TORUSMILL分散機的應用

發布於：2016-11-25

摘要

柔性太陽能電池的表麵塗層要求是高性能的紫外固化丙烯酸酯納米複合材料。他們(men) 的合成不僅(jin) 是一個(ge) 微調的化學步驟，同時要求分散和研磨的過程。已申請專(zhuan) 利的氣相二氧化矽原位矽烷化在德國VMA公司的TORUSMILL®研磨分散機的幫助下表現得較好。根據TORUSMILL分散機的應用，從(cong) VMA實驗室係列分散研磨機參數的可比性更簡單方便的幫助從(cong) 實驗室試樣放到規模生產(chan) 。

簡介

TORUSMILL分散機的應用：非凡的挑戰要求非凡的解決(jue) 方案，柔性太陽能電池要受到陽光、風力和各種外界因素幾十年的摧殘。要承受這些極端的要求，表麵塗層必須柔韌，耐磨和耐劃傷(shang) 。當然，高透明度，成本效益和避免底材溫度過高這些性能也是需要的。由於(yu) 同時要求高的生產(chan) 效率和低的工藝溫度，優(you) 異性能的紫外光固化丙烯酸酯係統是推薦。通過加入無機粒子，可使得丙烯酸酯配方的耐刮性和耐磨性可以進一步提高。隻要填充度低於(yu) 的閾值為(wei) 25%體(ti) 積(大約與(yu) 40%質量百分比一致，因為(wei) 無機顆粒的密度更高)則被認為(wei) 是表麵硬度與(yu) 填充度呈線性過程。塗料表麵硬度的提高比期望的顆粒硬度要低(圖1)。直到超過滲流閾值，即顆粒不能再滑動，總硬度成為(wei) 顆粒和基體(ti) 的加權和。超過了滲流閾值，另一方麵也就意味著這個(ge) 係統不再攪動。插圖1很明顯地顯示了理論狀況，這就是眾(zhong) 所周知的冶金過程。

紫外光固化納米複合材料的微硬度

圖1: 提高填充度的紫外光固化納米複合材料的微硬度的改善隨質量百分比顯示。插圖顯示了硬度和填充度的體(ti) 積百分比在整個(ge) 範圍內(nei) 的理論關(guan) 係。突出的區域對應於(yu) 主圖中顯示的數據。

分散技術

如果不是粒子本身的硬度,那是什麽(me) 決(jue) 定了不同填充度的硬度變化呢?這是由顆粒與(yu) 基體(ti) 之間的相互作用及矩陣，這受到粒子的表麵處理，也即分散技術相互作用的控製。最不理想的情況是，微硬度隨填充度的增加而降低，我們(men) 最近在實驗室研究的一個(ge) 水性納米粒子丙烯酸酯係統(數據未顯示)就是這種情況。另一方麵，為(wei) 了實現最大的顆粒基質相互作用的原位表麵改性的矽烷化是在萊布尼茨研究所研發的。這一專(zhuan) 利的概念是基於(yu) 聞名的化學反應與(yu) 一個(ge) 新過程的組合。顆粒表麵矽烷化包括前體(ti) 步驟(通過相應的烷氧基矽烷的水解形成的矽醇基取代)和矽烷醇與(yu) 表麵羥基縮合來結合擴散，從(cong) 而提供表麵活性。因為(wei) 這些過程是丙烯酸酯基的自身反應，並不需要不確定的反式擴散。最後，每個(ge) 顆粒都有了自己的矽烷均勻包裹，再交聯與(yu) 基體(ti) 形成堅硬的質膜。如太陽能電池所用的透明薄膜，就需要非常精細的納米顆粒。操作會(hui) 產(chan) 生氣相二氧化矽納米粒子(Degussa的氣相二氧化矽比表麵積至少200m2/g，即Aerosil200和Aerosil380)未經表麵處理的這些粒子通常作為(wei) 一種觸變劑，百分之幾的質量足以將清漆變成高粘度的膩子。這種效果當然也發生在中納米複合材料的合成過程：納米顆粒必須計量並慢慢加到有丙烯酸酯的TORUSMILL® 研磨分散機中，該型號的分散機具有高扭矩力的引擎，並能滿負荷運轉。隨著分散的開始並在表麵反應的輔助下，納米複合材料的粘度再次下降。當降低轉矩力，機器上會(hui) 顯示出綜合數值，告知操作員什麽(me) 時候恢複供給二氧化矽納米顆粒。因此，TORUSMILL分散機的應用，一個(ge) 完全自動化的耦合轉矩控製和粒子計量已經應用在TORUSMILL® TM500中。

透明清澈的納米複合材料——使用TORUSMILL®

使用傳(chuan) 統的分散機是不可能得到完全透明清澈的清漆而且完全沒有附聚物的。這就是TORUSMILL®專(zhuan) 利係統的關(guan) 鍵之處，分散機的預分散與(yu) 研磨砂的創新結合，能有效地對基料先作預分散，之後用高性能的珠磨作研磨，不再需要轉移基料：已經合成了納米粒子超過20%質量百分比的透明清澈的納米複合材料。透明清澈的意思是通過半米厚的納米複合材料，仍能看到放在桶底的硬幣上的字母。TORUSMILL®係列為(wei) 納米複合材料的合成線路的發展提供了極大的便利。 TORUSMILL® TM 10已經大批量運用在10L的規模原料下，也已經有了一些經驗，更大的機器通常需要用更多的時間。很快將會(hui) 大批量生產(chan) 100L的型號 (圖2是TM100) 或者是半噸規模的(TM500)。利用TORUSMILL分散機的應用這種方式，就是購買(mai) 原材料從(cong) 實驗室小樣到試生產(chan) 到擴大規模生產(chan) 的時理步驟。

最終的產品

通過TORUSMILL分散機的應用，在TORUSMILL®上的IOM係統生產(chan) 的丙烯酸酯納米複合材料表現出令人驚訝的低粘度，使我們(men) 製造出高填充度且塗層柔韌耐磨的太陽能電池。柔性太陽能電池還在試生產(chan) 階段，而丙烯酸酯納米複合材料已經由萊比錫的Cetelon Nanotechnik成噸大批量生產(chan) 並由WKP Unterensingen進一步加工成了耐受性較強、超細克拉級的箔。

VMA TM砂磨分散機