Lijmformuleringen met hoge prestaties – verbeterd door ultrasone dispersie

Lijmen met hoge prestaties zijn samengesteld uit epoxy-, siliconen-, polyurethaan-, polysulfide- of acrylaatsystemen met diverse (nano)vulstoffen en additieven die de lijm bijzondere eigenschappen geven, zoals hechtsterkte, een laag gewicht, duurzaamheid, hittebestendigheid en milieuduurzaamheid. Efficiënt en betrouwbaar mengen is vereist om lijmen met hoge prestaties te formuleren. Ultrasone dispersie en emulgering worden gebruikt om verschillende componenten gelijkmatig te combineren tot homogene lijmmengsels. Inline sonicatie mengt zelfs materialen met een hoge viscositeit en hoge concentraties nanovulstoffen betrouwbaar en effectief, waardoor superieure lijmen ontstaan.

Hoge ultrasone afschuifkrachten voor de dispersie van lijmen met hoge prestaties

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

Epoxy-, siliconen-, polyurethaan- en acrylaatsystemen voor kleefstoffen en lijmen worden geproduceerd door formuleerders, die de lijmbasis aanpassen door kleefkrachtverhogende middelen, minerale vulstoffen (talk, silica, aluminiumoxide enz.), flexibiliserende middelen, viscositeitsverlagende middelen, kleurstoffen, verdikkingsmiddelen, versnellers, hechtingsbevorderaars enz. toe te voegen. Deze aanpassingen dienen verschillende doelen, zoals het verbeteren van de prestaties en/of het verwerkingsgemak of het verlagen van de kosten. Ultrasone dispergeerapparaten met hoge afschuiving zijn ideaal om verschillende epoxysystemen inline te formuleren en maken een flexibele productie mogelijk van lijmen die zijn afgestemd op de eisen van specifieke toepassingen.

Ultrasone mengers met hoge afschuiving voor veeleisende dispersie- en emulsietoepassingen

Ultrasone processoren met hoge prestaties werken als mengers met hoge afschuiving. De extreem hoge afschuifkrachten worden opgewekt door ultrasone / akoestische cavitatie en zijn ideaal voor batch- en inline toepassingen voor emulgering, dispersie, malen, deagglomeratie en homogenisatie. Lage tot hoge concentraties vaste stoffen en viscositeiten kunnen eenvoudig worden verwerkt met ultrasone inline dispergeerapparaten.

Ultrasoon mengen met hoge afschuiving van nanomaterialen in lijmen

Nanomaterialen zoals koolstofnanobuisjes (CNTs), metallische nanodeeltjes, nanosilica, nanoklei, nanovezels en vele andere deeltjes op nanoschaal worden gebruikt om met nanomaterialen versterkte polymeren (nanocomposieten) te produceren. Nanodeeltjes staan bekend om hun vermogen om mechanische eigenschappen (bijvoorbeeld stijfheid, elasticiteit), elektrische eigenschappen (bijvoorbeeld geleidbaarheid), functionele eigenschappen (bijvoorbeeld permeabiliteit, glasovergangstemperatuur, modulus) en het breukgedrag van thermohardende polymeerlijmen te veranderen. Nanomaterialen geven niet alleen bijzondere eigenschappen voor hoge prestaties zoals hechtsterkte, duurzaamheid, conduciveness, elasticiteit of hittebestendigheid; de toevoeging van nanogestructureerde deeltjes kan ook de barrière-eigenschappen van polymeren verbeteren.
De hoge afschuifkrachten van ultrasoon opgewekte akoestische cavitatie staan bekend om hun vermogen om nanodeeltjes te deagglomereren en te dispergeren en zelfs primaire deeltjes te breken (d.w.z. ultrasoon malen). Wanneer deze ultrasone krachten worden toegepast op polymeersystemen met nanodeeltjes en andere vulstoffen, wordt een zeer uniforme formulering verkregen. Ultrasone dispersie is een energie-efficiënte methode die minder energie verbruikt dan conventionele mengmethoden op basis van afschuiving, zoals bladmengers met hoge afschuiving, mengers met een roerwaaier of molens.

De video toont het ultrasoon mengen en dispergeren van grafiet in 250mL epoxyhars (Toolcraft L) met een ultrasone homogenisator (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics maakt apparatuur voor het dispergeren van grafiet, grafeen, koolstofnanobuisjes, nanodraden of vulstoffen in het laboratorium of in grootschalige productieprocessen. Typische toepassingen zijn het dispergeren van nano- en micromaterialen tijdens het functionaliseringsproces of in harsen of polymeren.

Kaboori et al. (2013) toonden aan dat sonicatie een doeltreffende methode is om gelaagde structuren van montmorilloniet (MMT) te dispergeren en met MMT versterkte PVA-lijmen te ontwikkelen. Sonicatie bleek betrouwbaar en efficiënt voor het dispergeren van nanoklei in PVA bij lage (1% en 2%) en hoge (4%) concentraties.
Het onderzoeksteam stelde vast dat de “ultrasone techniek zeer efficiënt is voor het dispergeren van nanoklei, vooral bij hoge concentraties, in tegenstelling tot de hogesnelheidsmenger met hoge afschuiving. Mengen op hoge snelheid kon nanoklei in de PVA alleen bij lage concentraties dispergeren en verhoogde de hechtsterkte van PVA onder verschillende omstandigheden. Mengen op hoge snelheid heeft enkele nadelen: mogelijke beschadiging van de PVA-emulsie (vanwege de sterke afschuifkracht die tijdens het mengen wordt gebruikt), hoge kosten en een hoog energieverbruik. De sonicatietechniek heeft daarentegen een minimale negatieve invloed op de PVA-emulsie. Bovendien is de sonicatietechniek economisch, omdat 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 de sonicatietechniek ten opzichte van mengen op hoge snelheid, lijkt het toevoegen van nanoklei aan PVA op industriële schaal haalbaar en kan dit aan fabrikanten van houtlijmen worden aanbevolen.” (Kaboori et al., 2013)

Ultrasone ontgassingseffecten bij de productie van lijmen

Een bijkomend voordeel van sonicatie, dat de resultaten van de formulering aanzienlijk verbetert, is het ontgassingseffect van de ultrasone behandeling. Mechanisch roeren op hoge snelheid (bijvoorbeeld met bladmengers met hoge afschuiving) produceert een groot aantal gasbellen in het mengsel, wat in sommige gevallen zelfs merkbaar kan zijn doordat het mengsel lichter van kleur wordt. Ultrasoon mengen met hoge afschuiving heeft het grote voordeel dat de sonicatietechniek geen gassen in de lijmformulering brengt. In plaats daarvan dwingen de ultrasone golven reeds aanwezige gasbellen samen te vloeien en naar het vloeistofoppervlak te stijgen, waar het gas eenvoudig kan worden verwijderd. Daardoor bevordert sonicatie de ontgassing en ontluchting van vloeistoffen en lijmformuleringen. (vgl. Shadlou et al., 2014)

Ultrasone dispergeerapparaten met hoge prestaties voor industriële lijmformuleringen

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, produceert en levert ultrasone dispergeerapparaten met hoge prestaties voor zware toepassingen, zoals de productie van lijmen met hoge prestaties, harsen met een hoog vulstofgehalte en nanocomposieten. Sonicatoren van Hielscher worden wereldwijd gebruikt voor het dispergeren van nanomaterialen in polymeren, harsen, coatings en andere materialen met hoge prestaties.
Ultrasone dispergeerapparaten van Hielscher kunnen via verschillende toevoerstromen worden gevoed, waarbij diverse materialen onder gecontroleerde stromingsomstandigheden aan de cavitatiemengzone worden toegevoegd. Ultrasone dispergeerapparaten zijn betrouwbaar en efficiënt bij het verwerken van lage tot hoge viscositeiten. Afhankelijk van de grondstoffen en de gewenste deeltjesverkleining kan de ultrasone intensiteit nauwkeurig worden aangepast.
Om viskeuze polymeerpasta’s, nanomaterialen en hoge concentraties vaste stoffen te verwerken, moet het ultrasone dispergeerapparaat continu hoge amplitudes kunnen produceren. De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics kunnen bij continu bedrijf onder volledige belasting zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig worden toegepast bij 24/7-bedrijf. De mogelijkheid om een ultrasoon dispergeerapparaat bij hoge amplitudes te gebruiken en de amplitude nauwkeurig aan te passen, is noodzakelijk om de ultrasone procesomstandigheden af te stemmen op de formulering van lijmen met hoge prestaties, met nanomaterialen versterkte polymeermengsels en nanocomposieten.
Naast de ultrasone amplitude is druk een andere zeer belangrijke procesparameter. Bij verhoogde druk nemen de intensiteit van ultrasone cavitatie en de bijbehorende afschuifkrachten toe. De ultrasone reactoren van Hielscher kunnen onder druk worden gezet, waardoor intensievere sonicatieresultaten worden verkregen.
Procesbewaking en gegevensregistratie zijn belangrijk voor continue processtandaardisatie en productkwaliteit. Aansluitbare druk- en temperatuursensoren worden met de ultrasone generator verbonden om het ultrasone dispersieproces te bewaken en te regelen. Alle belangrijke verwerkingsparameters, zoals ultrasone energie (netto + totaal), temperatuur, druk en tijd, worden automatisch geregistreerd en opgeslagen op een ingebouwde SD-kaart. Door de automatisch geregistreerde procesgegevens te raadplegen, kunt u eerdere sonicatiecycli bekijken en de procesresultaten beoordelen.
Een andere gebruiksvriendelijke functie is de bediening op afstand via een browser van onze digitale ultrasone systemen. Via de browser kunt u uw ultrasone processor vanaf elke locatie op afstand starten, stoppen, aanpassen en bewaken.
Neem nu contact met ons op voor meer informatie over onze ultrasone dispergeerapparaten met hoge prestaties en hun toepassingen bij de productie van lijmen en coatings met hoge prestaties!
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:

---

In deze video tonen wij u een ultrasoon systeem van 2 kilowatt voor inlinegebruik in een spoelbare kast. Hielscher levert ultrasone apparatuur aan vrijwel alle industrieën, zoals de chemische, farmaceutische en cosmetische industrie, en voor petrochemische processen en extractieprocessen met oplosmiddelen. Deze spoelbare roestvaststalen kast is ontworpen voor gebruik in explosiegevaarlijke zones. Hiervoor kan de klant de afgedichte kast met stikstof of verse lucht spoelen om te voorkomen dat brandbare gassen of dampen de kast binnendringen.