Formulações adesivas de alto desempenho – Melhorado pela Dispersão Ultrassônica

Os adesivos de alto desempenho são compostos de epóxi, silicone, poliuretano, polissulfeto ou sistemas acrílicos contendo vários (nano-)enchimentos e aditivos, que dão ao adesivo desempenho especial, como força de ligação, peso leve, durabilidade, resistência ao calor e sustentabilidade. A mistura eficiente e confiável é necessária para formular adesivos de alto desempenho. Dispersão ultrassônica e emulsificação é usada combinam vários componentes uniformemente em misturas adesivas homogêneas. A sônica inline mistura até materiais viscosos elevados e carregamentos de nano-enchimento de forma confiável e eficaz produzindo adesivos superiores.

Forças ultrassônicas de alta tesoura para a dispersão de adesivos de alto desempenho

Adesivos de alto desempenho oferecem extraordinária força de ligação, durabilidade e leve ponderação. Dependendo da aplicação final, polímeros, copolímeros e aditivos múltiplos são formulados seguindo receitas elaboradas.

A fresagem ultrassônica e dispersão é um método altamente eficiente para redução do tamanho das partículas, por exemplo, o hidreto de magnésio

A fresagem e dispersão ultrassônicas é um método altamente eficiente para redução do tamanho das partículas, por exemplo, de TiO2 e outras nanopartículas

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Sistema de dispersão ultrassônica industrial com 16kW para processamento contínuo em linha de adesivos de alto desempenho, polímeros, revestimentos e resinas.

MultiSonoReactor com 4x 4kW para aplicações de energia ultrassônica, como a produção de adesivos nano-reforçados.

A produção de adesivos e colas de alto desempenho beneficia significativamente da dispersão ultrassônica. A sônica incorpora nanofillers e aditivos uniformemente em matrizes de polímeros.Sistemas de epóxi, silicone, poliuretano e acrílico para adesivos e colas são produzidos por formuladores, que modificam a base adesiva adicionando tackifiers, preenchimentos minerais (talco, sílica, alumina, etc.), flexibilizadores, redutores de viscosidade, corantes, espessadores, aceleradores, promotores de adesão, etc. Essas modificações servem a vários propósitos, como melhorar o desempenho e/ou a conveniência de processamento ou reduzir custos. Dispersor ultrassônico de alta cisalhamento são ideais para formular diferentes sistemas epóxi em linha e permitir a produção flexível de adesivos adaptados aos requisitos de aplicações específicas.

Misturadores ultrassônicos de alta cisalhamento para exigir aplicações de dispersão e emulsão

Processadores ultrassônicos de alto desempenho funcionam como misturador de alta cisalhamento. As forças extremas de alta cisalhamento são geradas por cavitação ultrassônica/acústica e são ideais para emulsificação em lote e inline, dispersão, fresagem, desagglomeração e homogeneização. Baixas e altas concentrações sólidas e viscosidades podem ser facilmente processadas usando dispersores ultrassônicos inline.

Mistura ultrassônica de alta cisalhamento de nanomateriais em adesivos

Dispersão ultrassônica é uma técnica bem estabelecida para dispersar nanopartículas e nanotubos em polímeros, por exemplo, em adesivos de alto desempenho. O homogeneizador ultrassônico UP400St é um dispositivo poderoso para a dispersão de nanofiladores.Nanomateriais como nanotubos de carbono (CNTs), nanopartículas metálicas, nano-sílica, nanofibras, nanofibras e muitas outras partículas nano-dimensionadas são usados para produzir polímeros nanoreinforjados (nanocompactas). As nanopartículas são bem conhecidas por sua capacidade de alterar propriedades mecânicas (por exemplo, rigidez, elasticidade), propriedades elétricas (por exemplo, condutividade), propriedades funcionais (por exemplo, permeabilidade, temperatura de transição de vidro, módulo) e desempenho de fratura de adesivos de polímero termoset. Não só dar aos nanomateriais propriedades especiais de alto desempenho, como resistência à ligação, durabilidade, condutividade, elasticidade ou resistência ao calor; a adição de partículas nanoestrusas pode melhorar as propriedades de barreira dos polímeros, também.
As forças de alta cisalhamento da cavitação acústica ultrasonicamente gerada são bem conhecidas por sua capacidade de desagglomerar e dispersar nanopartículas e até mesmo quebrar partículas primárias (ou seja, moagem ultrassônica). Quando essas forças ultrassônicas são aplicadas a sistemas poliméricos contendo nanopartículas e outros preenchimentos, uma formulação muito uniforme é obtida. A dispersão ultrassônica é um método eficiente em termos de energia que mostra menos consumo de energia quando comparado aos métodos convencionais de mistura de cisalhamento, como misturadores de lâminas de alta cisalhamento, misturadores de impulsores ou moinhos.

Vantagens dos Adesivos Ultrasonicamente Formulados

  • Dispersão confiável e eficiente
  • Desempenho geral superior de mistura
  • Mistura rápida
  • High-throughput
  • Nano-reforço
  • desgaseificação
  • Maior força de ligação
  • Facilmente capaz de processar altas viscosidades
  • lote e in-line
  • Teste de formulação sem riscos
  • expansão linear a escala larga
  • energia eficiente

Kaboori et al. (2013) demonstraram que a ultrassonização é um método eficaz para dispersar estruturas em camadas de montmorillonite (MMT) e desenvolver adesivos PVA reforçados com MMT. A ultrassonização mostrou-se confiável e eficiente na dispersão da nanoclaia em PVA em cargas baixas (1% e 2%) e altas (4%).
A equipe de pesquisa descobriu que a "técnica ultrassônica é muito eficiente na dispersão da nanoclaia especialmente em cargas altas, ao contrário da batedeira de alta velocidade de cisalhamento. A mistura de alta velocidade poderia dispersar a nanoclaia no PVA apenas em cargas baixas e aumento da força de ligação do PVA em diferentes condições. A mistura de alta velocidade tem algumas desvantagens: possíveis danos à emulsão de PVA (por causa da forte força de corte usada durante a mistura), alto custo e alto consumo de energia. Em contrapartida, a técnica de ultrassônica tem impacto negativo mínimo na emulsão PVA. Além disso, a técnica de ultrassonização é econômica, pois a mistura ultrassônica poderia ocorrer antes da produção de PVA e a solução contendo nanoclaia pode ser adicionada ao PVA durante o processo de produção. Considerando os resultados obtidos neste artigo e nosso trabalho anterior e considerando as vantagens da técnica de ultrassônica sobre a mistura de alta velocidade, adicionar nanoclay ao PVA em escala industrial parece viável e pode ser recomendado aos fabricantes adesivos de madeira." (Kaboori et al., 2013)

Mistura e dispersão ultrassônicas de alta cisalhamento é usada para incorporar nano-preenchimentos em matrizes de polímeros, por exemplo, para produção adesiva de alto desempenho

Comparação de diferentes nanofillers dispersos em endurecedor (ultrassonicação -EUA): (a) nanofibra de carbono de 0,5 wt% (CNF); b 0,5 wt% CNT oxidado

Estudo e imagem: Zanghellini et al., 2021

Efeitos de desgaseamento ultrassônicos na produção de adesivos

Uma vantagem adicional da sônica, que melhora significativamente os resultados da formulação, é o efeito de desgasificação do tratamento ultrassônico. A agitação mecânica de alta velocidade (por exemplo, misturadores de lâminas de alta tesoura) produz um grande número de bolhas de gás na mistura, que em alguns casos poderia até mesmo notar devido à cor iluminada da mistura. A mistura ultrassônica de alta cisalhamento tem o enorme advantge de que a técnica de sônicação não incorpora gases na formulação adesiva, em vez disso, as ondas de ultrassom forçam já apresentar bolhas de gás para coalescer e flutuar para a superfície líquida, de onde o gás pode ser facilmente removido. Assim, a ultrassonificação promove a desgasificação e desgasação de líquidos e formulações adesivas. (cp. Shadlou et al., 2014)

Deagregar e dispersar pó preto carbono na água pode ser alcançado com sucesso usando ultrassônica de alto desempenho. O vídeo mostra o Hielscher UP200St (200W, 26kHz) dispersando partículas pretas de carbono na água. Tween 80 é usado como estabilizador / surfactante, a fim de obter uma suspensão nano-tamanho estável de longo prazo.

Ultrassonicator UP200St (200W) dispersando carbono preto na água usando 1%wt Tween80 como surfactante

 

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Dispersores ultrassônicos de alto desempenho para formulações de adesivos industriais

Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui dispersores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações pesadas, como a fabricação de adesivos de alto desempenho, resinas altamente preenchidas e nanocopóstos. Ultrassonicadores hielscher são usados em todo o mundo para dispersar nanomateriais em polímeros, resinas, revestimentos e outros materiais de alto desempenho.
Dispersor industrial ultrassônico para a mistura de alta cisalhamento de nanofillers em formulações adesivas.Dispersores ultrassônicos hielscher podem ser alimentados através de vários fluxos de alimentação adicionando vários materiais sob condições de fluxo controlada na zona de mistura cavitacional. Dispersores ultrassônicos são confiáveis e eficientes no processamento de baixas a altas viscosidades. Dependendo das matérias-primas e da meta de redução de tamanho, a intensidade ultrassônica pode ser precisamente ajustada.
Para processar pastas de polímeros viscosos, nanomaterômetros e altas concentrações sólidas, o dispersor ultrassônico deve ser capaz de produzir amplitudes continuamente altas. Hielscher Ultrasonics’ processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas em operação contínua sob carga total. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas em operação 24/7. A opção de operar um dispersor ultrassônico em altas amplitudes e ajustar a amplitude precisamente é necessária para adaptar as condições de processo ultrassônico à formulação de adesivos de alto desempenho, misturas de polímeros nano-reforçados e nanocompactas.
Além da amplitude ultrassônica, a pressão é outro parâmetro de processo muito importante. Sob pressões elevadas, a intensidade da cavitação ultrassônica e suas forças de cisalhamento são intensificadas. Os reatores ultrassônicos de Hielscher podem ser pressurizados, obtendo resultados de sônica intensificada.
O monitoramento de processos e o registro de dados são importantes para a padronização contínua do processo e a qualidade do produto. Sensores de pressão e temperatura plugáveis ligados ao gerador ultrassônico para monitorar e controlar o processo de dispersão ultrassônica. Todos os parâmetros de processamento importantes, como energia ultrassônica (líquida + total), temperatura, pressão e tempo são automaticamente protocolados e armazenados em um cartão SD embutido. Ao acessar os dados do processo gravados automaticamente, você pode revisar as execuções de sônicas anteriores e avaliar os resultados do processo.
Outro recurso fácil de usar é o controle remoto do navegador de nossos sistemas ultrassônicos digitais. Através do controle remoto do navegador, você pode iniciar, parar, ajustar e monitorar seu processador ultrassônico remotamente de qualquer lugar.
Entre em contato conosco agora para saber mais sobre nossos dispersores ultrassônicos de alto desempenho e suas aplicações na produção de adesivos e revestimentos de alto desempenho!
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



Literatura / Referências

Fatos, vale a pena conhecer

Adesivos e colas de alto desempenho

Adesivos de alto desempenho, colas e super-colas são usados em indústrias múltiplas. Uma vantagem importante dos adesivos de alto desempenho é sua extraordinária força de ligação e peso leve. Adesivos de alto desempenho são amplamente utilizados na construção civil, no setor automotivo e aeroespacial, na fabricação de equipamentos médicos, produtos de commodities e calçados entre muitos outros bens.
Polímeros são o material base usado em adesivos. Polímeros comumente usados incluem poliéster, copolyester, elastômeros copolyamida, polióis e poliuretano (PU).
Para cada indústria e aplicação, adesivos especiais com propriedades adaptadas estão disponíveis. Por exemplo, sistemas adesivos laminantes à base de água são frequentemente usados para embalagens de alimentos, enquanto adesivos de alto desempenho à base de poliuretano termoplástico são amplamente aplicados em calçados. Com base na tecnologia de formulação, os adesivos de alto desempenho podem ser divididos nos quatro principais segmentos de solventes à base de solventes, à base de água, derretimento a quente e uv-curável. Dispersão ultrassônica e emulsificação são utilizadas na produção de todos estes para tipos adesivos de alto desempenho.


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.