Come un miscelatore centrifugo planetario elimina le bolle in pochi minuti

Se hai mai mescolato a mano un adesivo, una pasta conduttiva o una vernice — o persino con un agitatore convenzionale — sai bene come funziona: raschia, mescola, aspetta, raschia di nuovo, eppure restano sempre minuscole bolle impossibili da eliminare.

Le bolle d’aria sono il nemico silenzioso di ogni formulatore.
Se lasciate indisturbate, generano punti di stress che indeboliscono le linee adesive, interrompono i percorsi elettrici nelle inchiostri conduttivi e causano pori che rovinano la finitura superficiale.
La cosa frustrante è che risulta estremamente difficile eliminarle da materiali densi.
In una sospensione ad alta viscosità, una microbolla può impiegare giorni per risalire in superficie autonomamente — poiché la bolla deve prima raggiungere la superficie del liquido, formare un film, rompersi e infine fuoriuscire.
Più denso è il materiale, più lenta diventa l’intera sequenza.

Che cos’è un miscelatore a vuoto per eliminazione delle bolle?

Un miscelatore a vuoto per eliminazione delle bolle (spesso chiamato anche miscelatore a vuoto per degasificazione o macchina per debubblizzazione) è un miscelatore che combina la miscelazione centrifuga con una camera a vuoto.
I materiali vengono posti in contenitori sigillati che ruotano ad alta velocità all’interno di una camera sottoposta a vuoto.
Il moto rotatorio genera una forte forza centrifuga, mentre il vuoto estrae contemporaneamente l’aria dal materiale.
I due effetti agiscono in sinergia: la forza centrifuga comprime il lotto e spinge le bolle intrappolate verso la superficie, mentre il vuoto le rimuove prima che possano riformarsi.

Un miscelatore planetario centrifugo è un tipo specifico di miscelatore sottovuoto per la degasificazione in cui i contenitori ruotano sia attorno a un asse centrale (rivoluzione) sia attorno al proprio asse (rotazione).
Questo doppio movimento genera un potente campo di flusso tridimensionale che miscela e degasifica in un unico passaggio — niente lame, niente palette, nessuna zona morta.

Il vero costo dell’aria intrappolata

Le bolle non sono solo un fastidio estetico.
Si manifestano in modi misurabili:

• Legami adesivi indeboliti.
  Le sacche d’aria agiscono come concentratori di tensione.
  Sotto cicli termici o carichi meccanici, i legami cedono prima e in modo più improvviso.
• Prestazioni elettriche compromesse.
  Nelle paste argentate e altre sospensioni conduttive, le bolle ostruiscono i percorsi della corrente, aumentano la resistenza superficiale e peggiorano definizione di stampa e adesione.
• Aspetto non uniforme.
  Rivestimenti, gel e materiali di incapsulamento con aria intrappolata risultano opachi o con fossette, e la viscosità e la trasparenza variano in modo imprevedibile da lotto a lotto.

Aspettare che le bolle scompaiano naturalmente è raramente un’opzione nella produzione.
Il riscaldamento aiuta, ma può danneggiare ingredienti sensibili al calore.
L’agitazione meccanica introduce invece ulteriore aria.
Ecco perché un numero sempre maggiore di formulisti sposta il proprio passaggio di degasificazione su un miscelatore sottovuoto dedicato.

Come funziona la degasificazione sottovuoto all’interno della macchina

Il principio di funzionamento di un miscelatore planetario sottovuoto si basa su tre forze:

1. Rivoluzione (orbita).
   Il portacoppette ruota attorno all’asse centrale della macchina ad alta velocità.
   La forza centrifuga spinge il materiale verso l'esterno e verso il basso, compattando la miscela ed espellendo le bolle verso la superficie.
2. Rotazione (spin).
   Ogni coppa ruota anche sul proprio asse, generando una forza di taglio sulla parete della coppa.
   Questo rompe gli agglomerati mentre la miscela continua a muoversi, impedendo così che qualsiasi componente rimanga fermo abbastanza a lungo da stratificarsi.
3. Vuoto.
   La camera viene evacuata fino a raggiungere un vuoto spinto — la serie TMV di SMIDA raggiunge 0,2 kPa — in modo che le bolle si espandano e scoppino in superficie anziché rimanere sospese.

Poiché le coppe sono sigillate, il processo impedisce anche l'assorbimento di umidità e la perdita di solvente, fattori cruciali per sistemi sensibili all'umidità.

Le foto prima e dopo qui sopra mostrano un adesivo ad alta viscosità lavorato con un miscelatore a vuoto SMIDA: la pasta opaca e piena di bolle a sinistra diventa un materiale trasparente e omogeneo a destra dopo pochi minuti sotto vuoto.

Il vostro materiale è adatto alla degasificazione centrifuga?

Tre semplici controlli vi diranno se un miscelatore planetario a vuoto è adatto al vostro processo:

• Viscosità.
  La degasificazione centrifuga gestisce tutto, dalle inchiostri a bassa viscosità alle paste fino a circa 2.000.000 cP — la gamma in cui i fenomeni di sedimentazione e di intrappolamento di bolle sono più gravi.
• Sensibilità al taglio.
  Poiché il mescolamento avviene senza pale, cariche delicate e polimeri a catena lunga non vengono tagliati né danneggiati.
• Requisiti di sistema chiuso.
  Se è necessario prevenire l’evaporazione del solvente, l’assorbimento di umidità o l’esposizione all’ossigeno, la progettazione con recipiente sigillato rappresenta un chiaro vantaggio.

I materiali che soddisfano tutti e tre i criteri — paste conduttive, adesivi, composti per encapsulamento, creme cosmetiche, sospensioni per batterie — sono esattamente quelli che traggono il massimo beneficio da un miscelatore a vuoto per la defoamazione.

Scelta della macchina giusta: cosa confrontare

Quando si valutano i miscelatori a vuoto per la defoamazione, andare oltre la velocità indicata in prima pagina e confrontare invece i parametri che determinano effettivamente i risultati:

Domande frequenti

Quanto tempo richiede la schiumatura sotto vuoto?

Per la maggior parte delle sospensioni ad alta viscosità, pochi minuti di mescolamento sotto vuoto a 0,2 kPa sono sufficienti per rimuovere bolle visibili e microbolle — rispetto a ore o giorni di sedimentazione oppure a passaggi ripetuti in una camera a vuoto.

Un miscelatore sottovuoto per la rimozione delle bolle può sostituire una camera sottovuoto?

Per materiali ad alta viscosità, sì — di solito in modo ancora più efficace.
Una camera sottovuoto si basa sulla risalita passiva delle bolle, processo estremamente lento nelle paste dense.
Un miscelatore planetario centrifugo espelle attivamente le bolle mediante forza centrifuga, mentre il vuoto le elimina, in una frazione del tempo.

Il miscelatore danneggia i materiali sensibili al taglio?

Nessuna lama entra in contatto con il materiale, quindi lo sforzo di taglio viene applicato in modo delicato ed uniforme.
Gli additivi come scaglie d’argento, vetro fritto e polveri ceramiche mantengono forma e distribuzione dimensionale.

È necessario un modello sottovuoto, oppure un miscelatore standard è sufficiente?

Se le bolle influiscono direttamente sulle prestazioni del prodotto — ad esempio paste conduttive, materiali di incapsulamento, gel termici — scegliere il modello sottovuoto.
Per materiali non soggetti a problemi legati alle bolle, il modello senza vuoto è più veloce ed economico.

Il Verdetto Finale

La degasificazione non deve essere il passaggio più lento sulla vostra linea.
Un miscelatore planetario centrifugo a vuoto riduce da ore a minuti il tempo di sedimentazione, senza contaminazioni, zone morte o accumulo di calore tipici dei miscelatori a lame.

Se una determinata sospensione continua a generare bolle, inviate un campione al laboratorio SMIDA.
Eseguiamo i vostri materiali sulle nostre macchine, vi mostriamo i risultati prima e dopo e vi consigliamo il modello più adatto — da campioni da 1 g per laboratorio fino a macchine per produzione da 100 kg o più — prima che spendiate un solo dollaro.