超声波分散技术是一种高效、环保的涂料分散方法，通过超声波的空化效应、机械振动和微流作用，能够有

效打破颗粒团聚，实现纳米级均匀分散。以下是超声波涂料分散的详细技术要点和应用指南：

1. 超声波分散原理

• 空化效应：超声波（20kHz-1MHz）在液体中产生高频压力变化，形成微小气泡并瞬间崩溃（内爆压力可

• 达1000atm），产生局部高温（5000K）和高压冲击波，破坏颗粒间范德华力。

• 机械剪切：超声波振动产生高速微射流（速度可达100m/s），对颗粒施加剪切力。

• 热效应：局部升温降低体系粘度，促进分散。

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2. 关键设备与参数

• 超声波设备类型：

• 适用于小批量、低粘度体系，频率40-80kHz。

• 功率：100-2000W（实验室）、工业级可达20kW。

• 频率：20-40kHz（适合高粘度涂料）。

• 探头材质：钛合金（耐腐蚀）。

• 探头式超声仪（直接浸入式）：

• 槽式超声清洗机：

• 关键参数：

• 功率密度：50-500W/L（过高会导致过热降解）。

• 时间：5-30分钟（依材料而定，过长可能引发再团聚）。

• 温度控制：需冷却水循环（保持25-40℃）。

3. 分散工艺流程

1. 预处理：

• 水性涂料：TiO₂（20%）、丙烯酸树脂（30%）、水（50%）。

• 溶剂型涂料：碳黑（5%）、环氧树脂（40%）、二甲苯（55%）。

• 涂料基料（树脂、溶剂）预混合，加入粉体（如TiO₂、碳纳米管、石墨烯等）。

• 示例配方：

2. 初级分散：

• 机械搅拌（500-1000rpm）初步润湿颗粒。

3. 超声波处理：

• 探头插入深度为液面1/3-1/2，脉冲模式（工作2s，间歇1s）减少发热。

• 工业级可采用连续流超声系统（流量1-10L/min）。

4. 后处理：

• 过滤（100-200目筛网去除未分散大颗粒）。

• 添加流平剂、消泡剂等助剂。

4. 材料适配性

• 适用体系：

• 纳米材料：SiO₂、Al₂O₃、ZnO等（粒径<100nm）。

• 难分散材料：碳纳米管（需结合表面活性剂如SDS）。

• 高固含量涂料：固含量可达60%，需分段超声避免过热。

• 不适用情况：

• 对剪切敏感的树脂（如部分纤维素醚）。

• 沸点<60℃的溶剂（超声空化易挥发）。

5. 性能优化策略

• 协同分散技术：

• 化学修饰：用硅烷偶联剂（KH550）预处理粉体。

• 复合分散：先球磨（1-10μm）再超声（纳米级细化）。

• 参数优化：

• 碳系材料：40kHz+100W/L+15分钟（D50从10μm降至200nm）。

• 金属氧化物：20kHz+300W/L+10分钟（团聚体解聚率>90%）。

6. 质量评价方法

• 粒径分析：激光粒度仪（D90≤1μm为合格）。

• 稳定性测试：

• 静置24小时无分层。

• Zeta电位绝对值>30mV（静电稳定）。

• 涂膜性能：

• 光泽度（60°角≥90GU）。

• 附着力（划格法0级）。

7. 常见问题与解决

8. 应用案例

• 汽车涂料：

• 铝粉（5μm）经超声分散后粒径≤1μm，金属效应提升30%。

• 防腐涂料：

• 石墨烯（0.5wt%）超声分散后，涂层耐盐雾时间从500h延长至1500h。

9. 安全注意事项

• 防护：需佩戴隔音耳罩（超声波噪声可达100dB）。

• 防爆：溶剂型涂料需在惰性气氛（N₂）中操作。

• 设备维护：探头定期抛光（避免表面蚀坑降低效率）。

超声波分散可显著提升涂料性能，但需根据体系特性优化参数。对于工业化生产，建议采用“机械预分散+超声波精分散”的联合工艺，平衡效率与成本。