Як змішувати лаки з нанонаповнювачами

Для виробництва лаків потрібне потужне змішувальне обладнання, яке може впоратися з наночастинками та пігментами, які повинні бути рівномірно дисперговані в рецептурі. Ультразвукові гомогенізатори є високоефективною та надійною технікою диспергування, яка забезпечує однорідний розподіл наночастинок у полімери.

Виробництво лаку за допомогою високопродуктивних ультразвукових міксерів

Лак описується як прозоре прозоре тверде захисне покриття або плівка, яка складається зі смол (наприклад, акрилу, поліуретану, алкіду, шелаку), оліфи, металевого сушарника та летких розчинників (наприклад, нафти, мінерального спирту або розчинника). Коли лак висихає, що міститься в ньому розчинник випаровується, а решта складові окислюються або полімеризуються, утворюючи міцну прозору плівку. Лаки в основному використовуються як захисні покриття для дерев'яних поверхонь, картин та різних декоративних предметів, тоді як лаки ультрафіолетового затвердіння використовуються в автомобільних покриттях, косметиці, харчовій, науковій та інших галузях.

Ультразвукова дисперсія нано-кремнезему в лаку

Поширеним прикладом ультразвукового диспергування є включення колоїдних кремнеземів, які зазвичай додають для додання лакам тиксотропних властивостей.
Наприклад, поліефірімідний лак з нанокремнеземистим напиленням демонструє збільшений термін служби до тридцяти разів вище, ніж стандартний. Нанокремнезем покращує властивості лаку, такі як його електропровідність, його діелектрична міцність постійного та змінного струму та міцність зчеплення. Тому ультразвукові диспергатори широко використовуються для виробництва електропровідних покриттів.
Інші силікатні мінерали, волластоніт, тальк, слюда, каолін, польовий шпат і нефелін-сієніт є дешевими наповнювачами і широко використовуються як так звані пігменти-екстендери, які додаються для зміни реології (в'язкості), стабільності седиментації та міцності плівки в покриттях.

Дослідження довели перевагу ультразвукових апаратів для диспергування нанонаповнювачів

Monteiro et al. (2014) порівняли поширені дисперсні технології – а саме роторно-статорний змішувач, робоче колесо Каулза та ультразвуковий диспергатор зондового типу – щодо їх ефективності в диспергуванні діоксиду титану (TiO2, анатаза). Ультразвук виявився найбільш ефективним для диспергування наночастинок у воді за допомогою звичайного поліелектроліту Na-PAA і значно перевершив змішування з ротором-статором або робочим колесом Коулза.
Деталі дослідження: Порівнювали різні методи дисперсії з метою виявлення найбільш ефективної у створенні добре деагломерованої водної суспензії nano-TiO2. В якості еталонного диспергатора використовувалася натрієва сіль поліакрилової кислоти (Na-PAA), яка традиційно використовується в промисловості для водних дисперсій TiO2. На рисунку 1 показаний розподіл об'ємних частинок за розміром (PSD), отриманий за допомогою диспергатора Коулза (30 хв при 2000 об/хв), роторно-статорного змішувача (30 хв при 14000 об/хв) та зондового ультразвуку (Hielscher UIP1000hdT, 2 хв з амплітудою 50%). “За допомогою диспергатора Коулза розміри частинок знаходилися в трьох різних діапазонах: 40–100 нм, 350–1000 нм і 1200–4000 нм. Більші агломери явно домінують у розподілі, що свідчить про неефективність цієї методики. Ротор-статор також показав незадовільні результати, незалежно від того, чи наночастинки додавалися відразу або поступово під час змішування. Основна відмінність, що спостерігається в результаті Коулза, пов'язана зі зміщенням середнього піку до більшого розміру частинок, частково зливаючись з крайнім правим піком. З іншого боку, використання ультразвуку дало набагато кращий результат, з вузьким піком з центром 0,1 нм і двома набагато меншими в діапазонах 150–280 нм і 380–800 нм.”

