СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛАБОРАТОРИЙ
Тел.: (495)649-0651, факс: (495) 955-5586, e-mail: info@biodm.ru
ГЛАВНАЯНОВОСТИАКЦИИПРОДУКЦИЯКОНТАКТЫ

Применение ультразвука при производстве красок и покрытий

В изготовлении покрытий и красок используются различные компоненты, такие, как красители, наполнители, химические добавки, отвердители и реологические модификаторы. Ультразвук является эффективным средством диспергирования и эмульсирования, разрушения агломератов и измельчения таких компонентов в покрытиях.

Ультразвук используется в изготовлении покрытий для:
  • эмульсирования полимеров в водных системах;
  • диспергирования и измельчения красителей;
  • измельчения наноматериалов в высокопрочных покрытиях.
Покрытия делятся на 2 больших категории: полимерные покрытия на водной основе и на основе растворителей. Каждому тип предназначен для решения своих задач. Директивы по сокращению выбросов ЛОС и высокие цены на растворители стимулируют рост технологий изготовления полимерных покрытий на водной основе. Применение ультразвуковой обработки может увеличить производительность таких экологически безвредных систем.
При производстве покрытий, применяемых в строительстве, промышленном производстве, автомобильной промышленности и покрытий для дерева, ультразвук позволяет улучшить такие их характеристики, как стойкость окраски, устойчивость к царапинам, трещинам и действию ультрафиолетового излучения или электропроводность. Некоторые из этих характеристик достигаются включением в состав покрытий наноразмерных материалов, напр., оксидов металлов (TiO2, диоксид кремния, окись церия, ZnO, ...).
Ультразвук обладает антивспенивающим действием (захваченные пузырьки воздуха) и способствует дегазированию (растворенный газ) высоковязких продуктов.
Так как ультразвуковая технология диспергирования может быть использована на уровне лаборатории, построения модели и производства, позволяя обрабатывать свыше 10 т/ч, она применяется как в исследованиях и разработках, так и в промышленном производстве. Результаты процессов могут легко быть воспроизведены на более высоком уровне.

    Эмульсионная полимеризация


Традиционно при изготовлении покрытий используются основные полимерные химические составы. Переход к технологии изготовления покрытий на водной основе влияет на выбор сырья, свойства продукта и методы производства. При обычной эмульсионной полимеризации, напр., покрытий на водной основе, частицы выстраиваются от центра к поверхности. Кинетический фактор влияет на однородность и морфологию частиц. Для создания полимерных эмульсий ультразвуковая обработка может производиться двумя способами:
  • Эмульсирование/диспергирование больших полимерных частиц с образованием мелких частиц путем измельчения.
  • Ультразвуковая обработка перед полимеризацией частиц или во время полимеризации.


    Полимеры из наночастиц в миниэмульсиях
Полимеризация частиц в миниэмульсиях позволяет производить дисперсные полимерные частицы четко определенного размера. Синтез полимерных частиц, из которых можно получать наночастицы, в миниэмульсиях ("нанореакторах"), представленный К. Ландфестер, является методом формирования полимерных наночастиц. Сущность данного подхода заключается в использовании большого числа малых наноячеек (дисперсной фазы) в эмульсии в качестве нанореакторов. При этом частицы синтезируются высокопараллельным способом в отдельных замкнутых каплях. В своей работе (Образование наночастиц в миниэмульсиях) Ландфестер рассматривает полимеризацию в нанореакторах, которая позволяет образовывать в высшей степени идентичные частицы практически одного размера. На изображении сверху показаны частицы полученные методом аддитивной полимеризации в миниэмульсиях.

Мелкие капли, образованные сдвигом большой скорости (ультразвуковой обработкой) и стабилизированные эмульгаторами, могут быть отверждены последующей полимеризацией или, если температура плавления материалов низкая, понижением температуры. Поскольку при помощи ультразвуковой обработки можно образовывать очень мелкие капли практически одного размера в порционном и производственном режиме, это позволяет четко контролировать размер финальных частиц. Для полимеризации наночастиц, гидрофильные мономеры можно эмульгировать в органическом веществе, а гидрофобные – в воде.

При измельчении частиц общая площадь поверхности частиц увеличивается. Таким образом, количество ПАВ, необходимых для стабилизации эмульсии, увеличивается с увеличением общей площади поверхности частиц почти линейно. Тип и количество ПАВ влияет на размер капель. Капли от 30 до 200 нм могут быть получены с применением анионных и катионных ПАВ.

    Наноразмерные материалы в высококачественных покрытиях
Нанотехнологии сегодня все шире применяеются во многих отраслях промышленности. Наноматериалы и нанокомпозиты используются при производстве покрытий, например, для повышения их устойчивости к истиранию и царапанью или воздействию УФ-излучения. Главной задачей наноматериалов при производстве покрытий является придание им прозрачности, четкости цвета и блеска. Важным этапом в разработке нанопокрытий становится размол компонентов покрытия с высокими эксплуатационными данными в мокрой среде до наноразмера. Любые частицы, служащие препятствием для видимого света, вызывают замутнённость и потерю прозрачности. Поэтому, дисперсия должна быть максимально однородной. Ультразвуковая обработка является очень эффективным средством тонкого измельчения твердых веществ. Ультразвуковая кавитация в жидкости вызывает столкновения частиц на высокой скорости. В отличие от обычных шаровых мельниц и дробилок, частицы измельчаются сами: при столкновении с другими частицами.

Ультразвук размалывает частицы красителя, сталкивая их друг с другом на высокой скорости. Явным преимуществом ультразвуковой обработки по сравнению с высокоскоростными смесителями и мельницами является более последовательная обработка всех частиц. Это уменьшает количество необработанных частиц. Как видно на рисунке, кривые распределения частиц практически перешли на левую сторону. Ультразвуковая обработка позволяет образовывать частицы с очень небольшим различием по размеру (график измельчения красителя). Это улучшает общее качество дисперсий красителя, т.к. присутствие крупных частиц, как правило, негативно отражается на их технологических возможностях, блеске, стойкости и внешнем виде.
Поскольку измельчение и диспергирование частиц основано на столкновении частиц в результате ультразвуковой кавитации, ультразвуковые реакторы могут легко справляться с довольно высокой концентрацией твердых веществ (контрольный замес) и при этом осуществлять качественное измельчение частиц.

    Ультразвуковое измельчение частиц красителей в чернилах
Ультразвуковая кавитация представляет собой эффективное средство диспергирования и микроизмельчения (размола в жидкой среде) красителей в чернилах. Данная технология может быть использована для чернил с пигментацией, вызываемой ультрафиолетовым облучением, чернил на основе воды или другого растворителя.
Ультразвук является очень эффективным средством измельчения частиц от 500 мкм до прибл. 10 нм Распределение частиц красителя по размерам в чернилах влияет на многие характеристики продукта, такие как стойкость окраски или качество печати. При струйной печати небольшое количество более крупных частиц может привести к нестабильности дисперсии, образованию осадка и, в конечном итоге, неисправности струйных сопел. По этой причине, чтобы обеспечить надлежащее качество чернил для струйной печати, очень важно осуществлять контроль над процессом измельчения частиц красителя в чернилах в процессе их производства.

Для термочувствительных растворителей возможно применение проточных кювет, закрытые кожухом, для установки на всех лабораторных приборах и промышленных установках. Охлаждением стенок реактора (кюветы) изнутри тепло, выделяемое в ходе процесса, может быть эффективно рассеяно. В основном ультразвуковые реакторы используется в поточном режиме. Чернила перекачиваются в бак реактора. Там они подвергаются воздействию ультразвуковой кавитации с контролируемой интенсивностью. Время воздействия определяется в соответствии с объемом реактора и скоростью подачи. Поточная обработка ультразвуком устраняет вероятность пропускания частиц, т.к. все частицы проходят через камеру реактора по одному и тому же определенному пути. Поскольку все частицы подвергаются воздействию ультразвука при идентичных параметрах за одно и то же время в течение каждого цикла, как правило, ультразвуковая обработка сдвигает кривую распределения частиц, а не расширяет ее, "правые концы" не наблюдаются у образцов после обработки ультразвуком.

Специальные цены на морозильники Arctiko