Siêu âm trong công thức lớp phủ
Các thành phần khác nhau, chẳng hạn như bột màu, chất độn, phụ gia hóa học, liên kết ngang và chất sửa đổi lưu biến đi vào lớp phủ và công thức sơn. Siêu âm là một phương tiện hiệu quả để phân tán và nhũ hóa, deagglomeration và phay của các thành phần như vậy trong lớp phủ.
Siêu âm được sử dụng trong việc xây dựng các lớp phủ cho:
- nhũ tương hóa polyme trong hệ thống nước
- phân tán và xay mịn bột màu
- giảm kích thước vật liệu nano trong lớp phủ hiệu suất cao
Lớp phủ được chia thành hai loại lớn: nhựa và lớp phủ gốc nước và dung môi. Mỗi loại đều có những thách thức riêng. Các hướng dẫn kêu gọi giảm VOC và giá dung môi cao kích thích tăng trưởng trong công nghệ phủ nhựa gốc nước. Việc sử dụng ultrasonication có thể nâng cao hiệu suất của các hệ thống thân thiện với môi trường như vậy.
Tăng cường lớp phủ xây dựng do ultrasonication
Siêu âm có thể giúp các nhà xây dựng lớp phủ kiến trúc, công nghiệp, ô tô và gỗ tăng cường các đặc tính của lớp phủ, chẳng hạn như độ bền màu, trầy xước, nứt và chống tia cực tím hoặc dẫn điện. Một số đặc tính lớp phủ này đạt được bằng cách bao gồm các vật liệu có kích thước nano, ví dụ như oxit kim loại (TiO2, silica, ceria, ZnO, …).
Hệ thống siêu âm 2x 1000 watt siêu âm phân tán trong tủ thanh lọc.
Vì công nghệ phân tán siêu âm có thể được sử dụng ở cấp độ sản xuất trong phòng thí nghiệm, băng ghế dự bị và công nghiệp, cho phép tốc độ thông lượng trên 10 tấn / giờ, nó đang được áp dụng trong R&Giai đoạn D và trong sản xuất thương mại. Kết quả quá trình có thể được nhân rộng dễ dàng và tuyến tính.
Thiết bị siêu âm Hielscher rất tiết kiệm năng lượng. Các thiết bị chuyển đổi khoảng 80 đến 90% công suất điện đầu vào thành hoạt động cơ học trong chất lỏng. Điều này dẫn đến chi phí xử lý thấp hơn đáng kể.
Theo các liên kết dưới đây, bạn có thể đọc thêm về việc sử dụng siêu âm hiệu suất cao cho
- nhũ tương hóa polyme trong hệ thống nước,
- phân tán và xay mịn bột màu,
- và giảm kích thước vật liệu nano.
Trùng hợp nhũ tương bằng cách sử dụng Sonication
Các công thức phủ truyền thống sử dụng hóa học polymer cơ bản. Sự thay đổi sang công nghệ phủ gốc nước có tác động đến việc lựa chọn nguyên liệu, tính chất và phương pháp xây dựng.
Trong trùng hợp nhũ tương thông thường, ví dụ như đối với lớp phủ trong nước, các hạt được xây dựng từ trung tâm đến bề mặt của chúng. Các yếu tố động học ảnh hưởng đến tính đồng nhất và hình thái của hạt.
Xử lý siêu âm có thể được sử dụng theo hai cách tạo ra nhũ tương polymer.
- từ trên xuống: Nhũ hóa/Phân tán của các hạt polymer lớn hơn để tạo ra các hạt nhỏ hơn bằng cách giảm kích thước
- Từ dưới lên: Sử dụng siêu âm trước hoặc trong quá trình trùng hợp hạt
Polyme hạt nano trong nhũ tương nhỏ
Sự trùng hợp của các hạt trong nhũ tương nhỏ cho phép sản xuất các hạt polymer phân tán với sự kiểm soát tốt về kích thước hạt. Sự tổng hợp các hạt polymer hạt nano trong miniemulsions (còn được gọi là lò phản ứng nano), như được trình bày bởi K. Landfester (2001), là một phương pháp tuyệt vời để hình thành các hạt nano polymer. Cách tiếp cận này sử dụng số lượng lớn các ngăn nano nhỏ (pha phân tán) trong nhũ tương làm lò phản ứng nano. Trong đó, các hạt được tổng hợp theo kiểu song song cao trong các giọt riêng lẻ, hạn chế. Trong bài báo của mình, Landfester (2001) trình bày sự trùng hợp trong các lò phản ứng nano với độ hoàn hảo cao để tạo ra các hạt giống hệt nhau có kích thước gần như đồng đều. Hình ảnh trên cho thấy các hạt thu được bằng cách siêu âm hỗ trợ polyaddition trong miniemulsions.
Các giọt nhỏ được tạo ra bởi ứng dụng cắt cao (siêu âm) và ổn định bằng các chất ổn định (chất nhũ hóa), có thể được làm cứng bằng cách trùng hợp tiếp theo hoặc bằng cách giảm nhiệt độ trong trường hợp vật liệu nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Vì ultrasonication có thể tạo ra những giọt rất nhỏ có kích thước gần như đồng đều trong quá trình sản xuất và hàng loạt, nó cho phép kiểm soát tốt kích thước hạt cuối cùng. Để trùng hợp các hạt nano, các monome ưa nước có thể được nhũ hóa thành pha hữu cơ và các monome kỵ nước trong nước.
Khi giảm kích thước hạt, tổng diện tích bề mặt hạt tăng cùng một lúc. Hình ảnh bên trái cho thấy mối tương quan giữa kích thước hạt và diện tích bề mặt trong trường hợp các hạt hình cầu. Do đó, lượng chất hoạt động bề mặt cần thiết để ổn định nhũ tương tăng gần như tuyến tính với tổng diện tích bề mặt hạt. Loại và lượng chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng đến kích thước giọt. Các giọt từ 30 đến 200nm có thể thu được bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt anion hoặc cation.
Sắc tố trong lớp phủ
Các sắc tố hữu cơ và vô cơ là một thành phần quan trọng của các công thức sơn. Để tối đa hóa hiệu suất sắc tố, cần kiểm soát tốt kích thước hạt. Khi thêm bột sắc tố vào hệ thống nước, dung môi hoặc epoxy, các hạt sắc tố riêng lẻ có xu hướng tạo thành các khối kết tụ lớn. Các cơ chế cắt cao, chẳng hạn như máy trộn rôto-stato hoặc máy nghiền hạt khuấy thường được sử dụng để phá vỡ các chất kết tụ như vậy và nghiền các hạt sắc tố riêng lẻ. Ultrasonication trong một thay thế cực kỳ hiệu quả cho bước này trong sản xuất lớp phủ.
Các biểu đồ dưới đây cho thấy tác động của sonication đối với kích thước của sắc tố ánh ngọc trai. Siêu âm nghiền các hạt sắc tố riêng lẻ bằng va chạm giữa các hạt tốc độ cao. Ưu điểm nổi bật của ultrasonication là tác động cao của lực cắt cavitational, làm cho việc sử dụng phương tiện mài (ví dụ như hạt, ngọc trai) không cần thiết. Khi các hạt được gia tốc bởi các tia chất lỏng cực nhanh lên tới 1000km / giờ, va chạm dữ dội và vỡ thành những mảnh nhỏ. Mài mòn hạt làm cho các hạt siêu âm phay một bề mặt nhẵn. Nhìn chung, siêu âm phay và phân tán kết quả trong một kích thước tốt và phân phối hạt đồng đều.
Siêu âm phay và phân tán các sắc tố ánh ngọc trai. Biểu đồ màu đỏ cho thấy sự phân bố kích thước hạt trước khi sonication, đường cong màu xanh lá cây là trong quá trình sonication, đường cong màu xanh cho thấy các sắc tố cuối cùng sau khi phân tán siêu âm.
Phay siêu âm và phân tán thường vượt trội máy trộn tốc độ cao và nhà máy phương tiện truyền thông như sonication cung cấp một xử lý nhất quán hơn của tất cả các hạt. Nói chung, ultrasonication tạo ra kích thước hạt nhỏ hơn và phân phối kích thước hạt hẹp (đường cong phay sắc tố). Điều này cải thiện chất lượng tổng thể của sự phân tán sắc tố, vì các hạt lớn hơn thường can thiệp vào khả năng xử lý, độ bóng, điện trở và hình thức quang học.
Kể từ khi phay hạt và mài dựa trên va chạm giữa các hạt như là kết quả của cavitation siêu âm, lò phản ứng siêu âm có thể xử lý nồng độ rắn khá cao (ví dụ như lô chính) và vẫn tạo ra hiệu ứng giảm kích thước tốt. Bảng dưới đây cho thấy hình ảnh phay ướt của TiO2.
TiO2 phay bi trước và sau khi phay siêu âm
Phun khô TiO2 trước và sau khi phay siêu âm
Biểu đồ dưới đây cho thấy các đường cong phân bố kích thước hạt cho sự kết tụ của Degussa anatase titanium dioxide bằng siêu âm. Hình dạng hẹp của đường cong sau khi sonication là một tính năng điển hình của xử lý siêu âm.
TiO2 phân tán siêu âm (Degussa anatase) cho thấy sự phân bố kích thước hạt hẹp.
Vật liệu nanosize trong lớp phủ hiệu suất cao
Công nghệ nano là một công nghệ mới nổi xâm nhập vào nhiều ngành công nghiệp. Vật liệu nano và vật liệu nanocomposite đang được sử dụng trong các công thức phủ, ví dụ như để tăng cường khả năng chống mài mòn và trầy xước hoặc ổn định tia cực tím. Thách thức lớn nhất đối với ứng dụng trong lớp phủ là duy trì độ trong suốt, rõ ràng và độ bóng. Do đó, các hạt nano có kích thước rất nhỏ để tránh nhiễu với phổ nhìn thấy được của ánh sáng. Đối với nhiều ứng dụng, điều này thấp hơn đáng kể so với 100nm.
Việc nghiền ướt các thành phần hiệu suất cao đến phạm vi nanomet trở thành một bước quan trọng trong việc xây dựng lớp phủ kỹ thuật nano. Bất kỳ hạt nào cản trở ánh sáng khả kiến, gây ra khói mù và mất độ trong suốt. Do đó, phân phối kích thước rất hẹp là bắt buộc. Ultrasonication là một phương tiện rất hiệu quả để phay mịn chất rắn. Siêu âm / cavitation âm thanh trong chất lỏng gây ra va chạm giữa các hạt tốc độ cao. Khác với các nhà máy hạt thông thường và máy nghiền sỏi, bản thân các hạt đang kết hợp với nhau, khiến phương tiện phay không cần thiết.
Các công ty, như Panadur (Đức) sử dụng Hielscher ultrasonicators cho sự phân tán và deagglomeration của vật liệu nano trong lớp phủ trong khuôn. Bấm vào đây để đọc thêm về phân tán siêu âm của lớp phủ trong khuôn!
Đối với sonication của chất lỏng dễ cháy hoặc dung môi trong môi trường nguy hiểm, bộ xử lý được chứng nhận ATEX có sẵn. Tìm hiểu thêm về ultrasonicator được chứng nhận Axex UIP1000-Exd!
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
MultiSonoReactor MSR-4 là một chất đồng nhất nội tuyến công nghiệp phù hợp cho sản xuất công nghiệp phân tán sắc tố và polymer.
Văn học
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001. 271-276.
- Landfester, K. (2001): The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.
- Hielscher, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.