Nagy teljesítményű ragasztóformulációk – ultrahangos diszpergálással javítva

A nagy teljesítményű ragasztók epoxi-, szilikon-, poliuretán-, poliszulfid- vagy akrilrendszerekből állnak, amelyek különféle (nano-)töltőanyagokat és adalékanyagokat tartalmaznak. Ezek olyan különleges tulajdonságokat biztosítanak a ragasztónak, mint a kötési szilárdság, a kis tömeg, a tartósság, a hőállóság és a fenntarthatóság. A nagy teljesítményű ragasztók formulálásához hatékony és megbízható keverés szükséges. Az ultrahangos diszpergálás és emulgeálás a különböző komponensek egyenletes egyesítésére szolgál, homogén ragasztókeverékeket hozva létre. Az átfolyó rendszerű ultrahangos kezelés még a nagy viszkozitású anyagokat és a nagy nanotöltőanyag-tartalmú rendszereket is megbízhatóan és hatékonyan keveri, kiváló ragasztókat eredményezve.

Ultrahangos nagy nyíróerők a nagy teljesítményű ragasztók diszpergálásához

A nagy teljesítményű ragasztók rendkívüli kötési szilárdságot, tartósságot és kis tömeget biztosítanak. A végső alkalmazástól függően polimereket, kopolimereket és számos adalékanyagot formulálnak részletesen kidolgozott receptek alapján.

A ragasztókhoz használt epoxi-, szilikon-, poliuretán- és akrilrendszereket formulációfejlesztők állítják elő, akik a ragasztó alapanyagát tapadósságot növelő adalékok, ásványi töltőanyagok (talkum, szilícium-dioxid, alumínium-oxid stb.), hajlékonyságot növelő adalékok, viszkozitáscsökkentők, színezékek, sűrítők, gyorsítók, tapadásfokozók stb. hozzáadásával módosítják. Ezek a módosítások több célt szolgálnak, például a teljesítmény és/vagy a feldolgozhatóság javítását, illetve a költségek csökkentését. A nagy nyíróerejű ultrahangos diszpergálóberendezések ideálisak különböző epoxirendszerek átfolyó rendszerű formulálására, és lehetővé teszik az egyes alkalmazások követelményeihez igazított ragasztók rugalmas gyártását.

Nagy nyíróerejű ultrahangos keverők igényes diszpergálási és emulgeálási alkalmazásokhoz

A nagy teljesítményű ultrahangos kezelőberendezések nagy nyíróerejű keverőként működnek. A rendkívül nagy nyíróerőket ultrahangos / akusztikus kavitáció hozza létre, és ideálisak szakaszos és átfolyó rendszerű emulgeálási, diszpergálási, őrlési, deagglomerálási és homogenizálási alkalmazásokhoz. Az ultrahangos átfolyó rendszerű diszpergálóberendezésekkel az alacsonytól a magasig terjedő szilárdanyag-koncentrációjú és viszkozitású anyagok könnyen feldolgozhatók.

Nanoanyagok nagy nyíróerejű ultrahangos keverése ragasztókban

Nanoanyagokat, például szénnanocsöveket (CNT-k), fémes nanorészecskéket, nanoszilícium-dioxidot, nanoagyagokat, nanoszálakat és számos más nanoméretű részecskét használnak nanoerősítésű polimerek (nanokompozitok) előállításához. A nanorészecskék jól ismerten képesek módosítani a hőre keményedő polimerragasztók mechanikai tulajdonságait (például merevségét, rugalmasságát), elektromos tulajdonságait (például vezetőképességét), funkcionális tulajdonságait (például áteresztőképességét, üvegesedési hőmérsékletét, modulusát), valamint törési viselkedését. A nanoanyagok nemcsak különleges, nagy teljesítményt biztosító tulajdonságokat kölcsönöznek, például kötési szilárdságot, tartósságot, conduciveness, rugalmasságot vagy hőállóságot; a nanoszerkezetű részecskék hozzáadása a polimerek zárótulajdonságait is javíthatja.
Az ultrahanggal létrehozott akusztikus kavitáció nagy nyíróerői jól ismerten képesek a nanorészecskék deagglomerálására és diszpergálására, sőt az elsődleges részecskék aprítására is (azaz ultrahangos őrlésre). Ha ezeket az ultrahangos erőket nanorészecskéket és más töltőanyagokat tartalmazó polimerrendszerekre alkalmazzák, nagyon egyenletes formuláció keletkezik. Az ultrahangos diszpergálás energiahatékony módszer, amelynek energiafogyasztása kisebb, mint a hagyományos, nyíráson alapuló keverési módszereké, például a nagy nyíróerejű késes keverőké, a keverőlapátos keverőké vagy a malmoké.

A videó grafit ultrahangos bekeverését és diszpergálását mutatja be 250mL epoxigyantában (Toolcraft L), ultrahangos homogenizátor (UP400St, Hielscher Ultrasonics) segítségével. A Hielscher Ultrasonics grafit, grafén, szén nanocsövek, nanoszálak vagy töltőanyagok diszpergálására gyárt berendezéseket laboratóriumi vagy nagy volumenű gyártási folyamatokhoz. Jellemző alkalmazás a nanoanyagok és mikroanyagok diszpergálása a funkcionalizálás során, illetve gyantákban vagy polimerekben.

Kaboori és munkatársai (2013) kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés hatékony módszer a montmorillonit (MMT) réteges szerkezeteinek diszpergálására és MMT-vel erősített PVA-ragasztók fejlesztésére. Az ultrahangos kezelés megbízhatónak és hatékonynak bizonyult a nanoagyag PVA-ban történő diszpergálásában alacsony (1% és 2%) és magas (4%) töltőanyag-tartalom mellett.
A kutatócsoport megállapította, hogy az „ultrahangos technika nagyon hatékony a nanoagyag diszpergálásában, különösen magas töltőanyag-tartalom mellett, ellentétben a nagy nyíróerejű, nagy fordulatszámú keverővel. A nagy fordulatszámú keverés csak alacsony töltőanyag-tartalom mellett tudta diszpergálni a nanoagyagot a PVA-ban, és különböző körülmények között növelte a PVA kötési szilárdságát. A nagy fordulatszámú keverésnek vannak hátrányai: a PVA-emulzió lehetséges károsodása (a keverés során alkalmazott nagy nyíróerő miatt), magas költség és nagy energiafogyasztás. Ezzel szemben az ultrahangos kezelési technika minimális negatív hatást gyakorol a PVA-emulzióra. Ezenkívül az ultrahangos kezelési technika gazdaságos, mivel az ultrahangos keverés a PVA gyártása előtt is elvégezhető, és a nanoagyagot tartalmazó oldat a gyártási folyamat során adható a PVA-hoz. Figyelembe véve az ebben a tanulmányban és korábbi munkánkban kapott eredményeket, valamint az ultrahangos kezelési technika előnyeit a nagy fordulatszámú keveréssel szemben, a nanoagyag PVA-hoz történő hozzáadása ipari léptékben megvalósíthatónak tűnik, és ajánlható a faragasztók gyártóinak.” (Kaboori et al., 2013)

Az ultrahang gáztalanító hatása a ragasztógyártásban

Az ultrahangos kezelés további előnye, amely jelentősen javítja a formulálás eredményeit, az ultrahangos kezelés gáztalanító hatása. A nagy fordulatszámú mechanikai keverés (például nagy nyíróerejű késes keverőkkel) nagyszámú gázbuborékot hoz létre a keverékben, ami egyes esetekben a keverék világosabb színéből is észrevehető. A nagy nyíróerejű ultrahangos keverés óriási előnye, hogy az ultrahangos kezelési technika nem juttat gázokat a ragasztóformulációba; ehelyett az ultrahanghullámok a már jelen lévő gázbuborékokat összeolvadásra és a folyadék felszínére emelkedésre késztetik, ahonnan a gáz könnyen eltávolítható. Ezáltal az ultrahangos kezelés elősegíti a folyadékok és ragasztóformulációk gáztalanítását és levegőmentesítését. (vö. Shadlou et al., 2014)

Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálóberendezések ipari ragasztóformulációkhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálóberendezéseket tervez, gyárt és forgalmaz nagy igénybevételű alkalmazásokhoz, például nagy teljesítményű ragasztók, nagy töltőanyag-tartalmú gyanták és nanokompozitok előállításához. A Hielscher ultrahangos készülékeit világszerte használják nanoanyagok polimerekbe, gyantákba, bevonatokba és más nagy teljesítményű anyagokba történő diszpergálására.
A Hielscher ultrahangos diszpergálóberendezéseibe különböző betáplálási áramokon keresztül különféle anyagok vezethetők szabályozott áramlási körülmények között a kavitációs keverési zónába. Az ultrahangos diszpergálóberendezések megbízhatóan és hatékonyan dolgozzák fel az alacsonytól a magasig terjedő viszkozitású anyagokat. Az alapanyagoktól és a részecskeméret-csökkentési céltól függően az ultrahang intenzitása pontosan beállítható.
Viszkózus polimerpaszták, nanoanyagok és nagy szilárdanyag-koncentrációjú rendszerek feldolgozásához az ultrahangos diszpergálóberendezésnek képesnek kell lennie folyamatosan nagy amplitúdók előállítására. A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos kezelőberendezései teljes terhelés mellett, folyamatos üzemben is képesek nagyon nagy amplitúdók biztosítására. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen működtethetők 24/7 üzemben. Az ultrahangos diszpergálóberendezés nagy amplitúdón történő működtetésének és az amplitúdó pontos beállításának lehetősége szükséges ahhoz, hogy az ultrahangos folyamat körülményeit a nagy teljesítményű ragasztók, nanoerősítésű polimerkeverékek és nanokompozitok formulálásához lehessen igazítani.
Az ultrahang amplitúdója mellett a nyomás is nagyon fontos folyamatparaméter. Megnövelt nyomáson fokozódik az ultrahangos kavitáció intenzitása és az általa létrehozott nyíróerők nagysága. A Hielscher ultrahangos reaktorai nyomás alá helyezhetők, ezáltal intenzívebb ultrahangos kezelési eredmények érhetők el.
A folyamat felügyelete és az adatrögzítés fontos a folyamat folyamatos szabványosítása és a termékminőség szempontjából. Csatlakoztatható nyomás- és hőmérséklet-érzékelők kapcsolódnak vezetékkel az ultrahangos generátorhoz az ultrahangos diszpergálási folyamat felügyelete és szabályozása érdekében. Minden fontos feldolgozási paraméter, például az ultrahangenergia (nettó + teljes), a hőmérséklet, a nyomás és az idő automatikusan naplózásra kerül, és egy beépített SD-kártyán tárolódik. Az automatikusan rögzített folyamatadatok elérésével áttekintheti a korábbi ultrahangos kezeléseket, és értékelheti a folyamat eredményeit.
Digitális ultrahangos rendszereink másik felhasználóbarát funkciója a böngészőn keresztüli távvezérlés. A böngészős távvezérléssel bárhonnan távolról elindíthatja, leállíthatja, beállíthatja és felügyelheti ultrahangos kezelőberendezését.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudjon nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálóberendezéseinkről és alkalmazásukról a nagy teljesítményű ragasztók és bevonatok gyártásában!
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

---

Ebben a videóban egy átöblíthető szekrénybe épített, 2 kilowattos, átfolyásos üzemű ultrahangos rendszert mutatunk be. A Hielscher szinte minden iparág számára szállít ultrahangos berendezéseket, például a vegyipar, a gyógyszeripar, a kozmetikai ipar és a petrolkémiai folyamatok, valamint az oldószeres extrakciós eljárások területére. Ez az átöblíthető, rozsdamentes acél szekrény robbanásveszélyes térben történő üzemeltetésre készült. Ennek érdekében az ügyfél a tömített szekrényt nitrogénnel vagy friss levegővel öblítheti át, hogy megakadályozza az éghető gázok vagy gőzök bejutását.