Гранулометричний склад водних дисперсій нано-TiO2 (10 мгмл−1, рН = 9), приготованих з використанням різних методів дисперсії. Ультразвук дає найменші наночастинки TiO2 і найвужчі криві зменшення розміру частинок. Коли використовувався диспергатор (Na-PAA), співвідношення до нано-TiO2 становило 1:1.
(дослідження та графіка: © Monteiro et al., 2014)

Висушений розпиленням TiO2 до і після ультразвукового фрезерування

Цей результат узгоджується з роботою Sato et al. (2008), які повідомляють про кращі результати ультразвуку, ніж при інших методах диспергування нанорозмірних частинок TiO2 у воді. Ударні хвилі, що створюються акустичною / ультразвуковою кавітацією, призводять до високоінтенсивних зіткнень між частинками та ефективного подрібнення та деагломерації до однорідних нанорозмірних фрагментів.
(пор. Monteiro et al., 2014)

Високоефективні ультразвукові гомогенізатори для виробництва лаків

Коли наночастинки та нанонаповнювачі використовуються в промислових виробничих процесах, таких як виробництво лаків та покриттів, сухий порошок повинен бути однорідно змішаний у рідку фазу. Диспергування наночастинок вимагає надійної та ефективної техніки змішування, яка застосовує достатньо енергії для розщеплення агломератів, щоб розкрити якості нанорозмірних частинок. Ультразвукові апарати добре відомі як потужні та надійні диспергатори, тому використовуються для деагломерації та розподілу різних матеріалів, таких як кремнезем, нанотрубки, графен, мінерали та багато інших матеріалів, однорідно в рідку фазу, таких як смоли, епоксидні смоли та пігментні майстер-пакети. Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високоефективні ультразвукові диспергатори для будь-яких видів гомогенізації та деагломерації.
Коли справа доходить до виробництва нанодисперсій, точний контроль ультразвуку та надійна ультразвукова обробка суспензії наночастинок мають важливе значення для отримання високопродуктивних продуктів. Процесори Hielscher Ultrasonics дають вам повний контроль над усіма важливими параметрами обробки, такими як вхідна енергія, інтенсивність ультразвуку, амплітуда, тиск, температура та час утримання. Таким чином, ви можете налаштувати параметри до оптимізованих умов, що згодом призводить до високоякісної нанодисперсії, такої як нанокремнезем або суспензії nano-TiO2.

Для будь-якого обсягу / ємності: Hielscher пропонує ультразвукові апарати та широкий асортимент аксесуарів. Це дозволяє конфігурувати ідеальну ультразвукову систему для вашого застосування та виробничих потужностей. Від невеликих флаконів, що містять кілька мілілітрів, до потоків великого об'єму в тисячі галонів на годину, Hielscher пропонує відповідне ультразвукове рішення для вашого процесу.
Висока в'язкість: Ультразвукові вбудовані системи легко обробляють пастоподібні склади, наприклад, пігментні майстер-партії, де пігмент змішується при високому навантаженні частинок рівномірно в суміші пластифікатора, мономеру та полімеру.
Надійності: Наші ультразвукові системи міцні та надійні. Всі ультразвукові апарати Hielscher створені для роботи 24/7/365 і вимагають дуже незначного обслуговування.
Зручність у використанні: Розроблене програмне забезпечення наших ультразвукових апаратів дозволяє здійснювати попередній вибір і збереження налаштувань ультразвуку для простого і надійного проведення ультразвукового дослідження. Інтуїтивно зрозуміле меню легко доступне за допомогою цифрового кольорового сенсорного дисплея. Віддалене керування браузером дозволяє керувати та контролювати через будь-який інтернет-браузер. Автоматичний запис даних зберігає параметри процесу будь-якого ультразвукового дослідження, виконаного на вбудованій SD-карті.
Відмінна енергоефективність: У порівнянні з альтернативними дисперсійними технологіями, ультразвукові апарати Hielscher відрізняються видатною енергоефективністю та чудовими результатами розподілу частинок за розміром.
Висока якість & Надійності: Ультразвукові апарати Hielscher визнані за свою якість, надійність і міцність. Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: