Lijmformules met hoge prestaties – Verbeterd door ultrasone dispersie

Lijmen met hoge prestaties zijn samengesteld uit epoxy-, siliconen-, polyurethaan-, polysulfide- of acrylsystemen die verschillende (nano-)vulstoffen en additieven bevatten die de lijm speciale prestaties geven zoals hechtsterkte, licht gewicht, duurzaamheid, hittebestendigheid en duurzaamheid. Efficiënt en betrouwbaar mengen is nodig om krachtige lijmen te formuleren. Ultrasone dispersie en emulgering worden gebruikt om verschillende componenten uniform te combineren tot homogene lijmmengsels. Inline sonicatie mengt zelfs hoogviskeuze materialen en hoge nano-vullingsbeladingen betrouwbaar en effectief tot superieure lijmen.

Ultrasone hoge-schuifkrachten voor de dispersie van hoogwaardige lijmen

Lijmen met hoge prestaties bieden een buitengewone hechtkracht, duurzaamheid en een laag gewicht. Afhankelijk van de uiteindelijke toepassing worden polymeren, copolymeren en meerdere additieven geformuleerd volgens uitgewerkte recepten.

Ultrasoon nat malen en dispergeren is een zeer efficiënte methode voor het verkleinen van de deeltjesgrootte, bijv. van TiO2 en andere nanodeeltjes.

Ultrasone high-shear mengers voor veeleisende dispersie- en emulsietoepassingen

Ultrasone processoren met hoge prestaties werken als high-shear mengers. De extreme hoge schuifkrachten worden opgewekt door ultrasone / akoestische cavitatie en zijn ideaal voor batch en inline emulgeren, dispergeren, malen, deagglomereren en homogeniseren. Lage tot hoge vaste stofconcentraties en viscositeiten kunnen gemakkelijk worden verwerkt met ultrasone inline-dispergeerders.

Ultrasoon mengen onder hoge druk van nanomaterialen in kleefstoffen

Nanomaterialen zoals koolstofnanobuizen (CNT's), metallische nanodeeltjes, nano-silica, nanoklei, nanovezels en vele andere deeltjes van nanogrootte worden gebruikt om nano-versterkte polymeren (nanocomposieten) te maken. Nanodeeltjes staan bekend om hun vermogen om mechanische eigenschappen (bijv. stijfheid, elasticiteit), elektrische eigenschappen (bijv. geleidbaarheid), functionele eigenschappen (bijv. permeabiliteit, glasovergangstemperatuur, modulus) en breukprestaties van thermohardende polymeerlijmen te veranderen. Nanomaterialen geven niet alleen speciale hoogwaardige eigenschappen zoals hechtsterkte, duurzaamheid, geleidbaarheid, elasticiteit of hittebestendigheid; de toevoeging van nanogestructureerde deeltjes kan ook de barrière-eigenschappen van polymeren verbeteren.
De hoge schuifkrachten van ultrasoon gegenereerde akoestische cavitatie staan bekend om hun vermogen om nanodeeltjes te deagglomereren en te dispergeren en zelfs om primaire deeltjes te breken (d.w.z. ultrasoon malen). Wanneer deze ultrasone krachten worden toegepast op polymere systemen die nanodeeltjes en andere vulstoffen bevatten, wordt een zeer uniforme formulering verkregen. Ultrasone dispersie is een energiezuinige methode die minder energie verbruikt in vergelijking met conventionele methoden voor het mengen door afschuiving, zoals high-shear blade mixers, waaiermixers of molens.

Kaboori et al. (2013) toonden aan dat ultrasoonbehandeling een doeltreffende methode is om gelaagde structuren van montmorilloniet (MMT) te dispergeren en MMT-versterkte PVA-lijmen te ontwikkelen. Ultrasoon bleek betrouwbaar en efficiënt te zijn in het dispergeren van nanoklei in PVA bij lage (1% en 2%) en hoge (4%) doseringen.
Het onderzoeksteam ontdekte dat de "ultrasone techniek zeer efficiënt is in het dispergeren van nanoklei, vooral bij hoge doseringen, in tegenstelling tot de menger met hoge afschuifsnelheid. Mengen met hoge snelheid kon nanoklei alleen bij lage concentraties in PVA dispergeren en verhoogde de hechtsterkte van PVA in verschillende omstandigheden. Mengen met hoge snelheid heeft enkele nadelen: mogelijke schade aan de PVA-emulsie (vanwege de sterke schuifkracht tijdens het mengen), hoge kosten en een hoog energieverbruik. Daarentegen heeft ultrasoontechniek een minimale negatieve invloed op PVA-emulsie. Bovendien is de ultrasoontechniek zuinig omdat het ultrasoon mengen vóór de productie van PVA kan plaatsvinden en de oplossing met nanoklei tijdens het productieproces aan PVA kan worden toegevoegd. Gezien de resultaten van dit artikel en ons eerdere werk en gezien de voordelen van ultrasoon mengen ten opzichte van mengen met hoge snelheid, lijkt het toevoegen van nanoklei aan PVA op industriële schaal haalbaar en kan het worden aanbevolen aan fabrikanten van houtlijm." (Kaboori et al., 2013)

Vergelijking van verschillende nanovulstoffen gedispergeerd in verharder (ultrasoon-US): (a) 0,5 wt% koolstofnanovezel (CNF); (b) 0,5 wt% CNT geoxideerd (c) 0,5 wt% koolstofnanovezel (CNF).

Studie en foto: Zanghellini et al., 2021

Ultrasone ontgassingseffecten bij de productie van lijmen

Een bijkomend voordeel van sonicatie, dat de formuleringsresultaten aanzienlijk verbetert, is het ontgassingseffect van de ultrasone behandeling. Mechanisch roeren met hoge snelheid (bijv. high-shear blade mixers) produceert een groot aantal gasbellen in het mengsel, die in sommige gevallen zelfs kunnen opvallen door de opgehelderde kleur van het mengsel. Ultrasoon mengen met hoge schuifkracht heeft het enorme voordeel dat de sonicatietechniek geen gassen in de lijmsamenstelling opneemt. In plaats daarvan dwingen de ultrasone golven de al aanwezige gasbellen om samen te smelten en naar het vloeistofoppervlak te drijven, vanwaar het gas gemakkelijk kan worden verwijderd. Ultrasoon geluid bevordert dus de ontgassing en ontluchting van vloeistoffen en lijmformules. (cp. Shadlou et al., 2014)

Ultrasone dispergeerders met hoge prestaties voor industriële lijmformules

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en distribueert hoogwaardige ultrasone dispergeerapparaten voor zware toepassingen, zoals de productie van hoogwaardige lijmen, hooggevulde harsen en nanocomposieten. Hielscher ultrasone dispergeerders worden wereldwijd gebruikt voor het dispergeren van nanomaterialen in polymeren, harsen, coatings en andere hoogwaardige materialen.
Hielscher ultrasone dispergeerders kunnen worden gevoed via verschillende voedingsstromen waarbij verschillende materialen onder gecontroleerde stromingsomstandigheden in de cavitatiemengzone worden gebracht. Ultrasone dispergeerders zijn betrouwbaar en efficiënt in het verwerken van lage tot hoge viscositeiten. Afhankelijk van de grondstoffen en de beoogde verkleining kan de ultrasone intensiteit nauwkeurig worden aangepast.
Om viskeuze polymeerpasta's, nanomaterialen en hoge vaste concentraties te kunnen verwerken, moet de ultrasone dispergeermachine continu hoge amplitudes kunnen produceren. Hielscher ultrasoontechniek’ Industriële ultrasone processors kunnen zeer hoge amplitudes leveren bij continue werking onder volledige belasting. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk 24/7 worden gebruikt. De mogelijkheid om een ultrasone dispergeerapparaat met hoge amplitudes te laten werken en de amplitude nauwkeurig aan te passen is nodig om de ultrasone procesomstandigheden aan te passen aan de formulering van hoogwaardige kleefstoffen, met nano versterkte polymeermengsels en nanocomposieten.
Naast de ultrasone amplitude is druk een andere zeer belangrijke procesparameter. Onder verhoogde druk wordt de intensiteit van de ultrasone cavitatie en de bijbehorende schuifkrachten versterkt. Hielscher's ultrasoonreactoren kunnen onder druk worden gezet om intensievere sonificatieresultaten te verkrijgen.
Procesbewaking en gegevensregistratie zijn belangrijk voor continue processtandaardisatie en productkwaliteit. Insteekbare druk- en temperatuursensoren zijn verbonden met de ultrasone generator voor het bewaken en regelen van het ultrasone dispersieproces. Alle belangrijke procesparameters zoals ultrasone energie (netto + totaal), temperatuur, druk en tijd worden automatisch geprotocolleerd en opgeslagen op een ingebouwde SD-kaart. Door toegang te krijgen tot de automatisch geregistreerde procesgegevens kunt u eerdere sonicatieruns herzien en de procesresultaten evalueren.
Een andere gebruiksvriendelijke functie is de browserafstandsbediening van onze digitale ultrasone systemen. Via browserbesturing op afstand kunt u uw ultrasone processor overal vandaan starten, stoppen, afstellen en controleren.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over onze hoogwaardige ultrasone dispergeerapparaten en hun toepassingen bij de productie van hoogwaardige lijmen en coatings!
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: