Cách trộn véc-ni với chất độn nano

Sản xuất véc-ni đòi hỏi thiết bị trộn mạnh mẽ có thể xử lý các hạt nano và bột màu, những thành phần phải được phân tán đồng đều trong công thức phối chế. Máy đồng nhất siêu âm là giải pháp phân tán có hiệu quả và độ tin cậy cao, giúp phân bố đồng đều các hạt nano trong polyme.

Sản xuất véc-ni bằng máy trộn siêu âm hiệu suất cao

Véc-ni được mô tả là một lớp phủ hoặc màng bảo vệ cứng, trong suốt, được phối chế từ nhựa (ví dụ: acrylic, polyurethane, alkyd, shellac), dầu khô, chất làm khô chứa kim loại và dung môi dễ bay hơi (ví dụ: naphtha, dung môi khoáng hoặc dung môi pha loãng). Khi véc-ni khô, dung môi có trong đó bay hơi, còn các thành phần còn lại bị oxy hóa hoặc trùng hợp để tạo thành một màng trong suốt bền chắc. Véc-ni chủ yếu được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ cho bề mặt gỗ, tranh vẽ và các đồ vật trang trí khác nhau, trong khi véc-ni đóng rắn bằng tia UV được sử dụng trong lớp phủ ô tô, mỹ phẩm, thực phẩm, khoa học và các ngành khác.

Phân tán nano silica trong véc-ni bằng siêu âm

Một ví dụ phổ biến về phân tán bằng siêu âm là việc đưa silica dạng keo vào công thức phối chế; thành phần này thường được bổ sung để tạo tính xúc biến cho véc-ni.
Ví dụ, véc-ni polyetherimide chứa chất độn nano silica có tuổi thọ tăng lên đến ba mươi lần so với loại tiêu chuẩn. Nano silica cải thiện các đặc tính của véc-ni như độ dẫn điện, độ bền điện môi dưới điện áp một chiều (DC) và xoay chiều (AC), cũng như độ bền liên kết. Vì vậy, máy phân tán siêu âm được sử dụng rộng rãi để sản xuất lớp phủ dẫn điện.
Các khoáng vật silicat khác, wollastonite, talc, mica, cao lanh, fenspat và syenit nephelin là những chất độn giá rẻ và được sử dụng rộng rãi dưới dạng thường gọi là bột màu độn, được bổ sung để điều chỉnh tính lưu biến (độ nhớt), độ ổn định lắng và độ bền màng trong lớp phủ.

Ưu thế của máy siêu âm trong phân tán chất độn nano đã được nghiên cứu chứng minh

Monteiro và cộng sự (2014) đã so sánh các công nghệ phân tán phổ biến – cụ thể là máy trộn rôto–stato, cánh khuấy Cowles và máy phân tán siêu âm dạng đầu dò – về hiệu quả phân tán titan dioxit (TiO2, anatase). Xử lý bằng siêu âm cho thấy hiệu quả cao nhất trong việc phân tán các hạt nano trong nước khi sử dụng chất đa điện ly Na-PAA thông thường, đồng thời vượt trội đáng kể so với việc trộn bằng máy rôto–stato hoặc cánh khuấy Cowles.
Chi tiết nghiên cứu: Các kỹ thuật phân tán khác nhau được so sánh nhằm xác định kỹ thuật hiệu quả nhất để tạo ra huyền phù nano-TiO2 trong nước với các khối kết tụ được phá vỡ triệt để. Muối natri của axit polyacrylic (Na-PAA), thường được sử dụng trong công nghiệp cho các hệ phân tán TiO2 trong nước, được dùng làm chất phân tán đối chứng. Hình 1 cho thấy các phân bố kích thước hạt theo thể tích (PSD) thu được khi sử dụng máy phân tán Cowles (30 min ở 2000 rpm), máy trộn rôto–stato (30 min ở 14.000 rpm) và xử lý siêu âm dạng đầu dò (Hielscher UIP1000hdT, 2 min ở biên độ 50%). “Khi sử dụng máy phân tán Cowles, kích thước hạt nằm trong ba khoảng khác nhau: 40–100 nm, 350–1000 nm và 1200–4000 nm. Các khối kết tụ lớn hơn chiếm ưu thế rõ rệt trong phân bố, cho thấy kỹ thuật này không hiệu quả. Máy rôto–stato cũng cho kết quả không đạt yêu cầu, bất kể các hạt nano được bổ sung cùng một lúc hay dần dần trong suốt thời gian trộn. Khác biệt chủ yếu quan sát được trong kết quả của Cowles liên quan đến sự dịch chuyển của đỉnh giữa về phía kích thước hạt lớn hơn, hợp nhất một phần với đỉnh ngoài cùng bên phải. Mặt khác, việc sử dụng siêu âm cho kết quả tốt hơn nhiều, với một đỉnh hẹp có tâm tại 0,1 nm và hai đỉnh nhỏ hơn nhiều trong các khoảng 150–280 nm và 380–800 nm.”

Phân bố kích thước hạt của các hệ phân tán nano-TiO2 trong nước (10mgmL−1, pH = 9) được điều chế bằng các kỹ thuật phân tán khác nhau. Xử lý siêu âm tạo ra các hạt nano TiO2 nhỏ nhất và các đường cong giảm kích thước hạt hẹp nhất. Khi sử dụng chất phân tán (Na-PAA), tỷ lệ của chất này so với nano-TiO2 là 1:1.
(nghiên cứu và đồ thị: © Monteiro và cộng sự, 2014)

TiO2 sấy phun trước và sau khi nghiền bằng siêu âm

Kết quả này phù hợp với công trình của Sato và cộng sự (2008), trong đó ghi nhận kết quả tốt hơn khi sử dụng siêu âm so với các kỹ thuật khác để phân tán các hạt TiO2 kích thước nano trong nước. Các sóng xung kích do hiện tượng xâm thực âm học / siêu âm tạo ra dẫn đến những va chạm cực kỳ mạnh giữa các hạt, đồng thời nghiền và phá kết tụ hạt hiệu quả để tạo thành các mảnh có kích thước nano đồng đều.
(xem Monteiro và cộng sự, 2014)

Máy đồng nhất siêu âm hiệu suất cao để sản xuất véc-ni

Khi các hạt nano và chất độn nano được sử dụng trong các quy trình sản xuất công nghiệp như sản xuất véc-ni và lớp phủ, bột khô phải được trộn đồng nhất vào pha lỏng. Việc phân tán hạt nano đòi hỏi một kỹ thuật trộn đáng tin cậy và hiệu quả, cung cấp đủ năng lượng để phá vỡ các khối kết tụ nhằm phát huy các đặc tính của hạt kích thước nano. Máy siêu âm được biết đến rộng rãi là thiết bị phân tán mạnh mẽ và đáng tin cậy, do đó được sử dụng để phá kết tụ và phân bố đồng nhất nhiều loại vật liệu như silica, ống nano, graphene, khoáng chất và nhiều vật liệu khác vào pha lỏng như nhựa, nhựa epoxy và hỗn hợp sắc tố đậm đặc. Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối các thiết bị phân tán siêu âm hiệu suất cao cho mọi loại ứng dụng đồng nhất hóa và phá kết tụ.
Trong sản xuất các hệ phân tán nano, việc kiểm soát chính xác quá trình xử lý siêu âm và xử lý huyền phù hạt nano bằng siêu âm một cách đáng tin cậy là những yếu tố thiết yếu để thu được sản phẩm hiệu suất cao. Các thiết bị xử lý của Hielscher Ultrasonics cho phép bạn kiểm soát hoàn toàn mọi thông số xử lý quan trọng như năng lượng đầu vào, cường độ siêu âm, biên độ, áp suất, nhiệt độ và thời gian lưu. Nhờ đó, bạn có thể điều chỉnh các thông số về điều kiện tối ưu, từ đó tạo ra hệ phân tán nano chất lượng cao như huyền phù silica nano hoặc nano-TiO2.

Cho mọi thể tích / công suất: Hielscher cung cấp máy siêu âm và danh mục phụ kiện đa dạng. Điều này cho phép cấu hình hệ thống siêu âm lý tưởng cho ứng dụng và công suất sản xuất của bạn. Từ các lọ nhỏ chứa vài mililít đến các dòng chảy thể tích lớn hàng nghìn gallon mỗi giờ, Hielscher cung cấp giải pháp siêu âm phù hợp cho quy trình của bạn.
Độ nhớt cao: Các hệ thống siêu âm trên đường ống dễ dàng xử lý các công thức dạng sệt, ví dụ như hỗn hợp sắc tố đậm đặc, trong đó sắc tố với hàm lượng hạt cao được trộn đồng đều vào hỗn hợp chất hóa dẻo, monome và polyme.
Độ bền chắc: Các hệ thống siêu âm của chúng tôi bền chắc và đáng tin cậy. Tất cả máy siêu âm Hielscher đều được chế tạo để vận hành 24/7/365 và cần rất ít bảo trì.
Tính thân thiện với người dùng: Phần mềm được phát triển kỹ lưỡng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi cho phép chọn trước và lưu các cài đặt xử lý siêu âm để quá trình xử lý siêu âm diễn ra đơn giản và đáng tin cậy. Có thể dễ dàng truy cập menu trực quan qua màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số. Chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt cho phép bạn vận hành và giám sát thông qua bất kỳ trình duyệt internet nào. Chức năng ghi dữ liệu tự động lưu các thông số quy trình của mỗi lần xử lý siêu âm vào thẻ SD tích hợp.
Hiệu quả sử dụng năng lượng vượt trội: So với các công nghệ phân tán thay thế, máy siêu âm Hielscher nổi bật nhờ hiệu quả sử dụng năng lượng vượt trội và kết quả tốt hơn về phân bố kích thước hạt.
Chất lượng cao & độ bền chắc: Các thiết bị siêu âm Hielscher được công nhận về chất lượng, độ tin cậy và độ bền. Hielscher Ultrasonics là công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các thiết bị siêu âm hiệu năng cao có công nghệ tiên tiến nhất và dễ sử dụng. Tất nhiên, các thiết bị siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: