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.

Ultrazvukové mokré mletí a dispergace je vysoce účinná metoda pro snížení velikosti částic, např. TiO2 a dalších nanočástic

MultiSonoReactor s výkonem 4x 4kW pro aplikace s ultrazvukovým výkonem, jako je výroba nano vyztužených lepidel.

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.
- Spolehlivá a efektivní disperze
- Vynikající celkový míchací výkon
- Rychlé míchání
- Vysoká propustnost
- nano výztuž
- Odplyňování
- Zvýšená pevnost spoje
- Snadná schopnost zpracovávat vysoké viskozity
- Dávkové a in-line
- Testování složení bez rizika
- Lineární škálování
- Energeticky úsporné
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)

Porovnání různých nanoplniv dispergovaných v tvrdidle (ultrazvuku - US): (a) 0,5 hm% uhlíkových nanovláken (CNF); b) 0,5 hm% CNT oxidovaný
Studie a obrázek: Zanghellini et al., 2021
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:
Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura / Reference
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Shadlou, Shahin; Ahmadi Moghadam, Babak; Taheri, Farid (2014): Nano-Enhanced Adhesives. Reviews of Adhesion and Adhesives 2, 2014. 371-412.
- Zanghellini, B.; Knaack, P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Hielscher, Thomas (2007): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions. European Nano Systems 2005, Paris, France, 14-16 December 2005.
Fakta, která stojí za to vědět
Vysoce výkonná lepidla a lepidla
Vysoce výkonná lepidla, lepidla a vteřinová lepidla se používají v různých průmyslových odvětvích. Důležitou výhodou vysoce výkonných lepidel je jejich mimořádná přilnavost a nízká hmotnost. Vysoce výkonná lepidla jsou široce používána ve stavebnictví, automobilovém a leteckém průmyslu, při výrobě zdravotnického vybavení, komoditních produktů a obuvi a mnoha dalších statků.
Polymery jsou základním materiálem používaným v lepidlech. Mezi běžně používané polymery patří polyestery, kopolyestery, kopolyamidové elastomery, polyoly a polyuretan (PU).
Pro každé odvětví a aplikaci jsou k dispozici speciální lepidla s přizpůsobenými vlastnostmi. Například laminovací lepicí systémy na vodní bázi se často používají pro balení potravin, zatímco vysoce výkonná lepidla na bázi termoplastického polyuretanu jsou široce používána v obuvi. Na základě technologie formulace lze vysoce výkonná lepidla rozdělit do čtyř hlavních segmentů: na bázi rozpouštědel, na vodní bázi, tavná lepidla a vytvrzovaná UV zářením. Ultrazvuková disperze a emulgace se používají při výrobě všech těchto vysoce výkonných typů lepidel.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.