвук в подальшому допомагає в знежиренні (втягнуті бульбашки) і дегазації (розчинений газ) високов'язких продуктів. Детальніше про ультразвукової де-аерації та дегазації рідин!

Як ультразвукова дисперсна технологія може бути використана на лабораторному, стендовому та промисловому рівні виробництва, що дозволяє забезпечити пропускну здатність понад 10 тонн / годину, вона застосовується в R&Стадія D і в комерційному виробництві. Результати процесу можна легко масштабувати і лінійно.

Ультразвукові пристрої Hielscher дуже енергоефективні. Пристрої перетворюють приблизно від 80 до 90% електричної вхідної потужності в механічну активність в рідині. Це призводить до істотного зниження витрат на обробку.

Перейшовши за посиланнями нижче, ви можете прочитати більше про використання високоефективного ультразвуку для

• емульгування полімерів у водних системах,
• диспергування та тонкого фрезерування пігментів,
• і зменшення розміру наноматеріалів.

Полімеризація емульсії за допомогою ультразвукової обробки

Традиційні склади покриттів використовують основну полімерну хімію. Перехід на технологію покриття на водній основі впливає на вибір сировини, властивості та методології рецептури.

У звичайній емульсійній полімеризації, наприклад, для водовідних покриттів, частинки побудовані від центру до їхньої поверхні. Кінетичні фактори впливають на однорідність і морфологію частинок.

Ультразвукова обробка може бути використана двома способами генерування полімерних емульсій.

• З верху до низу: Емульгування/Розсіювання більших частинок полімеру, щоб генерувати менші частки за зменшенням розміру
• Знизу вгору: Використання ультразвуку до або під час полімеризації частинок

 

 

Наночастинкові полімери в Miniemulsions

Полімеризація частинок в мініемульсіях дозволяє виготовляти дисперсні полімерні частинки з хорошим контролем за розміром частинок. Синтез наночастинок полімеру в мініемульсіях (також відомих як нанореактори), представлений К. Ландфестером (2001), є відмінним методом утворення полімерних наночастинок. Цей підхід використовує велику кількість малих нанокомпартментів (дисперсна фаза) в емульсії як нанореактори. У них частинки синтезуються дуже паралельно в окремих, обмежених крапельках. У своїй роботі Landfester (2001) представляє полімеризацію в нанореакторах у високій досконалості для генерації високоодечних частинок майже однорідного розміру. На зображенні вище показані частинки, отримані за допомогою ультразвукової поліаддиції в мініемульсіях.

Дрібні краплі, що утворюються при застосуванні високого зсуву (ультразвуку) і стабілізуються стабілізуючими агентами (емульгаторами), можуть бути загартовані подальшою полімеризацією або зниженням температури у випадку низькотемпературних плавильних матеріалів. Оскільки ультразвук може виробляти дуже маленькі краплі майже однакового розміру в партії та виробничому процесі, це дозволяє добре контролювати кінцевий розмір частинок. Для полімеризації наночастинок гідрофільні мономери можуть емульгуватися в органічну фазу, а гідрофобні мономери - в воду.

При зменшенні розміру частинок при цьому збільшується загальна площа поверхні частинок. На малюнку зліва показана кореляція між розміром частинок і площею поверхні у випадку сферичних частинок. Тому кількість ПАР, необхідне для стабілізації емульсії, збільшується практично лінійно із загальною площею поверхні частинок. Тип і кількість ПАР впливає на розмір крапель. Крапельки від 30 до 200 нм можна отримати за допомогою аніонних або катіонних ПАР.

Пігменти в покритті

Органічні і неорганічні пігменти є важливою складовою складів покриття. Для того, щоб максимально збільшити продуктивність пігменту, необхідний хороший контроль над розміром частинок. При додаванні пігментного порошку в водні, розчинникові або епоксидні системи окремі частинки пігменту мають властивість утворювати великі агломерати. Високозрізальні механізми, такі як ротор-статорні змішувачі або млини з бісеру-мішалки, зазвичай використовуються для розбиття таких агломератів і для сточування окремих частинок пігменту. Ультразвук у надзвичайно ефективній альтернативі для цього етапу у виробництві покриттів.

Графіки нижче показують вплив ультразвукової обробки на розмір перлового пігменту блиску. Ультразвук подрібнює окремі частинки пігменту шляхом високошвидкісного міжчастинкового зіткнення. Помітною перевагою ультразвуку є високий вплив кавітаційних сил зсуву, що робить непотрібним використання шліфувальних тіл (наприклад, намистин, перлів). Оскільки частинки прискорюються надзвичайно швидкими рідкими струменями до 1000 км/год, вони сильно стикаються і розбиваються на дрібні шматочки. Стирання частинок надає ультразвуково фрезерованим частинкам гладку поверхню. Загалом, ультразвукове фрезерування та дисперсія призводить до дрібнорозмірного та рівномірного розподілу частинок.

 

Ультразвукове фрезерування та диспергування часто перевершує високошвидкісні змішувачі та медіа-млини, оскільки ультразвукова обробка забезпечує більш послідовну обробку всіх частинок. Як правило, ультразвук виробляє менші розміри частинок і вузький розподіл розмірів частинок (криві фрезерування пігменту). Це покращує загальну якість дисперсій пігменту, оскільки більші частинки, як правило, перешкоджають обробці, блиску, стійкості та оптичному вигляду.

Оскільки фрезерування та подрібнення частинок базується на міжчастинковому зіткненні в результаті ультразвукової кавітації, ультразвукові реактори можуть обробляти досить високі тверді концентрації (наприклад, основні партії) і все ще виробляти хороші ефекти зменшення розміру. У таблиці нижче представлені фотографії мокрого фрезерування TiO2.

На графіку нижче показані криві розподілу розмірів частинок для деагломерації Діоксиду титану Degussa anatase шляхом ультразвуку. Вузька форма кривої після ультразвукової обробки є типовою особливістю ультразвукової обробки.

Нанорозмірні матеріали у високоефективних покриттях

Нанотехнологія є нові технології, що робить свій шлях у багатьох галузях промисловості. Наноматеріали і нанокомпозити використовуються при фарбувальні склади, наприклад, для підвищення стирання та опору подряпин або УФ-стабільності. Найбільшим викликом для застосування в покриттів є збереження прозорості, ясності, і блиск. Тому Наночастки дуже малі, щоб уникнути втручання видимого спектру світла. Для багатьох застосувань, це істотно нижче, ніж 100 нм.

Мокре подрібнення високопродуктивних компонентів до нанометрового діапазону стає важливим етапом у розробці наноінженерних покриттів. Будь-які частинки, які заважають видимому світлу, викликають серпанок і втрату прозорості. Тому потрібні дуже вузькі розмірні розподіли. Ультразвук є дуже ефективним засобом для тонкого фрезерування твердих тіл. Ультразвукова / акустична кавітація в рідинах викликає високу швидкість міжчастинкових зіткнень. На відміну від звичайних млинів з бісеру та галькових млинів, самі частинки компінують один одного, роблячи фрезерні середовища непотрібними.

Компанії, як Панадур (Німеччина) використовувати ультразвукові апарати Hielscher для диспергування та деагломерації наноматеріалів у формових покриттях. Натисніть тут, щоб дізнатись більше про ультразвукову дисперсію формових покриттів!

Для ультразвукової обробки легкозаймистих рідин або розчинників у небезпечних середовищах доступні процесори, сертифіковані ATEX. Дізнайтеся більше про сертифікований Atex ультраакулятор UIP1000-Exd!