Формулации на високоефективни лепила – подобрени чрез ултразвуково диспергиране

Високоефективните лепила се състоят от епоксидни, силиконови, полиуретанови, полисулфидни или акрилни системи, съдържащи различни (нано-)пълнители и добавки, които придават на лепилото специални експлоатационни свойства като якост на залепване, ниско тегло, дълготрайност, топлоустойчивост и устойчивост. За формулирането на високоефективни лепила е необходимо ефективно и надеждно смесване. Ултразвуковото диспергиране и емулгиране се използват за равномерно комбиниране на различни компоненти в хомогенни лепилни смеси. Ултразвуковата обработка в поточен режим смесва надеждно и ефективно дори материали с висок вискозитет и смеси с високо съдържание на нанопълнители, като произвежда лепила с превъзходни свойства.

Високи ултразвукови сили на срязване за диспергиране на високоефективни лепила

Високоефективните лепила осигуряват изключителна якост на залепване, дълготрайност и ниско тегло. В зависимост от крайното приложение полимери, съполимери и множество добавки се комбинират по подробно разработени рецептури.

Епоксидните, силиконовите, полиуретановите и акрилните системи за адхезиви и лепила се произвеждат от разработчици на формулации, които модифицират лепилната основа чрез добавяне на вещества за повишаване на лепкавостта, минерални пълнители (талк, силициев диоксид, алуминиев оксид и др.), вещества за повишаване на гъвкавостта, вещества за намаляване на вискозитета, оцветители, сгъстители, ускорители, подобрители на адхезията и др. Тези модификации служат за няколко цели, като подобряване на експлоатационните свойства и/или улесняване на обработката, или намаляване на разходите. Ултразвуковите диспергатори с високи сили на срязване са идеални за формулиране на различни епоксидни системи в поточен режим и позволяват гъвкаво производство на лепила, съобразени с изискванията на конкретни приложения.

Ултразвукови смесители с високи сили на срязване за взискателни приложения на диспергиране и емулгиране

Високоефективните ултразвукови процесори работят като смесители с високи сили на срязване. Изключително високите сили на срязване се генерират чрез ултразвукова / акустична кавитация и са идеални за приложения на емулгиране, диспергиране, смилане, деагломерация и хомогенизиране в партиден и поточен режим. С помощта на ултразвукови диспергатори за поточна обработка могат лесно да се обработват смеси с ниски до високи концентрации на твърди вещества и вискозитети.

Ултразвуково смесване с високи сили на срязване на наноматериали в лепила

Наноматериали като въглеродни нанотръби (CNTs), метални наночастици, наносилициев диоксид, наноглини, нановлакна и много други частици с наноразмери се използват за производство на наноусилени полимери (нанокомпозити). Наночастиците са добре известни със способността си да променят механичните свойства (напр. коравина, еластичност), електрическите свойства (напр. проводимост), функционалните свойства (напр. пропускливост, температура на встъкляване, модул) и поведението при разрушаване на термореактивните полимерни лепила. Наноматериалите не само придават специални високоефективни свойства като якост на залепване, дълготрайност, conduciveness, еластичност или топлоустойчивост; добавянето на наноструктурирани частици може да подобри и бариерните свойства на полимерите.
Високите сили на срязване на акустичната кавитация, генерирана чрез ултразвук, са добре известни със способността си да деагломерират и диспергират наночастици и дори да раздробяват първични частици (т.е. ултразвуково смилане). Когато тези ултразвукови сили се приложат към полимерни системи, съдържащи наночастици и други пълнители, се получава много равномерна формулация. Ултразвуковото диспергиране е енергийно ефективен метод, който показва по-ниско потребление на енергия в сравнение с конвенционалните методи за смесване чрез срязване, като лопаткови смесители с високи сили на срязване, смесители с импелер или мелници.

Видеото показва ултразвуково смесване и диспергиране на графит в 250mL епоксидна смола (Toolcraft L) с ултразвуков хомогенизатор (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics произвежда оборудване за диспергиране на графит, графен, въглеродни нанотръби, нанопроводници или пълнители в лабораторията или в производствени процеси с голям обем. Типични приложения са диспергирането на наноматериали и микроматериали по време на функционализиране или диспергирането им в смоли или полимери.

