Formulações adesivas de alto desempenho – Melhorado por dispersão ultra-sónica

As colas de elevado desempenho são compostas por sistemas de epóxi, silicone, poliuretano, polissulfureto ou acrílico que contêm vários (nano)enchimentos e aditivos, que conferem à cola um desempenho especial, como a força de ligação, a leveza, a durabilidade, a resistência ao calor e a sustentabilidade. É necessária uma mistura eficiente e fiável para formular adesivos de elevado desempenho. A dispersão ultra-sónica e a emulsificação são utilizadas para combinar vários componentes uniformemente em misturas adesivas homogéneas. Misturas de sonicação em linha mesmo materiais de alta viscosidade e altas cargas de nano-filler de forma confiável e eficaz produzindo adesivos superiores.

Forças ultra-sónicas de alto cisalhamento para a dispersão de adesivos de alto desempenho

As colas de elevado desempenho oferecem uma extraordinária força de ligação, durabilidade e leveza. Dependendo da aplicação final, os polímeros, copolímeros e aditivos múltiplos são formulados de acordo com receitas elaboradas.

Os sistemas epóxi, silicone, poliuretano e acrílico para adesivos e colas são produzidos por formuladores, que modificam a base adesiva adicionando agentes de aderência, cargas minerais (talco, sílica, alumina, etc.), flexibilizadores, redutores de viscosidade, corantes, espessantes, aceleradores, promotores de adesão, etc. Estas modificações têm vários objectivos, tais como melhorar o desempenho e/ou a facilidade de processamento ou reduzir os custos. Os dispersores ultra-sónicos de alto cisalhamento são ideais para formular diferentes sistemas epóxi em linha e permitem a produção flexível de adesivos adaptados aos requisitos de aplicações específicas.

Misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para aplicações exigentes de dispersão e emulsão

Os processadores ultra-sónicos de alto desempenho funcionam como misturadores de alto cisalhamento. As forças de cisalhamento extremamente elevadas são geradas por cavitação ultra-sónica/acústica e são ideais para aplicações de emulsificação, dispersão, moagem, desaglomeração e homogeneização em lote e em linha. Concentrações de sólidos e viscosidades baixas a elevadas podem ser facilmente processadas utilizando dispersores ultrassónicos em linha.

Ultrasonic High-Shear mistura de nanomateriais em adesivos

Nanomateriais como nanotubos de carbono (CNT), nanopartículas metálicas, nano-sílica, nanoargilas, nanofibras e muitas outras partículas de dimensão nanométrica são utilizados para produzir polímeros nano-reforçados (nanocompósitos). As nanopartículas são bem conhecidas pela sua capacidade de alterar as propriedades mecânicas (por exemplo, rigidez, elasticidade), as propriedades eléctricas (por exemplo, condutividade), as propriedades funcionais (por exemplo, permeabilidade, temperatura de transição vítrea, módulo) e o desempenho de fratura dos adesivos de polímeros termoendurecíveis. Os nanomateriais não só conferem propriedades especiais de elevado desempenho, como a força de ligação, a durabilidade, a condutividade, a elasticidade ou a resistência ao calor; a adição de partículas nano-estruturadas pode também melhorar as propriedades de barreira dos polímeros.
As forças de alto cisalhamento da cavitação acústica gerada por ultra-sons são bem conhecidas pela sua capacidade de desaglomerar e dispersar nanopartículas e mesmo de quebrar partículas primárias (isto é, moagem ultra-sónica). Quando estas forças ultra-sónicas são aplicadas a sistemas poliméricos que contêm nanopartículas e outros agentes de enchimento, obtém-se uma formulação muito uniforme. A dispersão ultra-sónica é um método eficiente em termos energéticos que mostra um menor consumo de energia quando comparado com os métodos convencionais de mistura de cisalhamento, tais como misturadores de lâminas de alto cisalhamento, misturadores de impulsores ou moinhos.

