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:

Lớp phủ rơi vào hai loại lớn: nước và dung môi dựa trên nhựa và lớp phủ. Mỗi loại có những thách thức riêng của mình. Chỉ đường gọi cho Giảm VOC và giá dung môi cao kích thích tăng trưởng trong các công nghệ phủ nhựa nước. Việc sử dụng ultrasonication có thể nâng cao hiệu suất của các Hệ thống thân thiện với sinh thái.

Siêu âm có thể giúp công thức của kiến trúc, công nghiệp, ô tô và gỗ sơn để tăng cường các đặc tính của lớp phủ, chẳng hạn như sức mạnh màu, xước, crack và chống tia cực tím hoặc dẫn điện. Một số đặc tính của lớp phủ này đạt được bằng bao gồm các vật liệu kích thước nano, ví dụ như oxit kim loại (TiO₂, Silica, Ceria, ZnO, …).

Siêu âm không giúp đỡ thêm trong Defoaming (bong bóng bị entrapped) và sự khử khí (khí hòa tan) của các sản phẩm có độ nhớt cao.

Khi công nghệ phân tán siêu âm có thể được sử dụng trên Phòng thí nghiệm, Bench-đầu và mức sản xuất, cho phép tỷ lệ thông lượng trên 10 tấn/giờ nó đang được áp dụng trong R&D giai đoạn và trong sản xuất thương mại. Kết quả quá trình có thể được thu nhỏ dễ dàng (tuyến tính).

Thiết bị siêu âm Hielscher rất năng lượng hiệu quả. Các thiết bị chuyển đổi khoảng 80 đến 90% điện đầu vào điện vào hoạt động cơ học trong chất lỏng. Điều này dẫn đến chi phí xử lý thấp hơn đáng kể.

Dưới đây, bạn có thể đọc về việc sử dụng siêu âm trong nhũ tương polyme trong các hệ thống nước, các phân tán và phay mịn các sắc tố, và các giảm kích thước của vật liệu nano.

Trùng hợp nhũ tương

Công thức sơn truyền thống sử dụng hóa học polymer cơ bản. Trong thay đổi công nghệ phủ nước có tác động vào lựa chọn nguyên liệu, tài sản 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 trùng hợp hạt

Polyme Nano trong Mininhũ tương

Sự trùng hợp của các hạt trong mininhũ tương cho phép sản xuất các hạt polymer phân tán với kiểm soát tốt hơn kích thước hạt. The synthesis of nanoparticulate polymer particles in miniemulsions ("nanoreactors"), as presented by K. Landfester là phương pháp cho sự hình thành của các hạt nano polymer. Cách tiếp cận này sử dụng số lượng Nano ngăn nhỏ (pha phân tán) trong nhũ tương như các bộ nanoreactor. Trong những, các hạt được tổng hợp trong một thời trang cao cá nhân, các giọt hạn chế. Trong giấy của mình (Thế hệ trên các hạt nano trong Mininhũ tương) Landfester trình bày sự trùng hợp trong các nanoreactor trong sự hoàn hảo cao cho việc tạo ra các hạt giống hệt nhau có kích thước gần như đồng đều. Trong hình trên cho thấy các hạt thu được bằng polyaddition trong mininhũ tương.

Các giọt nhỏ được tạo ra bởi việc áp dụng các cắt cao (ultrasonication) và ổn định bởi các tác nhân ổn định (chất nhũ hóa), có thể được cứng bằng cách trùng hợp tiếp theo hoặc giảm nhiệt độ trong trường hợp vật liệu nóng chảy nhiệt độ thấp. Khi ultrasonication có thể tạo ra những giọt rất nhỏ của Kích thước gần như đồng đều trong quá trình sản xuất hàng loạt, nó cho phép kiểm soát tốt hơn kích thước hạt cuối cùng. Đối với sự trùng hợp của các hạt nano, các monome hydrophilic có thể được nhũ hóa thành một giai đoạn 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 (Nhấp để xem lớn hơn!). Do đó, lượng bề mặt cần thiết để ổn định nhũ tương tăng gần như tuyến tính với tổng diện tích bề mặt hạt. Loại và lượng bề mặt ảnh hưởng đến kích thước giọt. Các giọt từ 30 đến 200nm có thể thu được bằng các chất hoạt tính chất anion hoặc cation.

Sắc tố trong lớp phủ

Các sắc tố hữu cơ và vô hình là một thành phần quan trọng của công thức sơn. Để tối đa hóa hiệu quả sắc tố kiểm soát tốt hơn kích thước hạt là cần thiết. Khi thêm bột sắc tố vào hệ thống nước, dung môi hoặc epoxy, các hạt sắc tố cá nhân có xu hướng hình thành lớn agglomerates. Các cơ chế cắt cao, chẳng hạn như máy trộn rotor-stator hoặc các nhà máy hạt khuấy là thường được sử dụng để phá vỡ các khối kết tụ như vậy và để nghiền xuống các hạt sắc tố cá nhân. Ultrasonication trong một cực kỳ hiệu quả Thay thế cho bước này trong sản xuất các lớp phủ.

(Nhấp để xem lớn hơn!) tác động của sonication trên kích thước của một sắc tố ánh ngọc trai

Hình bên phải (Nhấp để xem lớn hơn!) cho thấy tác động của sonication trên kích thước của một sắc tố ánh ngọc trai. Siêu âm nghiền các hạt sắc tố cá nhân bằng va chạm giữa các hạt tốc độ cao. Ưu điểm nổi bật của

Ultrasonic processing over high speed mixers, media mills is the more consistent processing of all particles. This reduces the problem of "tailing". As it can be seen on the picture, the distribution curves are almost shifted to the left. Generally, ultrasonication does produce extremely phân bố kích thước hạt hẹp (đường cong phay sắc tố). Điều này cải thiện chất lượng tổng thể của phân tán sắc tố, vì các hạt lớn hơn thường can thiệp vào khả năng xử lý, độ bóng, sức đề kháng và xuất hiện quang học.

Vì hạt phay và mài được dựa trên va chạm giữa các hạt như là kết quả của cavitation siêu âm, lò phản ứng siêu âm có thể xử lý khá nồng độ rắn cao (ví dụ: lô Master) và vẫn tạo ra hiệu ứng giảm kích thước tốt. Bảng dưới đây cho thấy hình ảnh của máy phay ướt của TiO₂ (Click vào hình ảnh cho một xem lớn hơn!).

Trước

Sonication

Sau

Sonication

Tio₂ từ Mill banh

phun khô TiO₂

Hình ảnh bên phải (nhấp để xem lớn hơn!) cho thấy các đường cong phân bố kích thước hạt cho sự phóng đại của Degussa anatase titanium dioxide bằng ultrasonication. Hình dạng hẹp của đường cong sau khi sonication là một tính năng điển hình của xử lý siêu âm.

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 các lớp phủ nanothiết kế. Bất kỳ hạt nào can thiệp vào ánh sáng có thể nhìn thấy, gây ra sương mù và mất mát trong suốt. Do đó, yêu cầu phân phối kích thước rất hẹp. Ultrasonication là một phương tiện rất hiệu quả cho phay mịn của chất rắn. cavitation siêu âm trong chất lỏng gây ra va chạm liên hạt tốc độ cao. Khác nhau từ các nhà máy hạt thông thường và các nhà máy sỏi, các hạt mình đang comminuting nhau, rendering phương tiện truyền thông không cần thiết.

Các công ty, như Panadur (Đức) sử dụng thiết bị siêu âm Hielscher cho phân tán và deagglomeration của vật liệu nano trong lớp phủ trong khuôn. Click vào đây để đọc thêm về điều này.

Đối với sonication chất lỏng dễ cháy hoặc dung môi trong môi trường nguy hiểm FM và ATEX chứng nhận deivces, chẳng hạn như UIP1000-Exd có sẵn.

Văn chương

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Ảnh hưởng của độ nhớt pha liên tục trên nhũ tương hóa bằng siêu âm, trong: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001): Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh và nội dung khí trên siêu âm liên tục nhũ tương, trong: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Landfester, K. (2001): Thế hệ các hạt nano trong Mininhũ tương; in: vật liệu nâng cao 2001, 13, No 10, May17th. Wiley-VCH.

Hielscher, T. (2005): Sản xuất siêu âm của phân tán kích thước nano và nhũ tương, trong: kỷ yếu của châu Âu Hội nghị hệ thống Nano ENS’05.