高性能接着剤 – 超音波分散による改善

高性能接着剤は、エポキシ系、シリコーン系、ポリウレタン系、ポリサルファイド系、またはアクリル系に様々な（ナノ）フィラーや添加剤を配合したもので、接着強度、軽量性、耐久性、耐熱性、持続性など、接着剤に特殊な性能を与えます。高性能な粘着剤を調合するには、効率的で信頼性の高い混合が必要です。超音波分散・乳化は、様々な成分を均一に混合し、均質な接着剤ブレンドにします。インライン超音波分散は、高粘度材料や高ナノフィラー含有量でも確実かつ効果的にブレンドし、優れた接着剤を製造します。

高性能接着剤分散のための超音波高せん断力

高性能接着剤は、並外れた接着強度、耐久性、軽量性を提供します。最終的な用途に応じて、ポリマー、コポリマー、複数の添加剤が入念なレシピに従って配合されます。

粘着剤・接着剤用のエポキシ系、シリコーン系、ポリウレタン系、アクリル系は、粘着付与剤、鉱物充填剤（タルク、シリカ、アルミナなど）、柔軟剤、粘度低下剤、着色剤、増粘剤、促進剤、接着促進剤などを添加することによって粘着剤ベースを改良する配合剤によって製造される。これらの改良は、性能および／または加工の利便性を向上させるため、あるいはコストを削減するためなど、いくつかの目的を果たす。超音波高せん断ディスパーザーは、インラインで様々なエポキシ系を配合するのに適しており、特定の用途の要求に合わせた接着剤の柔軟な製造を可能にします。

超音波高剪断ミキサー 分散・エマルション用

高性能超音波プロセッサーは、ハイシアミキサーのような働きをします。超音波/音響キャビテーションにより発生する極めて高いせん断力は、バッチ式およびインライン式の乳化、分散、粉砕、凝集除去、均質化アプリケーションに最適です。超音波インライン分散機は、低濃度から高濃度までの固形分と粘度を容易に処理することができます。

接着剤中のナノ材料の超音波高剪断混合

カーボンナノチューブ（CNT）、金属ナノ粒子、ナノシリカ、ナノクレイ、ナノファイバー、その他多くのナノサイズの粒子などのナノ材料は、ナノ強化ポリマー（ナノコンポジット）を製造するために使用される。ナノ粒子は、熱硬化性ポリマー接着剤の機械的特性（剛性、弾性など）、電気的特性（導電性など）、機能的特性（浸透性、ガラス転移温度、弾性率など）、破壊性能を変化させる能力でよく知られている。ナノ材料は、接着強度、耐久性、導電性、弾性、耐熱性などの特殊な高性能特性を与えるだけでなく、ナノ構造粒子の添加によってポリマーのバリア特性も向上させることができる。
超音波によって発生する音響キャビテーションの高剪断力は、ナノ粒子を凝集・分散させ、さらには一次粒子を破壊する（すなわち超音波粉砕）能力でよく知られている。これらの超音波力をナノ粒子や他の充填剤を含むポリマー系に適用すると、非常に均一な製剤が得られる。超音波分散は、高剪断ブレードミキサー、インペラーミキサー、ミルのような従来の剪断混合法と比較して、エネルギー消費量が少ないエネルギー効率の良い方法です。

Kabooriら（2013）は、モンモリロナイト（MMT）の層状構造を分散させ、MMT強化PVA接着剤を開発するために、超音波処理が有効な方法であることを実証した。超音波処理は、低負荷（1％および2％）および高負荷（4％）のPVA中へのナノクレイの分散において、信頼性が高く効率的であることが示された。
研究チームは、「超音波技術は、高剪断速度ミキサーとは逆に、特に高負荷でナノクレイを分散させるのに非常に効率的である」ことを発見した。高速ミキシングは、低負荷でのみPVA中にナノクレイを分散させることができ、異なる条件下でPVAの接着強度を増加させることができた。高速ミキシングにはいくつかの欠点がある：PVAエマルションに損傷を与える可能性がある（ミキシング中に強いせん断力が使用されるため）、高コスト、高エネルギー消費。対照的に、超音波混合技術はPVAエマルジョンへの悪影響を最小限に抑えることができる。さらに、超音波混合はPVAの製造前に行うことができ、ナノクレイを含む溶液は製造工程中にPVAに添加することができるため、超音波混合技術は経済的である。この論文と我々の以前の研究から得られた結果を考慮し、高速混合に対する超音波技術の利点を考慮すると、工業的規模でPVAにナノクレイを添加することは実現可能であり、木材接着剤メーカーに推奨できると思われる。(Kaboori et al., 2013)

接着剤製造における超音波脱ガス効果

超音波処理の更なる利点は、製剤結果を著しく改善する、超音波処理による脱ガス効果である。高速の機械的攪拌（例えば、高剪断ブレードミキサー）は、混合物中に多数の気泡を発生させ、場合によっては混合物の色が鮮やかになるために気づかれることさえある。超音波ハイシアミキシングには、超音波処理によって接着剤にガスを取り込まないという大きな利点があり、その代わりに超音波によって既に存在するガスの気泡を強制的に合体させ、液面に浮上させ、そこからガスを容易に除去することができる。そのため、超音波は液体や接着剤製剤の脱気・脱泡を促進する。(Shadlou et al.）

工業用接着剤配合のための高性能超音波分散機

Hielscher Ultrasonics社は、高性能接着剤、高充填樹脂、ナノコンポジットの製造などのヘビーデューティー用途向けの高性能超音波分散機の設計、製造、販売を行っています。Hielscher社の超音波分散機は、ポリマー、樹脂、コーティング、その他の高性能材料へのナノ材料の分散に世界中で使用されています。
Hielscher 社の超音波分散機は、制御された流動条件下で様々な材料を供給し、キャビテーショナルミキシングゾーンに供給することができます。超音波分散機は、低粘度から高粘度までの処理において信頼性が高く、効率的です。原料や粒度分布に応じて、超音波強度を精密に調整することができます。
粘性の高いポリマーペーストやナノ材料、高濃度の固形分を処理するためには、超音波分散器は連続的に高い振幅を発生させることができなければなりません。ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは、全負荷の連続運転で非常に高い振幅を提供することができます。最大200µmまでの振幅を24時間365日運転で簡単に行うことができます。高性能接着剤、ナノ強化ポリマー混合物、ナノコンポジットの処方に超音波プロセス条件を適合させるためには、超音波分散器を高振幅で運転し、振幅を正確に調整するオプションが必要です。
超音波振幅の他に、圧力も非常に重要なプロセスパラメータである。高圧下では、超音波キャビテーションとそのせん断力の強度が増します。Hielscherの超音波リアクターは加圧することができ、それによって超音波処理を強化することができます。
プロセスのモニタリングとデータ記録は、継続的なプロセスの標準化と製品品質のために重要です。プラグイン可能な圧力・温度センサーが超音波発生器に接続され、超音波分散プロセスをモニター・制御します。 超音波エネルギー（正味＋合計）、温度、圧力、時間などの重要なプロセス・パラメーターはすべて自動的にプロトコールされ、内蔵のSDカードに保存されます。自動的に記録されたプロセスデータにアクセスすることで、前回の超音波処理を修正し、プロセス結果を評価することができます。
もう一つのユーザーフレンドリーな機能は、当社のデジタル超音波システムのブラウザリモートコントロールです。ブラウザーの遠隔操作により、どこからでも超音波プロセッサーの起動、停止、調整、モニターができます。
高性能超音波分散機とその高性能接着剤およびコーティング剤製造への応用について、今すぐお問い合わせください！
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：

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