Як змішувати лаки з нанонаповнювачами

Виробництво лаків вимагає потужного обладнання для змішування, яке може обробляти наночастинки та пігменти, які повинні бути рівномірно дисперговані у формулі. Ультразвукові гомогенізатори є високоефективним і надійним методом диспергування, який забезпечує однорідний розподіл наночастинок у полімерах.

Виробництво лаків за допомогою високоефективних ультразвукових змішувачів

Лак описується як прозоре, тверде захисне покриття або плівка, що виготовляється з смол (наприклад, акрилових, поліуретанових, алкідних, шеллачних), олії висихання, металічного сушника та летких розчинників (наприклад, нафти, мінерального спирту або розріджувача). Коли лак висихає, розчинник, що міститься в ньому, випаровується, а решта компонентів окислюються або полімеризуються, утворюючи міцну прозору плівку. Лаки переважно використовуються як захисні покриття для дерев’яних поверхонь, картин та різних декоративних предметів, тоді як УФ-отверджувані лаки використовуються в автомобільних покриттях, косметиці, харчовій промисловості, науці та інших галузях.

Ультразвукове диспергування нано-діоксиду кремнію в лаку

Загальним прикладом ультразвукового диспергування є введення колоїдних діоксидів кремнію, які зазвичай додаються для надання лакам тіксотропних властивостей.
Наприклад, лак на основі поліефірімід, наповнений нано-діоксидом кремнію, демонструє термін служби до тридцяти разів вищий, ніж стандартний лак. Нано-діоксид кремнію покращує властивості лаку, такі як його електропровідність, його постійна та змінна діелектрична міцність і його адгезійна міцність. Тому ультразвукові диспергатори широко використовуються для виробництва електропровідних покриттів.
Інші силікатні мінерали, волластоніт, тальк, слюда, каолін, польовий шпат і нефеліновий сієніт є дешевими наповнювачами та широко використовуються як так звані пігменти-наповнювачі, які додаються для модифікації реології (в’язкості), стабільності седиментації та міцності плівки в покриттях.

Дослідження підтверджують перевагу ультразвукових обробників для диспергування нанонаповнювачів

Monteiro et al. (2014) порівняли загальновідомі технології диспергування – а саме ротор-статорний змішувач, імператор Cowles і ультразвуковий диспергатор зондового типу – щодо їхньої ефективності в диспергуванні діоксиду титану (TiO2, анатаз). Ультразвукова обробка виявилася найбільш ефективною для диспергування наночастинок у воді з використанням звичайного поліелектроліту Na-PAA і значно перевершила змішування за допомогою ротор-статорного змішувача або імператора Cowles.
Деталі дослідження: Різні техніки диспергування порівнювалися для визначення найбільш ефективної для створення добре дезагрегованої водної суспензії нано-TiO2. Натрієва сіль поліакрилової кислоти (Na-PAA), що зазвичай використовується в промисловості для водних дисперсій TiO2, використовувалася як референтний диспергатор. Рис. 1 показує отримані розподіли частинок за об’ємом (PSD), використовуючи диспергатор Cowles (30 хв при 2000 об/хв), ротор-статорний змішувач (30 хв при 14 000 об/хв) і ультразвукову обробку зондового типу (Hielscher UIP1000hdT, 2 хв при 50% амплітуди). “Використання диспергатора Cowles дало розміри частинок у трьох різних діапазонах: 40–100 nm, 350–1000 nm і 1200–4000 nm. Більші агломерати явно домінують у розподілі, показуючи, що ця техніка є неефективною. Ротор-статорний змішувач також дав незадовільні результати, незалежно від того, чи додавалися наночастинки одразу або поступово протягом часу змішування. Головна відмінність, спостережена в результатах Cowles, пов’язана зі зсувом середнього піку до більшого розміру частинок, частково зливаючись з правим піком. З іншого боку, використання ультразвуку дало значно кращий результат, з вузьким піком, центрованим на 0,1 nm, і двома значно меншими піками в діапазонах 150–280 nm і 380–800 nm.”

Розподіли розмірів частинок водних дисперсій нано-TiO2 (10 mgmL−1, pH = 9), приготованих за допомогою різних методів диспергування. Ультразвукова обробка забезпечує найменші наночастинки TiO2 і найвужчі криві зменшення розміру частинок. Коли використовувався диспергатор (Na-PAA), його співвідношення до нано-TiO2 становило 1:1.
(дослідження та графік: © Monteiro et al., 2014)

TiO2, висушений розпиленням, до та після ультразвукового млинового подрібнення

Цей результат узгоджується з роботою Sato et al. (2008), у якій повідомляється про кращі результати за допомогою ультразвукової обробки порівняно з іншими методами для диспергування нанорозмірних частинок TiO2 у воді. Ударні хвилі, створені акустичною / ультразвуковою кавітацією, призводять до надзвичайно інтенсивних міжчастинкових зіткнень та ефективного подрібнення частинок і деагломерації до однорідних фрагментів нанорозміру.
(пор. Monteiro et al., 2014)

Високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори для виробництва лаків

Коли наночастинки та нанонаповнювачі використовують у промислових виробничих процесах, таких як виробництво лаків і покриттів, сухий порошок необхідно однорідно змішати з рідкою фазою. Диспергування наночастинок потребує надійного й ефективного методу змішування, який забезпечує достатню кількість енергії для руйнування агломератів, щоб розкрити властивості нанорозмірних частинок. Ультразвукові обробники добре відомі як потужні та надійні диспергатори, тому їх використовують для деагломерації та однорідного розподілу різних матеріалів, таких як діоксид кремнію, нанотрубки, графен, мінерали та багато інших матеріалів, у рідкій фазі, наприклад у смолах, епоксидних смолах і пігментних концентратах. Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та постачає високоефективні ультразвукові диспергатори для будь-яких завдань гомогенізації та деагломерації.
Для виробництва нанодисперсій точне керування ультразвуковою обробкою та надійна ультразвукова обробка суспензії наночастинок є необхідними для отримання продукції з високими експлуатаційними характеристиками. Ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics забезпечують вам повний контроль над усіма важливими параметрами обробки, такими як підведена енергія, інтенсивність ультразвуку, амплітуда, тиск, температура та час перебування. Завдяки цьому ви можете налаштувати параметри відповідно до оптимізованих умов, що в подальшому забезпечує отримання високоякісних нанодисперсій, таких як суспензії нанодіоксиду кремнію або нано-TiO2.

Для будь-якого об’єму / місткості: Hielscher пропонує ультразвукові обробники та широкий портфель аксесуарів. Це дозволяє налаштувати ідеальну ультразвукову систему для вашого застосування та виробничої потужності. Від невеликих флаконів, що містять кілька мілілітрів, до високотемпових потоків тисяч галонів на годину, Hielscher пропонує відповідне ультразвукове рішення для вашого процесу.
Високі в’язкості: Ультразвукові потокові системи легко обробляють пастоподібні формуляції, наприклад, пігментні майстер-батчі, де пігмент змішується з високим навантаженням частинок однорідно в суміші пластифікатора, мономеру та полімеру.
Надійність: Наші ультразвукові системи є надійними та стабільними. Усі ультразвукові обробники Hielscher розраховані на цілодобову роботу 24/7/365 і потребують мінімального обслуговування.
Зручність використання: Розвинене програмне забезпечення наших ультразвукових пристроїв дозволяє попередньо вибирати та зберігати налаштування ультразвукової обробки для простої та надійної обробки. Інтуїтивно зрозуміле меню легко доступне через цифровий кольоровий сенсорний дисплей. Дистанційне керування через браузер дозволяє експлуатувати та моніторити систему через будь-який інтернет-браузер. Автоматичний запис даних зберігає параметри процесу будь-якого циклу ультразвукової обробки на вбудованій SD-картці.
Відмінна енергоефективність: У порівнянні з альтернативними технологіями диспергування, ультразвукові обробники Hielscher вирізняються видатною енергоефективністю та кращими результатами щодо розподілу розмірів частинок.
Висока якість та надійність: Ультразвукові обробники Hielscher відомі своєю якістю, надійністю та міцністю. Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за стандартом ISO, і приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що характеризуються передовими технологіями та зручністю використання. Звичайно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та задовольняють вимоги UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових обробників: