Formulacije visokoučinkovitih ljepila – poboljšane ultrazvučnom disperzijom

Visokoučinkovita ljepila sastavljaju se od epoksidnih, silikonskih, poliuretanskih, polisulfidnih ili akrilnih sistema koji sadrže različita (nano)punila i aditive, koji ljepilu daju posebna svojstva, kao što su čvrstoća veze, mala težina, trajnost, otpornost na toplotu i održivost. Za formulaciju visokoučinkovitih ljepila potrebno je efikasno i pouzdano miješanje. Ultrazvučna disperzija i emulgiranje koriste se za ujednačeno sjedinjavanje različitih komponenti u homogene smjese ljepila. Inline ultrazvučna obrada pouzdano i efikasno miješa čak i materijale visoke viskoznosti te visoka opterećenja nanopunilima, čime se dobijaju vrhunska ljepila.

Ultrazvučne visoke smične sile za disperziju visokoučinkovitih ljepila

Visokoučinkovita ljepila nude izuzetnu čvrstoću veze, trajnost i malu težinu. Ovisno o krajnjoj primjeni, polimeri, kopolimeri i brojni aditivi formuliraju se prema razrađenim recepturama.

Epoksidne, silikonske, poliuretanske i akrilne sisteme za ljepila proizvode formulatori, koji osnovu ljepila modificiraju dodavanjem sredstava za ljepljivost, mineralnih punila (talk, silicijev dioksid, aluminijev oksid itd.), fleksibilizatora, sredstava za smanjenje viskoznosti, bojila, zgušnjivača, akceleratora, promotora adhezije itd. Ove modifikacije imaju nekoliko svrha, kao što su poboljšanje učinka i/ili jednostavnosti prerade ili smanjenje troškova. Ultrazvučni disperzeri visokog smicanja idealni su za inline formulaciju različitih epoksidnih sistema i omogućavaju fleksibilnu proizvodnju ljepila prilagođenih zahtjevima pojedinih primjena.

Ultrazvučni miješalice visokog smicanja za zahtjevne primjene dispergiranja i emulgiranja

Visokoučinkoviti ultrazvučni procesori rade kao miješalice visokog smicanja. Izrazito visoke smične sile stvaraju se ultrazvučnom / akustičnom kavitacijom i idealne su za šaržno i inline emulgiranje, dispergiranje, mljevenje, deaglomeraciju i homogenizaciju. Ultrazvučnim inline disperzerima mogu se lako obrađivati niske do visoke koncentracije čvrstih tvari i viskoznosti.

Ultrazvučno miješanje nanomaterijala u ljepilima visokim smicanjem

Nanomaterijali kao što su ugljične nanocijevi (CNT), metalne nanočestice, nanosilicijev dioksid, nanoglina, nanovlakna i mnoge druge čestice nanometarskih dimenzija koriste se za proizvodnju nanoojačanih polimera (nanokompozita). Nanočestice su dobro poznate po svojoj sposobnosti da mijenjaju mehanička svojstva (npr. krutost, elastičnost), električna svojstva (npr. provodljivost), funkcionalna svojstva (npr. propusnost, temperaturu staklastog prijelaza, modul) i otpornost na lom termoreaktivnih polimernih ljepila. Nanomaterijali ne daju samo posebna visokoučinkovita svojstva, kao što su čvrstoća veze, trajnost, conduciveness, elastičnost ili otpornost na toplotu; dodavanje nanostrukturiranih čestica može poboljšati i barijerna svojstva polimera.
Smične sile visokog intenziteta ultrazvučno stvorene akustične kavitacije dobro su poznate po svojoj sposobnosti da deaglomeriraju i dispergiraju nanočestice, pa čak i da razbiju primarne čestice (tj. ultrazvučno mljevenje). Kada se ove ultrazvučne sile primijene na polimerne sisteme koji sadrže nanočestice i druga punila, dobija se vrlo ujednačena formulacija. Ultrazvučna disperzija je energetski efikasna metoda koja pokazuje manju potrošnju energije u poređenju s konvencionalnim metodama miješanja smicanjem, kao što su miješalice s oštricama visokog smicanja, miješalice s impelerom ili mlinovi.

Video prikazuje ultrazvučno miješanje i dispergiranje grafita u 250mL epoksidne smole (Toolcraft L) pomoću ultrazvučnog homogenizatora (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics proizvodi opremu za dispergiranje grafita, grafena, ugljikovih nanocijevi, nanožica ili punila u laboratoriju ili u proizvodnim procesima velikog obima. Tipične primjene su dispergiranje nanomaterijala i mikromaterijala tokom procesa funkcionalizacije ili njihovo dispergiranje u smolama ili polimerima.

