Højtydende limformuleringer – forbedret ved ultralydsdispergering

Højtydende lime består af epoxy-, silikone-, polyurethan-, polysulfid- eller akrylsystemer, der indeholder forskellige (nano-)fyldstoffer og additiver, som giver limen særlige egenskaber såsom bindingsstyrke, lav vægt, holdbarhed, varmebestandighed og bæredygtighed. Effektiv og pålidelig blanding er nødvendig for at formulere højtydende lime. Ultralydsdispergering og -emulgering bruges til at kombinere forskellige komponenter ensartet i homogene limblandinger. Inline-sonikering blander pålideligt og effektivt selv materialer med høj viskositet og højt indhold af nanofyldstoffer og producerer dermed lime af overlegen kvalitet.

Kraftige forskydningskræfter fra ultralyd til dispergering af højtydende lime

Højtydende lime giver enestående bindingsstyrke, holdbarhed og lav vægt. Afhængigt af den endelige anvendelse formuleres polymerer, copolymerer og en række additiver efter detaljerede recepter.

Epoxy-, silikone-, polyurethan- og akrylsystemer til klæbestoffer og lime fremstilles af formuleringsspecialister, som modificerer limbasen ved at tilsætte klæbrighedsforøgende midler, mineralske fyldstoffer (talkum, siliciumdioxid, aluminiumoxid osv.), fleksibiliseringsmidler, viskositetsreducerende midler, farvestoffer, fortykningsmidler, acceleratorer, vedhæftningsfremmere osv. Disse modifikationer tjener flere formål, såsom at forbedre ydeevnen og/eller lette forarbejdningen eller at reducere omkostningerne. Ultralydsdispergeringsapparater med høj forskydning er ideelle til at formulere forskellige epoxysystemer inline og muliggør fleksibel produktion af lime, der er tilpasset kravene i bestemte anvendelser.

Ultralydsblandere med høj forskydning til krævende dispergerings- og emulgeringsopgaver

Højtydende ultralydsprocessorer fungerer som blandere med høj forskydning. De ekstremt kraftige forskydningskræfter genereres af ultralydskavitation / akustisk kavitation og er ideelle til emulgering, dispergering, formaling, deagglomerering og homogenisering i batch og inline. Lave til høje faststofkoncentrationer og viskositeter kan nemt behandles med inline-ultralydsdispergeringsapparater.

Blanding af nanomaterialer i lime med høj forskydning ved hjælp af ultralyd

Nanomaterialer såsom kulstofnanorør (CNTs), metalliske nanopartikler, nanosiliciumdioxid, nanoler, nanofibre og mange andre partikler i nanostørrelse bruges til at fremstille nanoforstærkede polymerer (nanokompositter). Nanopartikler er velkendte for deres evne til at ændre mekaniske egenskaber (f.eks. stivhed, elasticitet), elektriske egenskaber (f.eks. ledningsevne), funktionelle egenskaber (f.eks. permeabilitet, glasovergangstemperatur, modul) og brudegenskaberne hos lime baseret på hærdeplastpolymerer. Nanomaterialer giver ikke kun særlige højtydende egenskaber såsom bindingsstyrke, holdbarhed, conduciveness, elasticitet eller varmebestandighed; tilsætning af nanostrukturerede partikler kan også forbedre polymerers barriereegenskaber.
De kraftige forskydningskræfter fra akustisk kavitation genereret med ultralyd er velkendte for deres evne til at deagglomerere og dispergere nanopartikler og endda nedbryde primærpartikler (dvs. ultralydsformaling). Når disse ultralydskræfter anvendes på polymersystemer, der indeholder nanopartikler og andre fyldstoffer, opnås en meget ensartet formulering. Ultralydsdispergering er en energieffektiv metode med et lavere energiforbrug end konventionelle blandemetoder baseret på forskydning, såsom bladblandere med høj forskydning, impellerblandere eller møller.

Videoen viser blanding og dispergering af grafit i 250mL epoxyharpiks (Toolcraft L) med en ultralydshomogenisator (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics fremstiller udstyr til dispergering af grafit, grafen, kulstofnanorør, nanotråde eller fyldstoffer i laboratoriet eller i produktionsprocesser med store volumener. Typiske anvendelser er dispergering af nano- og mikromaterialer under funktionalisering eller dispergering i harpikser eller polymerer.

Kaboori et al. (2013) påviste, at sonikering er en effektiv metode til at dispergere lagdelte strukturer af montmorillonit (MMT) og udvikle MMT-forstærkede PVA-lime. Sonikering viste sig at være pålidelig og effektiv til dispergering af nanoler i PVA ved lavt (1% og 2%) og højt (4%) indhold.
Forskerholdet fandt, at ”ultralydsteknikken er meget effektiv til dispergering af nanoler, især ved højt indhold, i modsætning til højhastighedsblanderen med høj forskydning. Højhastighedsblanding kunne kun dispergere nanoler i PVA ved lavt indhold og øgede PVA’s bindingsstyrke under forskellige betingelser. Højhastighedsblanding har visse ulemper: mulig beskadigelse af PVA-emulsionen (på grund af den kraftige forskydningskraft, der anvendes under blandingen), høje omkostninger og højt energiforbrug. Derimod har sonikeringsteknikken en minimal negativ påvirkning af PVA-emulsionen. Desuden er sonikeringsteknikken økonomisk, da ultralydsblanding kunne finde sted før produktionen af PVA, og opløsningen med nanoler kan tilsættes PVA under produktionsprocessen. Når vi tager hensyn til resultaterne fra denne artikel og vores tidligere arbejde samt fordelene ved sonikeringsteknikken sammenlignet med højhastighedsblanding, synes tilsætning af nanoler til PVA i industriel skala at være gennemførlig og kan anbefales til producenter af trælim.” (Kaboori et al., 2013)

Ultralydens afgasningseffekter ved limproduktion

En yderligere fordel ved sonikering, som forbedrer formuleringsresultaterne betydeligt, er ultralydsbehandlingens afgasningseffekt. Mekanisk omrøring ved høj hastighed (f.eks. med bladblandere med høj forskydning) producerer et stort antal gasbobler i blandingen, hvilket i nogle tilfælde endda kan bemærkes ved, at blandingens farve bliver lysere. Ultralydsblanding med høj forskydning har den enorme fordel, at sonikeringsteknikken ikke indfører gasser i limformuleringen; i stedet tvinger ultralydsbølgerne allerede tilstedeværende gasbobler til at flyde sammen og stige op til væskeoverfladen, hvorfra gassen nemt kan fjernes. Dermed fremmer sonikering afgasning og afluftning af væsker og limformuleringer. (jf. Shadlou et al., 2014)

Højtydende ultralydsdispergeringsapparater til industrielle limformuleringer

Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsdispergeringsapparater til krævende anvendelser såsom fremstilling af højtydende lime, harpikser med højt fyldstofindhold og nanokompositter. Hielscher ultralydsapparater bruges verden over til at dispergere nanomaterialer i polymerer, harpikser, belægninger og andre højtydende materialer.
Hielscher ultralydsdispergeringsapparater kan tilføres materialer via forskellige fødestrømme, som tilfører forskellige materialer til blandingszonen med kavitation under kontrollerede strømningsforhold. Ultralydsdispergeringsapparater er pålidelige og effektive til behandling af lave til høje viskositeter. Afhængigt af råmaterialerne og målet for størrelsesreduktionen kan ultralydsintensiteten justeres præcist.
For at behandle viskøse polymerpastaer, nanomaterialer og høje faststofkoncentrationer skal ultralydsdispergeringsapparatet kunne producere høje amplituder kontinuerligt. Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder i kontinuerlig drift under fuld belastning. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes i 24/7-drift. Muligheden for at drive et ultralydsdispergeringsapparat ved høje amplituder og justere amplituden præcist er nødvendig for at tilpasse ultralydsprocessens betingelser til formuleringen af højtydende lime, nanoforstærkede polymerblandinger og nanokompositter.
Ud over ultralydsamplituden er trykket en anden meget vigtig procesparameter. Ved forhøjet tryk øges intensiteten af ultralydskavitationen og dens forskydningskræfter. Hielscher ultralydsreaktorer kan tryksættes, hvorved der opnås intensiverede sonikeringsresultater.
Procesovervågning og dataregistrering er vigtige for løbende processtandardisering og produktkvalitet. Tryk- og temperatursensorer med stiktilslutning forbindes til ultralydsgeneratoren for at overvåge og styre ultralydsdispergeringsprocessen. Alle vigtige procesparametre såsom ultralydsenergi (netto + samlet), temperatur, tryk og tid logges automatisk og gemmes på et indbygget SD-kort. Ved at tilgå de automatisk registrerede procesdata kan du gennemgå tidligere sonikeringskørsler og evaluere procesresultaterne.
En anden brugervenlig funktion er fjernstyring af vores digitale ultralydssystemer via browseren. Via fjernstyring i browseren kan du starte, stoppe, justere og overvåge din ultralydsprocessor på afstand fra et hvilket som helst sted.
Kontakt os nu for at få mere at vide om vores højtydende ultralydsdispergeringsapparater og deres anvendelser i produktionen af højtydende lime og belægninger!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:

---

I denne video viser vi et ultralydssystem på 2 kilowatt til inline-drift i et kabinet med mulighed for gennemskylning. Hielscher leverer ultralydsudstyr til næsten alle brancher, såsom den kemiske industri, medicinalindustrien og kosmetikindustrien samt til petrokemiske processer og ekstraktionsprocesser baseret på opløsningsmidler. Dette kabinet i rustfrit stål med mulighed for gennemskylning er konstrueret til drift i eksplosionsfarlige områder. Til dette formål kan kunden gennemskylle det tætte kabinet med kvælstof eller frisk luft for at forhindre brændbare gasser eller dampe i at trænge ind i kabinettet.