Siêu âm trong việc tạo lớp phủ
Các thành phần khác nhau, chẳng hạn như sắc tố, chất độn, phụ gia hóa học, crosslinkers và biến đổi lưu biến đi vào lớp phủ và công thức sơn. Siêu âm là một phương tiện hiệu quả cho sự 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 lớp phủ cho:
- nhũ tương polyme trong các hệ thống nước
- phân tán và phay mịn các sắc tố
- 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 thử thách riêng. Các hướng dẫn kêu gọi giảm VOC và giá dung môi cao kích thích tăng trưởng trong các công nghệ phủ nhựa sinh ra trong nước. Việc sử dụng ultrasonication có thể tăng cường 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 công thức của lớp phủ kiến trúc, công nghiệp, ô tô và gỗ để tăng cường các đặc tính của lớp phủ, chẳng hạn như độ bền màu, vết xước, vết nứt và khả năng chống tia cực tím hoặc độ dẫn điện. Một số đặc tính lớp phủ này đạt được bằng cách bao gồm các vật liệu kích thước nano, ví dụ như oxit kim loại (TiO2, Silica, Ceria, ZnO, …).
Hệ thống siêu âm 2x 1000 watts phân tán siêu âm trong một tủ thanh lọc.
Vì công nghệ phân tán siêu âm có thể được sử dụng trên phòng thí nghiệm, băng ghế dự bị và mức sản xuất công nghiệp, cho phép tốc độ thông lượng trên 10 tấn / giờ, nó đang được áp dụng trong R&D giai đoạn và trong sản xuất thương mại. Kết quả quy trình có thể được mở rộng quy mô một cách 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 đầu vào điện 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 polyme trong các hệ thống nước,
- phân tán và phay mịn các sắc tố,
- và giảm kích thước của vật liệu nano.
Trùng hợp nhũ tương bằng Sonication
Công thức lớp phủ truyền thống sử dụng hóa học polymer cơ bản. Sự thay đổi đối với công nghệ phủ gốc nước có tác động đến việc lựa chọn nguyên liệu thô, tính chất và phương pháp xây dựng.
Trong trùng hợp nhũ tương thông thường, ví dụ như sơn nước, các hạt được xây dựng từ Trung tâm đến bề mặt của chúng. Các yếu tố động học ảnh hưởng đến sự đồng hóa hạt và hình thái học.
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 kích thước giảm
- Từ dưới lên: Sử dụng siêu âm trước hoặc trong quá trình trùng hợp hạt
Polyme Nano trong Mininhũ tương
Sự trùng hợp của các hạt trong miniemulsions cho phép sản xuất các hạt polymer phân tán với sự kiểm soát tốt đối với kích thước hạt. Sự tổng hợp các hạt polymer hạt nano trong các 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 hạt nano nhỏ (pha phân tán) trong một 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 rất 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 việc áp dụng cắt cao (ultrasonication) và ổn định bởi 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. Như ultrasonication có thể sản xuất các giọt rất nhỏ của kích thước gần như thống nhất trong hàng loạt và quá trình sản xuất, nó cho phép kiểm soát tốt trên kích thước hạt cuối cùng. Để trùng hợp các hạt nano, các monome ưa nước có thể được nhũ hóa thành một 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 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 các 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 lớp phủ. Để tối đa hóa hiệu suất sắc tố kiểm soát tốt kích thước hạt là cần thiết. Khi thêm bột màu vào các hệ thống trong nước, dung môi hoặc epoxy, các hạt sắc tố riêng lẻ có xu hướng tạo thành các chất kết tụ lớn. Các cơ chế cắt cao, chẳng hạn như máy trộn rotor-stator hoặc máy nghiền hạt khuấy thường được sử dụng để phá vỡ các chất kết tụ như vậy và nghiền nát 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 trên kích thước của một sắc tố ánh ngọc trai. Siêu âm nghiền các hạt sắc tố riêng lẻ bằng cách va chạm giữa các hạt tốc độ cao. Ưu điểm nổi bật của ultrasonication là tác động cao của lực cắt cavitational, mà làm cho việc sử dụng các phương tiện mài (ví dụ như hạt, ngọc trai) không cần thiết. Khi các hạt được tăng tốc bằng các tia chất lỏng cực nhanh lên đến 1000km / giờ, va chạm dữ dội và vỡ thành những mảnh nhỏ. Mài mòn hạt làm cho các hạt siêu âm xay 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.
Siêu âm phay và phân tán thường vượt trội máy trộn tốc độ cao và các nhà máy phương tiện truyền thông như sonication cung cấp một xử lý nhất quán hơn của tất cả các hạt. Nói chung, ultrasonication sản xuất kích thước hạt nhỏ hơn và một phân phối kích thước hạt hẹp (sắc tố phay đường cong). Điều này cải thiện chất lượng tổng thể của sự phân tán sắc tố, vì các hạt lớn hơn thường cản trở khả năng xử lý, độ bóng, độ bền và hình thức quang học.
Kể từ khi nghiền hạt và nghiền 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 của phay ướt của TiO2.
TiO2 phay bi trước và sau khi phay siêu âm
Phun TiO2 khô trước và sau khi phay siêu âm
Biểu đồ dưới đây cho thấy các đường cong phân phối kích thước hạt cho deagglomeration của Degussa anatase titan dioxide bằng ultrasonication. Hình dạng hẹp của đường cong sau khi sonication là một tính năng điển hình của xử lý siêu âm.
Ultrasonically phân tán TiO2 (Degussa anatase) cho thấy một phân bố kích thước hạt hẹp.
Vật liệu nanosize trong lớp phủ hiệu suất cao
Công nghệ nano là một công nghệ đang nổi lên thực hiện theo cách của mình vào nhiều ngành công nghiệp. Vật liệu nano và nanocomposites đang được sử dụng trong công thức lớp phủ, ví dụ như để tăng cường khả năng chống trầy xước và độ bền của UV. Thách thức lớn nhất đối với các ứng dụng trong lớp phủ là duy trì tính minh bạch, rõ ràng, và độ bóng. Do đó, các hạt nano đã rất nhỏ để tránh sự can thiệp với quang phổ có thể nhìn thấy của ánh sáng. Đối với nhiều ứng dụng, điều này là đáng kể thấp hơn 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 nanoengineered. Bất kỳ hạt nào cản trở ánh sáng nhìn thấy được, đều 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 cho việc phay tốt của chất rắn. Siêu âm / âm thanh cavitation trong chất lỏng gây ra va chạm liên hạt tốc độ cao. Khác với các nhà máy hạt thông thường và nhà máy sỏi, bản thân các hạt đang chiếm lĩnh lẫn nhau, khiến phương tiện phay không cần thiết.
Các công ty, như Panadur (Đức) sử dụng Ultrasonicators Hielscher cho sự phân tán và deagglomeration của vật liệu nano trong lớp phủ trong khuôn mẫu. Nhấp vào đây để đọc thêm về sự 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 ATEX chứng nhận bộ vi xử lý có sẵn. Tìm hiểu thêm về ultrasonicator UIP1000-Exd được chứng nhận Atex!
Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!
MultiSonoReactor MSR-4 là một chất đồng nhất nội tuyến công nghiệp thích hợp cho sản xuất công nghiệp các chất phân tán sắc tố và polymer.
Văn chương
- 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 kích thước công nghiệp.