فرمولاسیون‌های چسب با عملکرد بالا – بهبودیافته با پراکنده‌سازی فراصوتی
چسب‌های با عملکرد بالا از سامانه‌های اپوکسی، سیلیکونی، پلی‌یورتانی، پلی‌سولفیدی یا اکریلیکی تشکیل می‌شوند که حاوی انواع پرکننده‌ها، از جمله نانوپرکننده‌ها، و افزودنی‌ها هستند. این مواد ویژگی‌های عملکردی ویژه‌ای مانند استحکام اتصال، وزن کم، دوام، مقاومت حرارتی و پایداری زیست‌محیطی به چسب می‌بخشند. برای فرمولاسیون چسب‌های با عملکرد بالا، اختلاط کارآمد و قابل‌اعتماد ضروری است. پراکنده‌سازی و امولسیون‌سازی فراصوتی برای ترکیب یکنواخت اجزای مختلف و تولید مخلوط‌های همگن چسب به کار می‌روند. فراصوت‌دهی درون‌خطی حتی مواد با گرانروی بالا و مقادیر زیاد نانوپرکننده را نیز به‌طور قابل‌اعتماد و مؤثر مخلوط می‌کند و چسب‌هایی با کیفیت برتر تولید می‌کند.
نیروهای برشی شدید فراصوتی برای پراکنده‌سازی چسب‌های با عملکرد بالا
چسب‌های با عملکرد بالا استحکام اتصال فوق‌العاده، دوام و وزن کم ارائه می‌دهند. بسته به کاربرد نهایی، پلیمرها، کوپلیمرها و افزودنی‌های متعدد طبق دستورالعمل‌های دقیق و مدون فرمول‌بندی می‌شوند.
آسیاب‌کردن تر و پراکنده‌سازی فراصوتی روشی بسیار کارآمد برای کاهش اندازهٔ ذرات، برای مثال TiO2 و سایر نانوذرات، است
MultiSonoReactor با توان 4x 4kW برای کاربردهای فراصوت پرتوان، مانند تولید چسب‌های تقویت‌شده با نانومواد.
سامانه‌های اپوکسی، سیلیکونی، پلی‌یورتانی و اکریلیکی برای انواع چسب توسط متخصصان فرمولاسیون تولید می‌شوند. این متخصصان با افزودن موادی مانند افزایش‌دهنده‌های چسبناکی، پرکننده‌های معدنی (تالک، سیلیکا، آلومینا و غیره)، انعطاف‌پذیرکننده‌ها، کاهنده‌های گرانروی، رنگ‌دهنده‌ها، غلیظ‌کننده‌ها، شتاب‌دهنده‌ها و تقویت‌کننده‌های چسبندگی، پایهٔ چسب را اصلاح می‌کنند. این اصلاحات اهداف متعددی مانند بهبود عملکرد و/یا سهولت پردازش یا کاهش هزینه‌ها دارند. دستگاه‌های پراکنده‌ساز فراصوتی با برش بالا برای فرمولاسیون درون‌خطی سامانه‌های مختلف اپوکسی ایدئال هستند و تولید انعطاف‌پذیر چسب‌های متناسب با الزامات کاربردهای خاص را امکان‌پذیر می‌کنند.
مخلوط‌کن‌های فراصوتی با برش بالا برای کاربردهای دشوار پراکنده‌سازی و امولسیون‌سازی
پردازشگرهای فراصوتی با عملکرد بالا مانند مخلوط‌کن‌های با برش بالا عمل می‌کنند. نیروهای برشی بسیار شدید از طریق کاویتاسیون فراصوتی / آکوستیکی ایجاد می‌شوند و برای کاربردهای ناپیوسته و درون‌خطی امولسیون‌سازی، پراکنده‌سازی، آسیاب‌کردن، کلوخه‌زدایی و همگن‌سازی ایدئال هستند. با استفاده از پراکنده‌سازهای فراصوتی درون‌خطی می‌توان مواد با غلظت جامدات و گرانروی کم تا زیاد را به‌آسانی پردازش کرد.
اختلاط فراصوتی با برش بالای نانومواد در چسب‌ها
نانوموادی مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs)، نانوذرات فلزی، نانوسیلیکا، نانورس‌ها، نانوالیاف و بسیاری دیگر از ذرات نانومقیاس برای تولید پلیمرهای تقویت‌شده با نانومواد (نانوکامپوزیت‌ها) به کار می‌روند. نانوذرات به‌دلیل توانایی تغییر خواص مکانیکی (مانند سفتی و کشسانی)، خواص الکتریکی (مانند رسانایی)، خواص کارکردی (مانند نفوذپذیری، دمای گذار شیشه‌ای و مدول) و رفتار شکست چسب‌های پلیمری گرماسخت شناخته شده‌اند. نانومواد نه‌تنها ویژگی‌های ویژه‌ای با عملکرد بالا مانند استحکام اتصال، دوام، قابلیت رسانایی، کشسانی یا مقاومت حرارتی ایجاد می‌کنند، بلکه افزودن ذرات نانوساختار می‌تواند خواص سدکنندگی پلیمرها را نیز بهبود دهد.
نیروهای برشی شدید ناشی از کاویتاسیون آکوستیکی ایجادشده با فراصوت، به‌دلیل توانایی کلوخه‌زدایی و پراکنده‌سازی نانوذرات و حتی شکستن ذرات اولیه (یعنی آسیاب‌کردن فراصوتی) به‌خوبی شناخته شده‌اند. هنگامی که این نیروهای فراصوتی به سامانه‌های پلیمری حاوی نانوذرات و سایر پرکننده‌ها اعمال می‌شوند، فرمولاسیونی بسیار یکنواخت به دست می‌آید. پراکنده‌سازی فراصوتی روشی با بهره‌وری انرژی بالا است که در مقایسه با روش‌های متداول اختلاط برشی، مانند مخلوط‌کن‌های تیغه‌ای با برش بالا، مخلوط‌کن‌های پروانه‌ای یا آسیاب‌ها، انرژی کمتری مصرف می‌کند.
- پراکنده‌سازی قابل‌اعتماد و کارآمد
- عملکرد کلی برتر در اختلاط
- اختلاط سریع
- ظرفیت پردازش بالا
- تقویت با نانومواد
- گاززدایی
- افزایش استحکام اتصال
- پردازش آسان مواد با گرانروی بالا
- ناپیوسته و درون‌خطی
- آزمون فرمولاسیون بدون ریسک
- افزایش مقیاس خطی
- بهره‌وری انرژی بالا
Kaboori et al. (2013) نشان دادند که فراصوت‌دهی روشی مؤثر برای پراکنده‌سازی ساختارهای لایه‌ای مونتموریلونیت (MMT) و توسعهٔ چسب‌های PVA تقویت‌شده با MMT است. مشخص شد که فراصوت‌دهی برای پراکنده‌سازی نانورس در PVA با مقادیر افزودن کم (1% و 2%) و زیاد (4%) روشی قابل‌اعتماد و کارآمد است.
گروه پژوهشی دریافت که «روش فراصوتی، برخلاف مخلوط‌کن پرسرعت با برش بالا، در پراکنده‌سازی نانورس به‌ویژه در مقادیر افزودن زیاد بسیار کارآمد است. اختلاط پرسرعت فقط در مقادیر افزودن کم توانست نانورس را در PVA پراکنده کند و استحکام اتصال PVA را در شرایط مختلف افزایش داد. اختلاط پرسرعت معایبی دارد: احتمال آسیب به امولسیون PVA (به‌دلیل نیروی برشی شدید اعمال‌شده هنگام اختلاط)، هزینهٔ بالا و مصرف زیاد انرژی. در مقابل، روش فراصوت‌دهی کمترین تأثیر منفی را بر امولسیون PVA دارد. افزون بر این، روش فراصوت‌دهی مقرون‌به‌صرفه است، زیرا اختلاط فراصوتی می‌تواند پیش از تولید PVA انجام شود و محلول حاوی نانورس را می‌توان در طول فرایند تولید به PVA افزود. با در نظر گرفتن نتایج این مقاله و پژوهش قبلی ما و با توجه به مزایای روش فراصوت‌دهی نسبت به اختلاط پرسرعت، افزودن نانورس به PVA در مقیاس صنعتی عملی به نظر می‌رسد و می‌توان آن را به تولیدکنندگان چسب چوب توصیه کرد.» (Kaboori et al., 2013)
مقایسهٔ نانوپرکننده‌های مختلف پراکنده‌شده در سخت‌کننده (فراصوت‌دهی – US): (a) نانوالیاف کربنی (CNF) به میزان 0٫5 wt%؛ (b) CNT اکسیدشده به میزان 0٫5 wt%
پژوهش و تصویر: Zanghellini et al., 2021
اثرات گاززدایی فراصوتی در تولید چسب
یکی دیگر از مزایای فراصوت‌دهی که نتایج فرمولاسیون را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهد، اثر گاززدایی تیمار فراصوتی است. هم‌زدن مکانیکی پرسرعت (برای مثال با مخلوط‌کن‌های تیغه‌ای با برش بالا) تعداد زیادی حباب گاز در مخلوط ایجاد می‌کند که در برخی موارد حتی از روشن‌ترشدن رنگ مخلوط نیز قابل‌تشخیص است. اختلاط فراصوتی با برش بالا این مزیت بزرگ را دارد که روش فراصوت‌دهی گازی به فرمولاسیون چسب وارد نمی‌کند؛ در عوض، امواج فراصوت باعث می‌شوند حباب‌های گاز موجود به هم بپیوندند و به سطح مایع صعود کنند، جایی که گاز به‌آسانی قابل‌حذف است. به این ترتیب، فراصوت‌دهی گاززدایی و هواگیری مایعات و فرمولاسیون‌های چسب را تسهیل می‌کند. (مقایسه کنید با Shadlou et al., 2014)
پراکنده‌سازهای فراصوتی با عملکرد بالا برای فرمولاسیون‌های صنعتی چسب
Hielscher Ultrasonics پراکنده‌سازهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای سنگین، مانند تولید چسب‌های با عملکرد بالا، رزین‌های حاوی مقادیر زیاد پرکننده و نانوکامپوزیت‌ها، طراحی، تولید و عرضه می‌کند. سونیکاتورهای Hielscher در سراسر جهان برای پراکنده‌سازی نانومواد در پلیمرها، رزین‌ها، پوشش‌ها و سایر مواد با عملکرد بالا استفاده می‌شوند.
پراکنده‌سازهای فراصوتی Hielscher را می‌توان از طریق جریان‌های خوراک مختلف تغذیه کرد تا مواد گوناگون تحت شرایط جریان کنترل‌شده به ناحیهٔ اختلاط کاویتاسیونی وارد شوند. پراکنده‌سازهای فراصوتی در پردازش مواد با گرانروی کم تا زیاد قابل‌اعتماد و کارآمد هستند. بسته به مواد اولیه و هدف کاهش اندازه، شدت فراصوت را می‌توان به‌دقت تنظیم کرد.
برای پردازش خمیرهای پلیمری گرانرو، نانومواد و مواد با غلظت بالای جامدات، پراکنده‌ساز فراصوتی باید بتواند به‌طور پیوسته دامنه‌های بالایی ایجاد کند. پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند در کارکرد پیوسته تحت بار کامل، دامنه‌های بسیار بالایی ارائه دهند. کارکرد با دامنه‌هایی تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. قابلیت کارکرد پراکنده‌ساز فراصوتی در دامنه‌های بالا و تنظیم دقیق دامنه برای تطبیق شرایط فرایند فراصوتی با فرمولاسیون چسب‌های با عملکرد بالا، مخلوط‌های پلیمری تقویت‌شده با نانومواد و نانوکامپوزیت‌ها ضروری است.
علاوه بر دامنهٔ فراصوت، فشار نیز یکی دیگر از پارامترهای بسیار مهم فرایند است. در فشارهای بالاتر، شدت کاویتاسیون فراصوتی و نیروهای برشی آن افزایش می‌یابد. راکتورهای فراصوتی Hielscher را می‌توان تحت فشار قرار داد و از این طریق به نتایج تقویت‌شدهٔ فراصوت‌دهی دست یافت.
پایش فرایند و ثبت داده‌ها برای استانداردسازی مستمر فرایند و کیفیت محصول اهمیت دارند. حسگرهای قابل‌اتصال فشار و دما برای پایش و کنترل فرایند پراکنده‌سازی فراصوتی به مولد فراصوت متصل می‌شوند. همهٔ پارامترهای مهم پردازش، مانند انرژی فراصوتی (خالص + کل)، دما، فشار و زمان، به‌طور خودکار ثبت و روی کارت SD داخلی ذخیره می‌شوند. با دسترسی به داده‌های فرایند که به‌طور خودکار ثبت شده‌اند، می‌توانید دوره‌های قبلی فراصوت‌دهی را بازبینی و نتایج فرایند را ارزیابی کنید.
یکی دیگر از قابلیت‌های کاربرپسند سامانه‌های فراصوتی دیجیتال ما، کنترل از راه دور از طریق مرورگر است. با کنترل از راه دور مبتنی بر مرورگر می‌توانید پردازشگر فراصوتی خود را از هر مکانی راه‌اندازی، متوقف، تنظیم و پایش کنید.
همین حالا با ما تماس بگیرید تا دربارهٔ پراکنده‌سازهای فراصوتی با عملکرد بالای ما و کاربردهای آن‌ها در تولید چسب‌ها و پوشش‌های با عملکرد بالا بیشتر بدانید!
جدول زیر نمایی از ظرفیت پردازش تقریبی سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
نکات دانستنی
انواع چسب با عملکرد بالا
انواع چسب با عملکرد بالا و چسب‌های فوری در صنایع گوناگون استفاده می‌شوند. یکی از مزایای مهم چسب‌های با عملکرد بالا، استحکام اتصال فوق‌العاده و وزن کم آن‌ها است. چسب‌های با عملکرد بالا به‌طور گسترده در ساخت‌وساز، بخش خودرو و هوافضا، تولید تجهیزات پزشکی، کالاهای مصرفی و کفش، در کنار بسیاری از محصولات دیگر، به کار می‌روند.
پلیمرها مادهٔ پایهٔ مورد استفاده در چسب‌ها هستند. پلیمرهای رایج شامل پلی‌استرها، کوپلی‌استر، الاستومرهای کوپلی‌آمیدی، پلی‌ال‌ها و پلی‌یورتان (PU) هستند.
برای هر صنعت و کاربرد، چسب‌های ویژه‌ای با خواص متناسب در دسترس هستند. برای مثال، سامانه‌های چسب لمینیت پایه‌آب اغلب برای بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شوند، در حالی که چسب‌های با عملکرد بالا بر پایهٔ پلی‌یورتان گرمانرم در صنعت کفش کاربرد گسترده‌ای دارند. بر اساس فناوری فرمولاسیون، چسب‌های با عملکرد بالا را می‌توان به چهار گروه اصلی پایه‌حلال، پایه‌آب، گرما‌ذوب و پخت‌پذیر با UV تقسیم کرد. پراکنده‌سازی و امولسیون‌سازی فراصوتی در تولید هر چهار نوع چسب با عملکرد بالا به کار می‌روند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف از آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.