Formulations d'adhésifs haute performance – Amélioration par dispersion ultrasonique

Les adhésifs haute performance sont composés de systèmes époxy, silicone, polyuréthane, polysulfure ou acrylique contenant diverses (nano)charges et additifs, qui confèrent à l'adhésif des performances particulières telles que la force d'adhérence, la légèreté, la durabilité, la résistance à la chaleur et la durabilité. Un mélange efficace et fiable est nécessaire pour formuler des adhésifs de haute performance. La dispersion et l'émulsification par ultrasons permettent de combiner uniformément divers composants pour obtenir des mélanges d'adhésifs homogènes. La sonication en ligne permet de mélanger même les matériaux très visqueux et les charges nanométriques élevées de manière fiable et efficace pour produire des adhésifs de qualité supérieure.

Forces de cisaillement élevées par ultrasons pour la dispersion des adhésifs haute performance

Les adhésifs haute performance offrent une force d'adhérence extraordinaire, une durabilité et une légèreté. En fonction de l'application finale, des polymères, des copolymères et de multiples additifs sont formulés selon des recettes élaborées.

Ultrasonic milling and dispersing is a highly efficient method for particle size reduction, e.g. magnesium hydride

Le broyage humide et la dispersion par ultrasons sont des méthodes très efficaces pour réduire la taille des particules, par exemple de TiO2 et d'autres nanoparticules.

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Industrial ultrasonic dispersion system with 16kW for continuous inline processing of high-performance adhesives, polymers, coatings, and resins.

MultiSonoReactor avec 4x 4kW pour les applications ultrasoniques de puissance telles que la production d'adhésifs nano-renforcés.

High-performance adhesive and glue production benefits significantly from ultrasonic dispersion. Sonication incorporates nanofillers and additives uniformly into polymer matrices.Les systèmes époxy, silicone, polyuréthane et acrylique pour les adhésifs et les colles sont produits par des formulateurs, qui modifient la base de l'adhésif en ajoutant des tackifiants, des charges minérales (talc, silice, alumine, etc.), des flexibilisants, des réducteurs de viscosité, des colorants, des épaississants, des accélérateurs, des promoteurs d'adhésion, etc. Ces modifications ont plusieurs objectifs, comme l'amélioration des performances et/ou la facilité de traitement ou la réduction des coûts. Les disperseurs ultrasoniques à haut cisaillement sont idéaux pour formuler différents systèmes époxy en ligne et permettent la production flexible d'adhésifs adaptés aux exigences d'applications particulières.

Mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement pour les applications de dispersion et d'émulsion exigeantes

Les processeurs ultrasoniques haute performance fonctionnent comme des mélangeurs à haut cisaillement. Les forces de cisaillement extrêmes sont générées par la cavitation ultrasonique/acoustique et sont idéales pour les applications d'émulsification, de dispersion, de broyage, de désagglomération et d'homogénéisation par lots et en ligne. Les disperseurs en ligne à ultrasons permettent de traiter facilement des concentrations et des viscosités de solides faibles à élevées.

Mélange ultrasonique à haut cisaillement de nanomatériaux dans des adhésifs

Ultrasonic dispersion is a well established technique to disperse nanoparticles and nanotubes in polymers, e.g. in high-performance adhesives. The ultrasonic homogenizer UP400St is a powerful device for the dispersion of nanofillers.Les nanomatériaux tels que les nanotubes de carbone (CNT), les nanoparticules métalliques, la nano-silice, les nano-argiles, les nanofibres et de nombreuses autres particules de taille nanométrique sont utilisés pour produire des polymères nano-renforcés (nanocomposites). Les nanoparticules sont bien connues pour leur capacité à modifier les propriétés mécaniques (par exemple, la rigidité, l'élasticité), les propriétés électriques (par exemple, la conductivité), les propriétés fonctionnelles (par exemple, la perméabilité, la température de transition vitreuse, le module) et les performances de rupture des adhésifs polymères thermodurcis. Les nanomatériaux ne confèrent pas seulement des propriétés spéciales de haute performance telles que la force d'adhérence, la durabilité, la conductivité, l'élasticité ou la résistance à la chaleur ; l'ajout de particules nanostructurées peut également améliorer les propriétés de barrière des polymères.
Les forces de cisaillement élevées de la cavitation acoustique générée par les ultrasons sont bien connues pour leur capacité à désagglomérer et à disperser les nanoparticules et même à briser les particules primaires (c'est-à-dire le broyage par ultrasons). Lorsque ces forces ultrasoniques sont appliquées à des systèmes polymères contenant des nanoparticules et d'autres charges, on obtient une formulation très uniforme. La dispersion par ultrasons est une méthode économe en énergie qui consomme moins d'énergie que les méthodes classiques de mélange par cisaillement, telles que les mélangeurs à lame à fort cisaillement, les mélangeurs à turbine ou les broyeurs.

Avantages des adhésifs formulés par ultrasons

  • Dispersion fiable et efficace
  • Performance globale de mélange supérieure
  • Mélange rapide
  • à haut débit
  • Nano-renforcement
  • dégazage
  • Augmentation de la force d'adhérence
  • Capacité à traiter des viscosités élevées
  • batch et en ligne
  • Essais de formulation sans risque
  • échelle linéaire à production
  • a faible consommation

Kaboori et al. (2013) ont démontré que l'ultrasonication est une méthode efficace pour disperser des structures en couches de montmorillonite (MMT) et développer des adhésifs PVA renforcés de MMT. L'ultrasonication s'est avérée fiable et efficace pour disperser la nano-argile dans le PVA à des charges faibles (1% et 2%) et élevées (4%).
L'équipe de recherche a constaté que "la technique ultrasonique est très efficace pour disperser la nano-argile, en particulier à des charges élevées, contrairement au mélangeur à vitesse de cisaillement élevée. Le mélange à grande vitesse ne peut disperser les nano-argiles dans le PVA qu'à faible charge et augmente la force d'adhérence du PVA dans différentes conditions. Le mélange à grande vitesse présente quelques inconvénients : dommages possibles à l'émulsion de PVA (en raison de la forte force de cisaillement utilisée pendant le mélange), coût élevé et forte consommation d'énergie. En revanche, la technique d'ultrasonication a un impact négatif minimal sur l'émulsion de PVA. De plus, la technique d'ultrasonication est économique car le mélange ultrasonique peut avoir lieu avant la production de PVA et la solution contenant les nano-argiles peut être ajoutée au PVA pendant le processus de production. En considérant les résultats obtenus dans cet article et nos travaux précédents et en considérant les avantages de la technique d'ultrasonication par rapport au mélange à grande vitesse, l'ajout de nano-argile au PVA à l'échelle industrielle semble faisable et peut être recommandé aux fabricants de colle à bois." (Kaboori et al., 2013)

Ultrasonic high-shear mixing and dispersion is used to incorporate nano-fillers into polymer matrices, e.g. for high-performance adhesive production

Comparaison de différentes nanocharges dispersées dans le durcisseur (ultrasonication-US) : (a) 0,5 % en poids de nanofibres de carbone (CNF) ; (b) 0,5 % en poids de CNT oxydés.

Étude et photo : Zanghellini et al., 2021

Effets du dégazage par ultrasons dans la production d'adhésifs

Un avantage supplémentaire de la sonication, qui améliore sensiblement les résultats de la formulation, est l'effet de dégazage du traitement ultrasonique. L'agitation mécanique à haute vitesse (par exemple, les mélangeurs à lame à haut cisaillement) produit un grand nombre de bulles de gaz dans le mélange, qui dans certains cas pourraient même être remarquées en raison de la couleur brillante du mélange. Le mélange ultrasonique à haut cisaillement présente l'énorme avantage que la technique de sonication n'incorpore pas de gaz dans la formulation de l'adhésif, mais que les ondes ultrasoniques forcent les bulles de gaz déjà présentes à coalescer et à flotter à la surface du liquide, d'où le gaz peut facilement être éliminé. Ainsi, les ultrasons favorisent la dégazéification et la désaération des liquides et des formulations adhésives. (cp. Shadlou et al., 2014)

Ultrasonateur UP200St (200W) dispersant le noir de carbone dans l'eau en utilisant 1% en poids de Tween80 comme agent de surface

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Disperseurs ultrasoniques haute performance pour les formulations d'adhésifs industriels

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des disperseurs à ultrasons haute performance pour des applications lourdes telles que la fabrication d'adhésifs haute performance, de résines hautement chargées et de nanocomposites. Les ultrasons Hielscher sont utilisés dans le monde entier pour disperser des nanomatériaux dans des polymères, des résines, des revêtements et d'autres matériaux de haute performance.
Ultrasonic industrial disperser for the high-shear mixing of nanofillers in adhesive formulations.Les disperseurs à ultrasons Hielscher peuvent être alimentés par divers flux d'alimentation ajoutant divers matériaux dans des conditions d'écoulement contrôlées dans la zone de mélange par cavitation. Les disperseurs à ultrasons sont fiables et efficaces pour traiter des viscosités faibles à élevées. En fonction des matières premières et de l'objectif de réduction de la taille, l'intensité des ultrasons peut être ajustée avec précision.
Afin de traiter des pâtes polymères visqueuses, des nanomatériaux et des concentrations solides élevées, le disperseur à ultrasons doit être capable de produire en permanence des amplitudes élevées. Hielscher Ultrasons’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées en fonctionnement continu à pleine charge. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement utilisées en fonctionnement 24/7. La possibilité de faire fonctionner un disperseur à ultrasons à des amplitudes élevées et de régler l'amplitude avec précision est nécessaire pour adapter les conditions du processus ultrasonique à la formulation d'adhésifs haute performance, de mélanges de polymères nano-renforcés et de nanocomposites.
Outre l'amplitude des ultrasons, la pression est un autre paramètre très important du processus. Sous des pressions élevées, l'intensité de la cavitation ultrasonique et de ses forces de cisaillement est intensifiée. Les réacteurs à ultrasons de Hielscher peuvent être pressurisés, ce qui permet d'obtenir des résultats de sonication plus intenses.
La surveillance du processus et l'enregistrement des données sont importants pour la normalisation continue du processus et la qualité du produit. Des capteurs de pression et de température enfichables se branchent sur le générateur d'ultrasons pour surveiller et contrôler le processus de dispersion par ultrasons. Tous les paramètres de traitement importants tels que l'énergie ultrasonore (nette + totale), la température, la pression et le temps sont automatiquement protocolés et stockés sur une carte SD intégrée. En accédant aux données du processus enregistrées automatiquement, vous pouvez revoir les cycles de sonication précédents et évaluer les résultats du processus.
Une autre caractéristique conviviale est la télécommande par navigateur de nos systèmes numériques à ultrasons. Grâce à la télécommande par navigateur, vous pouvez démarrer, arrêter, régler et surveiller votre processeur à ultrasons à distance, où que vous soyez.
Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur nos disperseurs ultrasoniques haute performance et leurs applications dans la production d'adhésifs et de revêtements haute performance !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les processeurs à ultrasons, les applications et le prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus et de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins !









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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.



Littérature / Références

Qu'il faut savoir

Adhésifs et colles de haute performance

Les adhésifs, colles et super-colles hautes performances sont utilisés dans de nombreuses industries. Un avantage important des adhésifs haute performance est leur extraordinaire force d'adhérence et leur légèreté. Les adhésifs haute performance sont largement utilisés dans la construction, le secteur automobile et aérospatial, la fabrication d'équipements médicaux, de produits de base et de chaussures, entre autres.
Les polymères sont le matériau de base utilisé dans les adhésifs. Les polymères couramment utilisés comprennent les polyesters, les copolyesters, les élastomères de copolyamide, les polyols et le polyuréthane (PU).
Pour chaque industrie et application, des adhésifs spéciaux aux propriétés adaptées sont disponibles. Par exemple, les systèmes d'adhésifs de stratification à base d'eau sont souvent utilisés pour les emballages alimentaires, tandis que les adhésifs haute performance à base de polyuréthane thermoplastique sont largement appliqués dans les chaussures. Sur la base de la technologie de formulation, les adhésifs haute performance peuvent être divisés en quatre segments principaux : à base de solvant, à base d'eau, thermofusible et à durcissement UV. La dispersion et l'émulsification par ultrasons sont utilisées dans la production de tous ces types d'adhésifs haute performance.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.