Formulasi Perekat Berkinerja Tinggi – Ditingkatkan dengan Dispersi Ultrasonik

Perekat berkinerja tinggi tersusun dari sistem epoksi, silikon, poliuretan, polisulfida, atau akrilik yang mengandung berbagai bahan pengisi (nano) dan aditif, yang memberikan karakteristik kinerja khusus pada perekat, seperti kekuatan ikatan, bobot ringan, daya tahan, ketahanan panas, dan keberlanjutan. Pencampuran yang efisien dan andal diperlukan untuk memformulasikan perekat berkinerja tinggi. Dispersi dan emulsifikasi ultrasonik digunakan untuk menggabungkan berbagai komponen secara merata menjadi campuran perekat yang homogen. Sonikasi inline dapat mencampurkan bahkan bahan berviskositas tinggi dan bahan pengisi nano berkadar tinggi secara andal dan efektif sehingga menghasilkan perekat yang unggul.

Gaya Geser Tinggi Ultrasonik untuk Dispersi Perekat Berkinerja Tinggi

Perekat berkinerja tinggi menawarkan kekuatan ikatan yang luar biasa, daya tahan, dan bobot ringan. Bergantung pada aplikasi akhirnya, polimer, kopolimer, dan berbagai aditif diformulasikan mengikuti resep yang dirancang secara terperinci.

Sistem epoksi, silikon, poliuretan, dan akrilik untuk perekat dan lem diproduksi oleh peracik formulasi, yang memodifikasi bahan dasar perekat dengan menambahkan bahan peningkat daya lekat awal, bahan pengisi mineral (talk, silika, alumina, dll.), bahan peningkat fleksibilitas, bahan penurun viskositas, pewarna, pengental, akselerator, bahan peningkat adhesi, dll. Modifikasi ini memiliki beberapa tujuan, seperti meningkatkan kinerja dan/atau kemudahan pemrosesan atau mengurangi biaya. Disperser ultrasonik bergeser tinggi sangat ideal untuk memformulasikan berbagai sistem epoksi secara inline dan memungkinkan produksi perekat secara fleksibel yang disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi tertentu.

Mixer Ultrasonik Bergeser Tinggi untuk Aplikasi Dispersi dan Emulsi dengan Tuntutan Tinggi

Prosesor ultrasonik berkinerja tinggi bekerja seperti mixer bergeser tinggi. Gaya geser yang sangat tinggi dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik / akustik dan sangat ideal untuk aplikasi emulsifikasi, dispersi, penggilingan, deaglomerasi, dan homogenisasi secara batch maupun inline. Bahan dengan konsentrasi padatan dan viskositas rendah hingga tinggi dapat diproses dengan mudah menggunakan disperser ultrasonik inline.

Pencampuran Nanomaterial dalam Perekat dengan Geser Tinggi Ultrasonik

Nanomaterial seperti tabung nano karbon (CNT), nanopartikel logam, nanosilika, nanolempung, serat nano, dan banyak partikel berukuran nano lainnya digunakan untuk menghasilkan polimer yang diperkuat bahan nano (nanokomposit). Nanopartikel dikenal luas karena kemampuannya mengubah sifat mekanis (misalnya kekakuan, elastisitas), sifat listrik (misalnya konduktivitas), sifat fungsional (misalnya permeabilitas, suhu transisi kaca, modulus), dan perilaku patah perekat polimer termoset. Nanomaterial tidak hanya memberikan sifat berkinerja tinggi yang khusus seperti kekuatan ikatan, daya tahan, conduciveness, elastisitas, atau ketahanan panas; penambahan partikel berstruktur nano juga dapat meningkatkan sifat penghalang polimer.
Gaya geser tinggi dari kavitasi akustik yang dihasilkan secara ultrasonik dikenal luas karena kemampuannya mendeaglomerasi dan mendispersikan nanopartikel, bahkan memecah partikel primer (yaitu penggilingan ultrasonik). Ketika gaya ultrasonik ini diterapkan pada sistem polimer yang mengandung nanopartikel dan bahan pengisi lainnya, diperoleh formulasi yang sangat seragam. Dispersi ultrasonik merupakan metode hemat energi yang menunjukkan konsumsi energi lebih rendah dibandingkan metode pencampuran geser konvensional seperti mixer bilah dengan gaya geser tinggi, mixer impeler, atau mesin penggiling.

Video ini menunjukkan pencampuran dan pendispersian grafit secara ultrasonik dalam 250mL resin epoksi (Toolcraft L) menggunakan homogenizer ultrasonik (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics memproduksi peralatan untuk mendispersikan grafit, grafena, nanotabung karbon, kawat nano, atau bahan pengisi di laboratorium maupun dalam proses produksi bervolume tinggi. Aplikasi umumnya meliputi pendispersian material nano dan material mikro selama proses fungsionalisasi atau pendispersian ke dalam resin atau polimer.

Kaboori et al. (2013) menunjukkan bahwa ultrasonikasi merupakan metode yang efektif untuk mendispersikan struktur berlapis montmorilonit (MMT) dan mengembangkan perekat PVA yang diperkuat MMT. Ultrasonikasi terbukti andal dan efisien dalam mendispersikan nanolempung dalam PVA pada kadar rendah (1% dan 2%) maupun tinggi (4%).
Tim peneliti menemukan bahwa “teknik ultrasonik sangat efisien dalam mendispersikan nanolempung, terutama pada kadar tinggi, berbeda dengan mixer berkecepatan tinggi dengan gaya geser tinggi. Pencampuran berkecepatan tinggi hanya dapat mendispersikan nanolempung dalam PVA pada kadar rendah dan meningkatkan kekuatan ikatan PVA dalam berbagai kondisi. Pencampuran berkecepatan tinggi memiliki beberapa kekurangan: potensi kerusakan emulsi PVA (karena gaya geser kuat yang digunakan selama pencampuran), biaya tinggi, dan konsumsi energi tinggi. Sebaliknya, teknik ultrasonikasi memiliki dampak negatif yang minimal terhadap emulsi PVA. Selain itu, teknik ultrasonikasi bersifat ekonomis karena pencampuran ultrasonik dapat dilakukan sebelum produksi PVA dan larutan yang mengandung nanolempung dapat ditambahkan ke PVA selama proses produksi. Dengan mempertimbangkan hasil yang diperoleh dari makalah ini dan penelitian kami sebelumnya serta keunggulan teknik ultrasonikasi dibandingkan pencampuran berkecepatan tinggi, penambahan nanolempung ke PVA pada skala industri tampaknya layak dilakukan dan dapat direkomendasikan kepada produsen perekat kayu.” (Kaboori et al., 2013)

Efek Penghilangan Gas secara Ultrasonik dalam Produksi Perekat

Keunggulan tambahan sonikasi, yang secara signifikan meningkatkan hasil formulasi, adalah efek penghilangan gas dari perlakuan ultrasonik. Pengadukan mekanis berkecepatan tinggi (misalnya mixer bilah bergeser tinggi) menghasilkan sejumlah besar gelembung gas dalam campuran, yang dalam beberapa kasus bahkan dapat terlihat dari warna campuran yang menjadi lebih cerah. Pencampuran ultrasonik bergeser tinggi memiliki keunggulan besar karena teknik sonikasi tidak memasukkan gas ke dalam formulasi perekat; sebaliknya, gelombang ultrasonik memaksa gelembung gas yang sudah ada untuk bergabung dan naik ke permukaan cairan, tempat gas dapat dengan mudah dihilangkan. Dengan demikian, ultrasonikasi membantu penghilangan gas dan udara dari cairan serta formulasi perekat. (bandingkan Shadlou et al., 2014)

Disperser Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Formulasi Perekat Industri

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan disperser ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi tugas berat seperti pembuatan perekat berkinerja tinggi, resin berkadar bahan pengisi tinggi, dan nanokomposit. Sonikator Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk mendispersikan nanomaterial ke dalam polimer, resin, pelapis, dan bahan berkinerja tinggi lainnya.
Disperser ultrasonik Hielscher dapat diberi umpan melalui berbagai aliran umpan yang memasukkan berbagai bahan dalam kondisi aliran terkendali ke zona pencampuran kavitasi. Disperser ultrasonik andal dan efisien dalam memproses bahan berviskositas rendah hingga tinggi. Bergantung pada bahan baku dan target pengecilan ukuran, intensitas ultrasonik dapat disesuaikan secara presisi.
Untuk memproses pasta polimer kental, nanomaterial, dan bahan dengan konsentrasi padatan tinggi, disperser ultrasonik harus mampu menghasilkan amplitudo tinggi secara terus-menerus. Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dalam pengoperasian kontinu pada beban penuh. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dipertahankan dalam pengoperasian 24/7. Kemampuan mengoperasikan disperser ultrasonik pada amplitudo tinggi dan menyesuaikan amplitudo secara presisi diperlukan untuk menyesuaikan kondisi proses ultrasonik dengan formulasi perekat berkinerja tinggi, campuran polimer yang diperkuat bahan nano, dan nanokomposit.
Selain amplitudo ultrasonik, tekanan merupakan parameter proses lain yang sangat penting. Pada tekanan yang lebih tinggi, intensitas kavitasi ultrasonik dan gaya gesernya meningkat. Reaktor ultrasonik Hielscher dapat diberi tekanan sehingga menghasilkan efek sonikasi yang lebih kuat.
Pemantauan proses dan pencatatan data penting untuk standardisasi proses secara berkelanjutan dan kualitas produk. Sensor tekanan dan suhu yang dapat dipasang terhubung melalui kabel ke generator ultrasonik untuk memantau dan mengendalikan proses dispersi ultrasonik. Semua parameter pemrosesan penting seperti energi ultrasonik (neto + total), suhu, tekanan, dan waktu secara otomatis dicatat dan disimpan pada kartu SD bawaan. Dengan mengakses data proses yang direkam secara otomatis, Anda dapat meninjau kembali proses sonikasi sebelumnya dan mengevaluasi hasil prosesnya.
Fitur lain yang mudah digunakan adalah kendali jarak jauh melalui peramban pada sistem ultrasonik digital kami. Melalui kendali jarak jauh berbasis peramban, Anda dapat memulai, menghentikan, menyesuaikan, dan memantau prosesor ultrasonik Anda dari mana saja.
Hubungi kami sekarang untuk mengetahui lebih lanjut tentang disperser ultrasonik berkinerja tinggi kami dan aplikasinya dalam produksi perekat serta pelapis berkinerja tinggi!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:

---

Dalam video ini, kami menunjukkan sistem ultrasonik 2 kilowatt untuk operasi inline dalam kabinet yang dapat dipurga. Hielscher memasok peralatan ultrasonik untuk hampir semua industri, seperti industri kimia, farmasi, kosmetik, proses petrokimia, serta proses ekstraksi berbasis pelarut. Kabinet baja tahan karat yang dapat dipurga ini dirancang untuk pengoperasian di area berbahaya. Untuk tujuan ini, pelanggan dapat mempurga kabinet tertutup rapat tersebut dengan nitrogen atau udara segar guna mencegah gas atau uap yang mudah terbakar masuk ke dalam kabinet.