Kaboori i sur. (2013) pokazali su da je ultrazvučna obrada efikasna metoda za dispergiranje slojevitih struktura montmorilonita (MMT) i razvoj PVA ljepila ojačanih MMT-om. Pokazalo se da je ultrazvučna obrada pouzdana i efikasna u dispergiranju nanoglina u PVA pri niskim (1% i 2%) i visokim (4%) opterećenjima.
Istraživački tim je utvrdio da je „ultrazvučna tehnika vrlo efikasna u dispergiranju nanoglina, posebno pri visokim opterećenjima, za razliku od miješalice visoke brzine smicanja. Miješanje velikom brzinom moglo je dispergirati nanoglinu u PVA samo pri niskim opterećenjima i povećalo je čvrstoću veze PVA u različitim uvjetima. Miješanje velikom brzinom ima neke nedostatke: moguće oštećenje PVA emulzije (zbog jake smične sile korištene tokom miješanja), visoke troškove i veliku potrošnju energije. Nasuprot tome, tehnika ultrazvučne obrade ima minimalan negativan utjecaj na PVA emulziju. Štaviše, tehnika ultrazvučne obrade je ekonomična jer se ultrazvučno miješanje može obaviti prije proizvodnje PVA, a otopina koja sadrži nanoglinu može se dodati PVA tokom proizvodnog procesa. Imajući u vidu rezultate dobijene u ovom radu i našem prethodnom radu te prednosti tehnike ultrazvučne obrade u odnosu na miješanje velikom brzinom, dodavanje nanoglina u PVA u industrijskoj skali čini se izvodljivim i može se preporučiti proizvođačima ljepila za drvo.“ (Kaboori et al., 2013)

Učinci ultrazvučnog otplinjavanja u proizvodnji ljepila

Dodatna prednost ultrazvučne obrade, koja značajno poboljšava rezultate formulacije, jeste efekat otplinjavanja pri ultrazvučnom tretmanu. Brzo mehaničko miješanje (npr. miješalicama s oštricama visokog smicanja) stvara veliki broj mjehurića plina u smjesi, što se u nekim slučajevima može primijetiti čak i po posvijetljenoj boji smjese. Ultrazvučno miješanje visokim smicanjem ima veliku prednost jer tehnika ultrazvučne obrade ne unosi plinove u formulaciju ljepila, već ultrazvučni talasi prisiljavaju već prisutne mjehuriće plina da koalesciraju i isplivaju na površinu tekućine, odakle se plin može lako ukloniti. Time ultrazvučna obrada pospješuje otplinjavanje i uklanjanje zraka iz tekućina i formulacija ljepila. (usp. Shadlou et al., 2014)

Visokoučinkoviti ultrazvučni disperzeri za industrijske formulacije ljepila

Hielscher Ultrasonics projektuje, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne disperzere za zahtjevne primjene, kao što su proizvodnja visokoučinkovitih ljepila, visokopunjenih smola i nanokompozita. Hielscher ultrazvučni uređaji koriste se širom svijeta za dispergiranje nanomaterijala u polimere, smole, premaze i druge visokoučinkovite materijale.
Hielscher ultrazvučni disperzeri mogu se napajati putem različitih dovodnih tokova, pri čemu se različiti materijali dodaju u kavitacijsku zonu miješanja pod kontrolisanim uvjetima protoka. Ultrazvučni disperzeri pouzdano i efikasno obrađuju niske do visoke viskoznosti. Ovisno o sirovinama i cilju smanjenja veličine, ultrazvučni intenzitet može se precizno podešavati.
Da bi se obradile viskozne polimerne paste, nanomaterijali i visoke koncentracije čvrstih tvari, ultrazvučni disperzer mora biti sposoban kontinuirano proizvoditi visoke amplitude. Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude u kontinuiranom radu pod punim opterećenjem. Amplitude do 200µm mogu se lako koristiti u radu 24/7. Mogućnost rada ultrazvučnog disperzera pri visokim amplitudama i preciznog podešavanja amplitude neophodna je za prilagođavanje uvjeta ultrazvučnog procesa formulaciji visokoučinkovitih ljepila, nanoojačanih polimernih smjesa i nanokompozita.
Osim ultrazvučne amplitude, pritisak je još jedan vrlo važan procesni parametar. Pod povišenim pritiscima pojačavaju se intenzitet ultrazvučne kavitacije i njene smične sile. Ultrazvučni reaktori kompanije Hielscher mogu se staviti pod pritisak, čime se dobijaju pojačani rezultati ultrazvučne obrade.
Praćenje procesa i bilježenje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitet proizvoda. Priključni senzori pritiska i temperature povezuju se na ultrazvučni generator radi praćenja i kontrole procesa ultrazvučne disperzije. Svi važni procesni parametri, kao što su ultrazvučna energija (neto + ukupna), temperatura, pritisak i vrijeme, automatski se bilježe i pohranjuju na ugrađenu SD karticu. Pristupom automatski zabilježenim procesnim podacima možete pregledati prethodne cikluse ultrazvučne obrade i procijeniti rezultate procesa.
Još jedna korisnički prihvatljiva funkcija jeste daljinsko upravljanje putem preglednika na našim digitalnim ultrazvučnim sistemima. Putem daljinskog upravljanja preglednikom možete pokrenuti, zaustaviti, podesiti i pratiti svoj ultrazvučni procesor na daljinu, s bilo kojeg mjesta.
Kontaktirajte nas odmah kako biste saznali više o našim visokoučinkovitim ultrazvučnim disperzerima i njihovim primjenama u proizvodnji visokoučinkovitih ljepila i premaza!
Tabela ispod daje okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

---

U ovom videu prikazujemo ultrazvučni sistem od 2 kilovata za protočni rad, smješten u ormar s mogućnošću propuhivanja. Hielscher isporučuje ultrazvučnu opremu za gotovo sve industrije, uključujući hemijsku, farmaceutsku i kozmetičku industriju, petrohemijske procese te procese ekstrakcije rastvaračima. Ovaj ormar od nehrđajućeg čelika s mogućnošću propuhivanja predviđen je za rad u opasnim zonama. U tu svrhu korisnik može propuhivati zabrtvljeni ormar azotom ili svježim zrakom kako bi spriječio ulazak zapaljivih plinova ili para u ormar.