Vysoce výkonné adhezivní formulace – Vylepšeno ultrazvukovou disperzí

Vysoce výkonná lepidla se skládají z epoxidových, silikonových, polyuretanových, polysulfidových nebo akrylových systémů obsahujících různá (nano-)plniva a přísady, které dodávají lepidlu speciální vlastnosti, jako je pevnost spoje, nízká hmotnost, trvanlivost, tepelná odolnost a udržitelnost. Pro formulaci vysoce výkonných lepidel je nutné účinné a spolehlivé míchání. Používá se ultrazvuková disperze a emulgace, která spojuje různé složky rovnoměrně do homogenních směsí lepidel. Inline sonikace spojuje i vysoce viskózní materiály a vysoké zatížení nano-plnivy spolehlivě a efektivně a vytváří vynikající lepidla.

Ultrazvukové vysoké smykové síly pro disperzi vysoce výkonných lepidel

Vysoce výkonná lepidla nabízejí mimořádnou pevnost lepení, trvanlivost a nízkou hmotnost. V závislosti na konečné aplikaci jsou polymery, kopolymery a více přísad formulovány podle propracovaných receptur.

Epoxidové, silikonové, polyuretanové a akrylátové systémy pro lepidla a lepidla jsou vyráběny formulátory, které upravují adhezivní základnu přidáním lepidel, minerálních plniv (mastek, oxid křemičitý, oxid hlinitý atd.), flexibilizátorů, reduktorů viskozity, barviv, zahušťovadel, urychlovačů, promotorů adheze atd. Tyto úpravy slouží k několika účelům, jako je zlepšení výkonu a/nebo pohodlí při zpracování nebo snížení nákladů. Ultrazvukový dispergátor s vysokým smykem je ideální pro formulování různých epoxidových systémů inline a umožňuje flexibilní výrobu lepidel přizpůsobených požadavkům konkrétních aplikací.

Ultrazvuková smyková míchadla pro náročné disperzní a emulzní aplikace

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory pracují jako mixér s vysokým střihem. Extrémně vysoké smykové síly jsou generovány ultrazvukovou / akustickou kavitací a jsou ideální pro dávkovou a inline emulgaci, disperzi, mletí, deaglomeraci a homogenizaci. Nízké až vysoké koncentrace pevných látek a viskozity lze snadno zpracovat pomocí ultrazvukových inline dispergátorů.

Ultrazvukové vysokosmykové míchání nanomateriálů v lepidlech

K výrobě nanovyztužených polymerů (nanokompozitů) se používají nanomateriály, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT), kovové nanočástice, nanooxid křemičitý, nanojíly, nanovlákna a mnoho dalších nanočástic. Nanočástice jsou dobře známé pro svou schopnost měnit mechanické vlastnosti (např. tuhost, pružnost), elektrické vlastnosti (např. vodivost), funkční vlastnosti (např. propustnost, teplota skelného přechodu, modul) a lomové vlastnosti termosetových polymerních lepidel. Nejenže dávají nanomateriálům zvláštní vysoce výkonné vlastnosti, jako je pevnost spoje, trvanlivost, příznivost, elasticita nebo tepelná odolnost; Přídavek nanostrukturovaných částic může také zlepšit bariérové vlastnosti polymerů.
Vysoké smykové síly ultrazvukem generované akustické kavitace jsou dobře známé pro svou schopnost deaglomerovat a dispergovat nanočástice a dokonce rozbít primární částice (tj. ultrazvukové frézování). Když jsou tyto ultrazvukové síly aplikovány na polymerní systémy obsahující nanočástice a jiná plniva, získá se velmi jednotná formulace. Ultrazvuková disperze je energeticky účinná metoda, která vykazuje nižší spotřebu energie ve srovnání s konvenčními metodami smykového míchání, jako jsou lopatkové mixéry s vysokým smykovým třením, míchačky s oběžným kolem nebo mlýny.

Kaboori et al. (2013) prokázali, že ultrazvuku je účinná metoda pro dispergaci vrstvených struktur montmorillonitu (MMT) a vývoj PVA lepidel vyztužených MMT. Ultrazvuku se ukázalo jako spolehlivé a účinné při dispergaci nanojílu v PVA při nízkém (1% a 2%) a vysokém (4%) zatížení.
Výzkumný tým zjistil, že "ultrazvuková technika je velmi účinná při dispergaci nanojílu, zejména při vysokém zatížení, na rozdíl od mixéru s vysokou smykovou rychlostí. Vysokorychlostní míchání by mohlo dispergovat nanojíl v PVA pouze při nízkém zatížení a zvýšené pevnosti vazby PVA za různých podmínek. Vysokorychlostní míchání má některé nevýhody: možné poškození emulze PVA (kvůli silné smykové síle použité během míchání), vysoké náklady a vysoká spotřeba energie. Naproti tomu technika ultrazvuku má minimální negativní dopad na emulzi PVA. Navíc, ultrazvuková technika je ekonomická, protože ultrazvukové míchání může proběhnout před výrobou PVA a roztok obsahující nanojíl může být přidán do PVA během výrobního procesu. Vezmeme-li v úvahu výsledky získané z tohoto dokumentu a naší předchozí práce a vezmeme-li v úvahu výhody techniky ultrazvuku oproti vysokorychlostnímu míchání, přidání nanojílu do PVA v průmyslovém měřítku se zdá být proveditelné a lze jej doporučit výrobcům lepidel na dřevo. (Kaboori et al., 2013)

Ultrazvukové odplyňovací účinky při výrobě lepidel

Další výhodou sonikace, která výrazně zlepšuje výsledky formulace, je odplyňovací účinek ultrazvukové léčby. Vysokorychlostní mechanické míchání (např. nožové mixéry s vysokým smykem) vytváří ve směsi velké množství plynových bublin, které by v některých případech mohly být dokonce zaznamenány kvůli jasnější barvě směsi. Ultrazvukové míchání s vysokým smykem má obrovskou výhodu, že technika sonikace nezahrnuje plyny do adhezivní formulace, místo toho ultrazvukové vlny nutí již přítomné plynové bubliny, aby se spojily a plavaly na povrchu kapaliny, odkud lze plyn snadno odstranit. Tímto způsobem ultrazvuku podporuje odplyňování a odvzdušňování kapalin a adhezivních formulací. (srov. Shadlou et al., 2014)

Vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro průmyslové adhezivní formulace

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro náročné aplikace, jako je výroba vysoce výkonných lepidel, vysoce plněných pryskyřic a nanokompozitů. Hielscher ultrasonicators se používají po celém světě pro dispergaci nanomateriálů do polymerů, pryskyřic, povlaků a dalších vysoce výkonných materiálů.
Hielscher ultrazvukové dispergátory mohou být přiváděny prostřednictvím různých přiváděcích proudů přidáním různých materiálů za podmínek řízeného průtoku do kavitační míchací zóny. Ultrazvukové dispergátory jsou spolehlivé a účinné při zpracování s nízkou až vysokou viskozitou. V závislosti na surovinách a cíli zmenšení velikosti lze přesně nastavit ultrazvukovou intenzitu.
Aby bylo možné zpracovávat viskózní polymerní pasty, nanomateriály a vysoké koncentrace pevných látek, musí být ultrazvukový dispergátor schopen produkovat kontinuálně vysoké amplitudy. Hielscher Ultrazvuk’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu při plném zatížení. Amplitudy až 200 μm lze snadno provozovat v provozu 24/7. Možnost provozu ultrazvukového dispergátoru při vysokých amplitudách a přesného nastavení amplitudy je nezbytná pro přizpůsobení podmínek ultrazvukového procesu formulaci vysoce výkonných lepidel, nanovyztužených polymerních směsí a nanokompozitů.
Kromě ultrazvukové amplitudy je dalším velmi důležitým parametrem procesu tlak. Při zvýšených tlacích se intenzita ultrazvukové kavitace a její smykové síly zvyšují. Hielscherovy ultrazvukové reaktory mohou být pod tlakem, čímž se získají intenzivnější výsledky sonikace.
Monitorování procesů a záznam dat jsou důležité pro průběžnou standardizaci procesů a kvalitu výrobků. Zásuvné snímače tlaku a teploty jsou připojeny k ultrazvukovému generátoru pro monitorování a řízení procesu ultrazvukové disperze. Všechny důležité parametry zpracování, jako je ultrazvuková energie (čistá + celková), teplota, tlak a čas, jsou automaticky protokolovány a ukládány na vestavěnou SD kartu. Přístupem k automaticky zaznamenaným procesním datům můžete revidovat předchozí běhy ultrazvuku a vyhodnotit výsledky procesu.
Další uživatelsky přívětivou funkcí je dálkové ovládání našich digitálních ultrazvukových systémů pomocí prohlížeče. Prostřednictvím dálkového ovládání prohlížeče můžete spouštět, zastavovat, nastavovat a sledovat ultrazvukový procesor na dálku odkudkoli.
Kontaktujte nás a dozvíte se více o našich vysoce výkonných ultrazvukových dispergátorech a jejich aplikacích při výrobě vysoce výkonných lepidel a povlaků!
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

---