Что такое технология ультразвукового диспергирования пигментов?

Что такое технология ультразвукового диспергирования пигментов?

Эта технология является ключевым процессом в нанотехнологиях и подготовке высококачественных материалов, решая проблемы, с которыми традиционные методы дисперсии борются физическими средствами.

I. Что такое технология ультразвукового диспергирования пигментов?

Технология ультразвукового диспергирования пигментов использует чрезвычайную физическую силу, генерируемую ультразвуком (обычно выше 20 кГц), для разрушения агломератов пигмента и их равномерного распределения в жидкой среде (например, смоле, растворителе или воде), образуя стабильную суспензию.

Его основным принципом также является кавитационный эффект ультразвука.

Подробное объяснение эффекта кавитации: когда ультразвук высокой интенсивности распространяется в жидкости, он генерирует чередующиеся циклы высокого и низкого давления. В цикле низкого давления в жидкости образуются миллионы крошечных вакуумных пузырьков (кавитационных пузырьков); в последующем цикле высокого давления эти пузырьки быстро сжимаются и в конечном итоге взрываются (коллапсируют).

Воздействие на агломераты пигментов:

Мощная сила сдвига: когда кавитационные пузырьки взрываются, они действуют как «миниатюрная бомба», создавая микроструи (струи жидкости) со скоростью, превышающей 400 км/ч в определенной области.

Ударная волна: взрыв также создает мощную ударную волну, которая распространяется во всех направлениях.

Общий эффект: эти микроструи и ударные волны воздействуют на агломераты пигмента, генерируя огромные силы сдвига, которые достаточно сильны, чтобы преодолеть силы притяжения, такие как силы Ван-дер-Ваальса между частицами, тем самым разрушая твердые агломераты на исходные первичные частицы или достигая желаемого размера мелких частиц.

Сравнение с традиционными децентрализованными методами

Характеристики:	Технология ультразвуковой дисперсии	Высокоскоростная сдвиговая дисперсия
Принцип	Микроструи и ударные волны, генерируемые эффектом кавитации.	Макроскопическая сила сдвига, создаваемая механическим вращением
Эффективность	Чрезвычайно высокий, особенно для нано/субмикронных агрегатов.	Умеренный, эффективен для макроскопической агрегации, слабый эффект в микрометровом масштабе и ниже.
Конечный размер частиц	Он может достигать наномасштаба с узким распределением частиц по размерам.	Обычно на уровне микрометра, с относительно широким распределением частиц по размерам.
Потребление энергии	Относительно высокая (но также высокоэффективная).	середина
тепловой эффект	Он выделяет тепло и обычно требует охлаждения.	Выделяет большое количество тепла
Риск загрязнения	Низкий, только при контакте с зондом или контейнером	Низкая (но мешалка изнашивается).
Применимость	Подходит как для лабораторного, так и для промышленного производства, особенно для высокоточного нанодисперсирования.	Общего назначения, обычно используется для предварительного и грубого диспергирования.

III. Технические преимущества

Превосходная дисперсия: может разрушать прочные вторичные агломераты, что приводит к получению частиц меньшего размера и более узкому распределению частиц по размерам. Это ключ к получению высокочистых и качественных цветов.

Высокая стабильность: благодаря тщательному разделению и диспергированию частиц снижается тенденция к повторной агломерации, в результате чего суспензии имеют лучшую долговременную стабильность и меньшую склонность к седиментации и комкованию.

Высокая эффективность и короткое время обработки: процесс ультразвукового диспергирования происходит очень быстро, обычно решая задачи, которые при использовании традиционных методов заняли бы часы, за несколько минут или десятков минут.

Хорошая воспроизводимость: благодаря точному контролю мощности, времени и температуры ультразвука можно получить очень стабильные и воспроизводимые результаты диспергирования, что имеет решающее значение для промышленного производства.

Отсутствие загрязнения среды: в отличие от шаровой мельницы, ультразвуковое диспергирование обычно не требует измельчения, что позволяет избежать риска загрязнения продукта.

IV. Основные области применения

Данная технология широко используется в отраслях с чрезвычайно высокими требованиями к качеству дисперсии пигментов.

Покрытия и чернильная промышленность:

Высокоэффективные покрытия: автомобильные верхние покрытия, краски типа «металлик» и т. д. требуют превосходного цвета, блеска и укрывистости, которая зависит от превосходной дисперсии пигмента.

Печатные краски: особенно наночернила, используемые в высококачественной печати и гибкой электронике.

Получение наноматериалов: Дисперсия графена и углеродных нанотрубок является одним из самых классических применений ультразвуковой технологии, используемой для приготовления проводящих композитных материалов.

Дисперсия других наночастиц (таких как кремнезем и оксид цинка) в матрице.

Косметическая промышленность: используется для диспергирования наночастиц диоксида титана и оксида цинка в солнцезащитных кремах, делая их прозрачными и не отбеливающими.

Диспергирует пигменты в помадах, тенях для век и других продуктах для макияжа, делая их ровными и гладкими.

Фармацевтическая промышленность: Приготовление систем доставки лекарств, таких как липосомы и наноэмульсии.

Диспергирование нерастворимых активных фармацевтических ингредиентов для улучшения их биодоступности.

Электронная промышленность: Диспергирование металлических порошков для проводящих паст (таких как серебряная паста и медная паста).

Приготовление керамических паст для электронных компонентов.

V. Технические проблемы и меры предосторожности

Риск перегрева: ультразвуковая энергия в значительной степени преобразуется в тепло, что может вызвать денатурацию термочувствительных смол или активных ингредиентов; поэтому система охлаждения имеет решающее значение.

Износ зонда. Зонды из титанового сплава изнашиваются при длительной работе на высокой мощности, потенциально внося следы металлических загрязнений. Для требовательных применений необходима периодическая замена зонда или использование специальных покрытий.

Оптимизация параметров процесса: такие параметры, как амплитуда (мощность) ультразвука, время и импульсный режим, требуют оптимизации для различных систем пигмент-носитель. Недостаточное время приводит к неполному диспергированию, тогда как чрезмерное время может привести к чрезмерному разрушению или деградации частиц.

Эффект масштабирования: Поддержание равномерного распределения ультразвуковой энергии по всей системе, масштабирование от небольших стаканов (десятки миллилитров) в лаборатории до сотен литров в промышленном производстве, является инженерной задачей. Для решения этой проблемы в промышленности обычно используются проточные ультразвуковые ячейки.

VI. Будущие тенденции развития

Интеллектуализация и автоматизация: интеграция онлайн-анализаторов размера частиц (таких как динамическое светорассеяние DLS), датчиков температуры и мощности для обеспечения управления с обратной связью и автоматической регулировки параметров для достижения и поддержания целевых размеров частиц.

Более высокая мощность и эффективность: Разработка более эффективных преобразователей энергии и конструкций зондов для обработки суспензий с более высокой вязкостью и концентрацией.

В сочетании с другими технологиями: например, использование высокоскоростного диспергатора для макроскопического предварительного диспергирования с последующим ультразвуковым тонким диспергированием обеспечивает как эффективность, так и результативность, что представляет собой передовой опыт в отрасли.

Зеленая химия: Разработка процессов ультразвукового диспергирования экологически чистых продуктов, таких как системы на водной основе.

Резюме: Технология ультразвуковой дисперсии пигментов является мощным и точным инструментом физического диспергирования. Его уникальный кавитационный эффект делает его практически незаменимым в наномасштабных и высокотехнологичных приложениях. Это не только мощный инструмент для улучшения характеристик традиционных продуктов (таких как покрытия и чернила), но и ключевая технология, способствующая разработке новых материалов (таких как графеновые композиты и наномедицины). С популяризацией интеллектуального управления перспективы его применения станут еще шире.