Formuły klejów o wysokiej wydajności – Ulepszony przez dyspersję ultradźwiękową

Wysokowydajne kleje składają się z systemów epoksydowych, silikonowych, poliuretanowych, polisiarczkowych lub akrylowych zawierających różne (nano)wypełniacze i dodatki, które nadają klejowi specjalne właściwości, takie jak siła wiązania, lekkość, trwałość, odporność na ciepło i trwałość. Wydajne i niezawodne mieszanie jest wymagane do formułowania klejów o wysokiej wydajności. Dyspersja ultradźwiękowa i emulgowanie łączą różne składniki równomiernie w jednorodne mieszanki klejowe. Sonikacja inline miesza nawet materiały o wysokiej lepkości i wysokich ładunkach nanowypełniaczy w sposób niezawodny i skuteczny, tworząc doskonałe kleje.

Ultradźwiękowe siły ścinające do dyspersji wysokowydajnych klejów

Wysokowydajne kleje oferują niezwykłą siłę wiązania, trwałość i lekkość. W zależności od ostatecznego zastosowania, polimery, kopolimery i liczne dodatki są formułowane zgodnie z opracowanymi recepturami.

Systemy epoksydowe, silikonowe, poliuretanowe i akrylowe do klejów i spoiw są produkowane przez formulatorów, którzy modyfikują bazę kleju poprzez dodanie lepiszczy, wypełniaczy mineralnych (talk, krzemionka, tlenek glinu itp.), uelastyczniaczy, reduktorów lepkości, barwników, zagęszczaczy, przyspieszaczy, promotorów adhezji itp. Modyfikacje te służą kilku celom, takim jak poprawa wydajności i/lub wygody przetwarzania lub obniżenie kosztów. Ultradźwiękowe dyspergatory o wysokim ścinaniu są idealne do formułowania różnych systemów epoksydowych w linii i pozwalają na elastyczną produkcję klejów dostosowanych do wymagań konkretnych zastosowań.

Ultradźwiękowe mieszalniki wysokoobrotowe do wymagających zastosowań dyspersyjnych i emulsyjnych

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe działają jak mieszalniki wysokoobrotowe. Ekstremalne siły ścinające są generowane przez kawitację ultradźwiękową / akustyczną i są idealne do emulgowania wsadowego i liniowego, dyspersji, mielenia, deaglomeracji i homogenizacji. Niskie i wysokie stężenia ciał stałych i lepkości można łatwo przetwarzać za pomocą ultradźwiękowych dyspergatorów liniowych.

Ultradźwiękowe mieszanie nanomateriałów w klejach przy wysokim ścinaniu

Nanomateriały, takie jak nanorurki węglowe (CNT), nanocząstki metaliczne, nanokrzemionka, nanoglinki, nanowłókna i wiele innych nanocząstek są wykorzystywane do produkcji polimerów wzmocnionych nanorurkami (nanokompozytów). Nanocząstki są dobrze znane ze swojej zdolności do zmiany właściwości mechanicznych (np. sztywności, elastyczności), właściwości elektrycznych (np. przewodności), właściwości funkcjonalnych (np. przepuszczalności, temperatury zeszklenia, modułu) i odporności na pękanie termoutwardzalnych klejów polimerowych. Nanomateriały nie tylko zapewniają specjalne właściwości o wysokiej wydajności, takie jak siła wiązania, trwałość, przewodność, elastyczność lub odporność na ciepło; dodanie nanostrukturalnych cząstek może również poprawić właściwości barierowe polimerów.
Wysokie siły ścinające generowanej ultradźwiękowo kawitacji akustycznej są dobrze znane ze swojej zdolności do deaglomeracji i dyspersji nanocząstek, a nawet do rozbijania cząstek pierwotnych (tj. frezowania ultradźwiękowego). Gdy te siły ultradźwiękowe są stosowane do układów polimerowych zawierających nanocząstki i inne wypełniacze, uzyskuje się bardzo jednorodny preparat. Dyspersja ultradźwiękowa jest energooszczędną metodą wykazującą mniejsze zużycie energii w porównaniu z konwencjonalnymi metodami mieszania ścinającego, takimi jak mieszalniki łopatkowe o wysokim ścinaniu, mieszalniki wirnikowe lub młyny.

Kaboori et al. (2013) wykazali, że ultradźwięki są skuteczną metodą dyspergowania warstwowych struktur montmorylonitu (MMT) i opracowywania klejów PVA wzmocnionych MMT. Ultradźwięki okazały się niezawodne i skuteczne w dyspergowaniu nanoglinki w PVA przy niskich (1% i 2%) i wysokich (4%) obciążeniach.
Zespół badawczy odkrył, że "technika ultradźwiękowa jest bardzo skuteczna w dyspergowaniu nanoglinki, zwłaszcza przy dużych obciążeniach, w przeciwieństwie do mieszalnika o dużej prędkości ścinania. Mieszanie z dużą prędkością może zdyspergować nanoglinę w PVA tylko przy niskich obciążeniach i zwiększyć siłę wiązania PVA w różnych warunkach. Szybkie mieszanie ma pewne wady: możliwe uszkodzenie emulsji PVA (z powodu dużej siły ścinającej używanej podczas mieszania), wysoki koszt i wysokie zużycie energii. Natomiast technika ultradźwiękowa ma minimalny negatywny wpływ na emulsję PVA. Co więcej, technika ultradźwiękowa jest ekonomiczna, ponieważ mieszanie ultradźwiękowe może odbywać się przed produkcją PVA, a roztwór zawierający nanoglinę można dodać do PVA podczas procesu produkcyjnego. Biorąc pod uwagę wyniki uzyskane w tym artykule i naszej poprzedniej pracy oraz biorąc pod uwagę zalety techniki ultradźwiękowej w porównaniu z mieszaniem z dużą prędkością, dodanie nanoglinki do PVA na skalę przemysłową wydaje się wykonalne i może być zalecane producentom klejów do drewna". (Kaboori et al., 2013)

Ultradźwiękowe efekty odgazowania w produkcji kleju

Dodatkową zaletą sonikacji, która znacznie poprawia wyniki formulacji, jest efekt odgazowania obróbki ultradźwiękowej. Mieszanie mechaniczne z dużą prędkością (np. mieszadła łopatkowe o wysokim ścinaniu) wytwarza dużą liczbę pęcherzyków gazu w mieszaninie, co w niektórych przypadkach można nawet zauważyć ze względu na rozjaśniony kolor mieszaniny. Ultradźwiękowe mieszanie z wysokim ścinaniem ma tę ogromną zaletę, że technika sonikacji nie włącza gazów do preparatu klejącego, zamiast tego fale ultradźwiękowe zmuszają już obecne pęcherzyki gazu do koalescencji i unoszenia się na powierzchni cieczy, skąd gaz można łatwo usunąć. W ten sposób ultradźwięki sprzyjają odgazowaniu i odpowietrzeniu cieczy i preparatów klejących. (cp. Shadlou et al., 2014)

Wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do przemysłowych preparatów klejących

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do ciężkich zastosowań, takich jak produkcja wysokowydajnych klejów, wysoko wypełnionych żywic i nanokompozytów. Ultrasonografy Hielscher są używane na całym świecie do dyspergowania nanomateriałów w polimerach, żywicach, powłokach i innych wysokowydajnych materiałach.
Dyspergatory ultradźwiękowe Hielscher mogą być zasilane różnymi strumieniami zasilającymi, dodającymi różne materiały w kontrolowanych warunkach przepływu do kawitacyjnej strefy mieszania. Dyspergatory ultradźwiękowe są niezawodne i wydajne w przetwarzaniu materiałów o niskiej i wysokiej lepkości. W zależności od surowców i celu redukcji rozmiaru, intensywność ultradźwięków można precyzyjnie regulować.
W celu przetwarzania lepkich past polimerowych, nanomateriałów i wysokich stężeń ciał stałych, dyspergator ultradźwiękowy musi być w stanie wytwarzać stale wysokie amplitudy. Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy w trybie ciągłym pod pełnym obciążeniem. Amplitudy do 200 µm można łatwo uruchomić w trybie 24/7. Opcja obsługi dyspergatora ultradźwiękowego przy wysokich amplitudach i precyzyjnej regulacji amplitudy jest niezbędna do dostosowania warunków procesu ultradźwiękowego do formułowania wysokowydajnych klejów, nanowzmocnionych mieszanin polimerów i nanokompozytów.
Oprócz amplitudy ultradźwięków, ciśnienie jest kolejnym bardzo ważnym parametrem procesu. Przy podwyższonym ciśnieniu intensywność kawitacji ultradźwiękowej i jej sił ścinających jest intensyfikowana. Reaktory ultradźwiękowe Hielschera mogą być pod ciśnieniem, uzyskując w ten sposób zintensyfikowane wyniki sonikacji.
Monitorowanie procesu i rejestracja danych są ważne dla ciągłej standaryzacji procesu i jakości produktu. Wtykowe czujniki ciśnienia i temperatury są podłączone do generatora ultradźwiękowego w celu monitorowania i kontrolowania procesu dyspersji ultradźwiękowej. Wszystkie ważne parametry przetwarzania, takie jak energia ultradźwiękowa (netto + całkowita), temperatura, ciśnienie i czas są automatycznie protokołowane i zapisywane na wbudowanej karcie SD. Uzyskując dostęp do automatycznie rejestrowanych danych procesowych, można zrewidować poprzednie przebiegi sonikacji i ocenić wyniki procesu.
Kolejną przyjazną dla użytkownika funkcją jest zdalne sterowanie przez przeglądarkę naszymi cyfrowymi systemami ultradźwiękowymi. Za pomocą zdalnego sterowania przez przeglądarkę można uruchamiać, zatrzymywać, regulować i monitorować procesor ultradźwiękowy zdalnie z dowolnego miejsca.
Skontaktuj się z nami już teraz, aby dowiedzieć się więcej o naszych wysokowydajnych dyspergatorach ultradźwiękowych i ich zastosowaniach w produkcji wysokowydajnych klejów i powłok!
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

---