Kaboori et al. (2013) demonstraram que a ultrassonografia é um método eficaz para dispersar estruturas em camadas de montmorillonite (MMT) e desenvolver adesivos PVA reforçados com MMT. Ultrasonication foi mostrado como confiável e eficiente na dispersão nanoclay em PVA em baixa (1% e 2%) e alta (4%) cargas.
A equipa de investigação descobriu que a "técnica ultra-sónica é muito eficiente na dispersão de nanoargila, especialmente em cargas elevadas, ao contrário do misturador de alta velocidade de cisalhamento. A mistura a alta velocidade pode dispersar a nanoargila no PVA apenas com cargas baixas e aumentar a força de ligação do PVA em diferentes condições. A mistura de alta velocidade tem algumas desvantagens: possíveis danos à emulsão PVA (devido à forte força de cisalhamento usada durante a mistura), alto custo e alto consumo de energia. Em contraste, a técnica de ultra-sons tem impacto negativo mínimo sobre a emulsão de PVA. Além disso, a técnica de ultra-sons é económico como mistura de ultra-sons poderia ter lugar antes da produção de PVA e a solução contendo nanoclay pode ser adicionado ao PVA durante o processo de produção. Ao considerar os resultados obtidos a partir deste artigo e nosso trabalho anterior e considerando as vantagens da técnica de ultrassom sobre a mistura de alta velocidade, adicionando nanoclay para PVA em uma escala industrial parece viável e pode ser recomendado para fabricantes de adesivos de madeira ". (Kaboori et al., 2013)

Efeitos da desgaseificação por ultra-sons na produção de adesivos

Uma vantagem adicional da sonicação, que melhora significativamente os resultados da formulação, é o efeito de desgaseificação do tratamento ultrassónico. A agitação mecânica de alta velocidade (por exemplo, misturadores de lâminas de alto cisalhamento) produz um grande número de bolhas de gás na mistura, que em alguns casos pode até ser notado devido à cor iluminada da mistura. A mistura ultra-sónica de alto cisalhamento tem a enorme vantagem de a técnica de sonicação não incorporar gases na formulação adesiva, em vez disso, as ondas de ultra-sons forçam as bolhas de gás já presentes a coalescer e a flutuar para a superfície do líquido, de onde o gás pode ser facilmente removido. Deste modo, a ultrassonografia promove a desgaseificação e a desaeração de líquidos e formulações adesivas. (cp. Shadlou et al., 2014)

Dispersores ultra-sónicos de elevado desempenho para formulações adesivas industriais

A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultra-sónicos de elevado desempenho para aplicações pesadas, tais como o fabrico de adesivos de elevado desempenho, resinas altamente preenchidas e nanocompósitos. Os ultrassons Hielscher são utilizados em todo o mundo para dispersar nanomateriais em polímeros, resinas, revestimentos e outros materiais de elevado desempenho.
Os dispersores ultra-sónicos Hielscher podem ser alimentados através de várias correntes de alimentação, adicionando vários materiais sob condições de fluxo controlado na zona de mistura cavitacional. Os dispersores ultra-sónicos são fiáveis e eficientes no processamento de viscosidades baixas a altas. Dependendo das matérias-primas e do objetivo de redução de tamanho, a intensidade ultra-sónica pode ser ajustada com precisão.
Para processar pastas de polímeros viscosos, nanomateriais e concentrações elevadas de sólidos, o dispersor ultrassónico deve ser capaz de produzir continuamente amplitudes elevadas. Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas em funcionamento contínuo sob carga total. Amplitudes até 200µm podem ser facilmente executadas em funcionamento 24/7. A opção de operar um dispersor ultrassónico em amplitudes elevadas e de ajustar a amplitude com precisão é necessária para adaptar as condições do processo ultrassónico à formulação de adesivos de alto desempenho, misturas de polímeros nano-reforçados e nanocompósitos.
Para além da amplitude ultra-sónica, a pressão é outro parâmetro de processo muito importante. Sob pressões elevadas, a intensidade da cavitação ultra-sônica e suas forças de cisalhamento é intensificada. Os reactores ultra-sónicos da Hielscher podem ser pressurizados, obtendo-se assim resultados de sonicação intensificados.
A monitorização do processo e o registo de dados são importantes para a padronização contínua do processo e para a qualidade do produto. Sensores de pressão e temperatura conectáveis ao gerador de ultra-sons para monitorizar e controlar o processo de dispersão ultra-sónica. Todos os parâmetros importantes do processo, como a energia ultra-sónica (líquida + total), a temperatura, a pressão e o tempo, são automaticamente registados e armazenados num cartão SD integrado. Ao aceder aos dados do processo registados automaticamente, é possível rever execuções de sonicação anteriores e avaliar os resultados do processo.
Outra caraterística de fácil utilização é o controlo remoto via browser dos nossos sistemas ultra-sónicos digitais. Através do controlo remoto via browser, pode iniciar, parar, ajustar e monitorizar o seu processador ultrassónico remotamente a partir de qualquer lugar.
Contacte-nos agora para saber mais sobre os nossos dispersores ultra-sónicos de alto desempenho e as suas aplicações na produção de adesivos e revestimentos de alto desempenho!
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

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