Kaboori et al. (2013) показват, че ултразвуковата обработка е ефективен метод за диспергиране на слоести структури на монтморилонит (MMT) и разработване на PVA лепила, усилени с MMT. Ултразвуковата обработка се оказва надеждна и ефективна за диспергиране на наноглина в PVA при ниско (1% и 2%) и високо (4%) съдържание.
Изследователският екип установява, че „ултразвуковата техника е много ефективна за диспергиране на наноглина, особено при високо съдържание, за разлика от високоскоростния смесител с високи сили на срязване. Високоскоростното смесване може да диспергира наноглината в PVA само при ниско съдържание и повишава якостта на залепване на PVA при различни условия. Високоскоростното смесване има някои недостатъци: възможно увреждане на PVA емулсията (поради силната сила на срязване, използвана при смесването), висока цена и високо потребление на енергия. За разлика от него техниката на ултразвукова обработка има минимално отрицателно въздействие върху PVA емулсията. Освен това техниката на ултразвукова обработка е икономична, тъй като ултразвуковото смесване може да се извърши преди производството на PVA, а разтворът, съдържащ наноглина, може да се добави към PVA по време на производствения процес. Като се вземат предвид резултатите, получени в настоящата публикация и в предишната ни работа, както и предимствата на техниката на ултразвукова обработка спрямо високоскоростното смесване, добавянето на наноглина към PVA в промишлен мащаб изглежда осъществимо и може да се препоръча на производителите на лепила за дървесина.“ (Kaboori et al., 2013)

Ефекти на ултразвуковото дегазиране при производството на лепила

Допълнително предимство на ултразвуковата обработка, което значително подобрява резултатите от формулирането, е нейният дегазиращ ефект. Високоскоростното механично разбъркване (напр. с лопаткови смесители с високи сили на срязване) създава голям брой газови мехурчета в сместа, което в някои случаи може дори да се забележи по изсветляването на цвета на сместа. Ултразвуковото смесване с високи сили на срязване има огромното предимство, че техниката на ултразвукова обработка не въвежда газове в лепилната формулация, а вместо това ултразвуковите вълни принуждават вече наличните газови мехурчета да се сливат и да изплуват на повърхността на течността, откъдето газът може лесно да бъде отстранен. По този начин ултразвуковата обработка подпомага дегазирането и обезвъздушаването на течности и лепилни формулации. (срв. Shadlou et al., 2014)

Високоефективни ултразвукови диспергатори за промишлени лепилни формулации

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високоефективни ултразвукови диспергатори за приложения при тежки работни условия, като производството на високоефективни лепила, смоли с високо съдържание на пълнители и нанокомпозити. Ултразвуковите устройства на Hielscher се използват в цял свят за диспергиране на наноматериали в полимери, смоли, покрития и други високоефективни материали.
Ултразвуковите диспергатори на Hielscher могат да се захранват чрез различни подаващи потоци, които въвеждат различни материали при контролирани условия на протичане в кавитационната зона на смесване. Ултразвуковите диспергатори са надеждни и ефективни при обработката на материали с нисък до висок вискозитет. В зависимост от суровините и целта за намаляване на размера на частиците ултразвуковият интензитет може да се регулира прецизно.
За обработване на вискозни полимерни пасти, наноматериали и смеси с високи концентрации на твърди вещества ултразвуковият диспергатор трябва да може непрекъснато да генерира високи амплитуди. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди при непрекъсната работа с пълно натоварване. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат при работа 24/7. Възможността за работа на ултразвуков диспергатор при високи амплитуди и за прецизно регулиране на амплитудата е необходима за адаптиране на условията на ултразвуковия процес към формулирането на високоефективни лепила, наноусилени полимерни смеси и нанокомпозити.
Освен ултразвуковата амплитуда налягането е друг много важен параметър на процеса. При повишени налягания интензитетът на ултразвуковата кавитация и нейните сили на срязване се увеличават. Ултразвуковите реактори на Hielscher могат да работят под налягане, като по този начин се получават засилени резултати от ултразвуковата обработка.
Наблюдението на процеса и записването на данни са важни за непрекъснатата стандартизация на процеса и качеството на продукта. Сензори за налягане и температура с щепселно свързване се свързват към ултразвуковия генератор за наблюдение и управление на процеса на ултразвуково диспергиране. Всички важни параметри на обработката, като ултразвукова енергия (нетна + обща), температура, налягане и време, се регистрират автоматично и се съхраняват на вградена SD карта. Чрез достъп до автоматично записаните данни за процеса можете да преглеждате предишни цикли на ултразвукова обработка и да оценявате резултатите от процеса.
Друга удобна за потребителя функция е дистанционното управление на нашите цифрови ултразвукови системи чрез браузър. Чрез дистанционно управление през браузър можете да стартирате, спирате, настройвате и наблюдавате своя ултразвуков процесор от всяко място.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за нашите високоефективни ултразвукови диспергатори и техните приложения в производството на високоефективни лепила и покрития!
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства:

---

В това видео Ви показваме ултразвукова система с мощност 2 киловата за проточна работа, разположена в шкаф с възможност за продухване. Hielscher доставя ултразвуково оборудване за почти всички отрасли, включително химическата, фармацевтичната и козметичната промишленост, нефтохимичните процеси, както и процесите на екстракция с разтворители. Този шкаф от неръждаема стомана с възможност за продухване е проектиран за работа във взривоопасни зони. За тази цел клиентът може да продухва уплътнения шкаф с азот или свеж въздух, за да предотврати проникването на запалими газове или пари в него.