Formulări de adezivi de înaltă performanță – îmbunătățite prin dispersare cu ultrasunete

Adezivii de înaltă performanță sunt compuși din sisteme epoxidice, siliconice, poliuretanice, polisulfidice sau acrilice care conțin diverse (nano)materiale de umplutură și aditivi, ce conferă adezivului performanțe speciale, precum rezistența legăturii, greutatea redusă, durabilitatea, rezistența la căldură și sustenabilitatea. Pentru formularea adezivilor de înaltă performanță este necesară o amestecare eficientă și fiabilă. Dispersarea și emulsionarea cu ultrasunete sunt utilizate pentru a combina uniform diverse componente în amestecuri adezive omogene. Sonicarea inline amestecă în mod fiabil și eficient chiar și materiale cu vâscozitate ridicată și încărcări mari de nano-umpluturi, producând adezivi superiori.

Forțe de forfecare ridicată generate cu ultrasunete pentru dispersarea adezivilor de înaltă performanță

Adezivii de înaltă performanță oferă o rezistență extraordinară a legăturii, durabilitate și greutate redusă. În funcție de aplicația finală, polimerii, copolimerii și numeroși aditivi sunt formulați conform unor rețete elaborate.

Sistemele epoxidice, siliconice, poliuretanice și acrilice pentru adezivi și cleiuri sunt produse de formulatori, care modifică baza adezivului prin adăugarea de agenți de lipiciozitate, materiale de umplutură minerale (talc, silice, alumină etc.), agenți de flexibilizare, reducători de vâscozitate, coloranți, agenți de îngroșare, acceleratori, promotori de aderență etc. Aceste modificări servesc mai multor scopuri, precum îmbunătățirea performanței și/sau a ușurinței de procesare ori reducerea costurilor. Dispersoarele cu ultrasunete cu forfecare ridicată sunt ideale pentru formularea inline a diferitelor sisteme epoxidice și permit producția flexibilă de adezivi adaptați cerințelor unor aplicații specifice.

Mixere cu ultrasunete cu forfecare ridicată pentru aplicații solicitante de dispersare și emulsionare

Procesoarele cu ultrasunete de înaltă performanță funcționează ca un mixer cu forfecare ridicată. Forțele extreme de forfecare ridicată sunt generate de cavitația ultrasonică / acustică și sunt ideale pentru aplicații de emulsionare, dispersare, măcinare, dezaglomerare și omogenizare în regim batch și inline. Concentrațiile de solide și vâscozitățile de la scăzute la ridicate pot fi procesate cu ușurință folosind dispersoare inline cu ultrasunete.

Amestecarea cu forfecare ridicată cu ultrasunete a nanomaterialelor în adezivi

Nanomaterialele, precum nanotuburile de carbon (CNT), nanoparticulele metalice, nano-silicea, nano-argilele, nanofibrele și multe alte particule de dimensiuni nanometrice, sunt utilizate pentru a produce polimeri nanoranforsați (nanocompozite). Nanoparticulele sunt bine cunoscute pentru capacitatea lor de a modifica proprietățile mecanice (de ex., rigiditatea, elasticitatea), proprietățile electrice (de ex., conductivitatea), proprietățile funcționale (de ex., permeabilitatea, temperatura de tranziție vitroasă, modulul) și comportamentul la rupere ale adezivilor polimerici termorigizi. Nanomaterialele nu conferă doar proprietăți speciale de înaltă performanță, precum rezistența legăturii, durabilitatea, conduciveness, elasticitatea sau rezistența la căldură; adăugarea de particule nanostructurate poate îmbunătăți și proprietățile de barieră ale polimerilor.
Forțele de forfecare ridicată ale cavitației acustice generate cu ultrasunete sunt bine cunoscute pentru capacitatea lor de a dezaglomera și dispersa nanoparticule și chiar de a sparge particulele primare (adică măcinarea cu ultrasunete). Atunci când aceste forțe ultrasonice sunt aplicate sistemelor polimerice care conțin nanoparticule și alte materiale de umplutură, se obține o formulare foarte uniformă. Dispersarea cu ultrasunete este o metodă eficientă energetic, cu un consum de energie mai mic în comparație cu metodele convenționale de amestecare prin forfecare, precum mixerele cu palete cu forfecare ridicată, mixerele cu rotor sau morile.

Videoclipul prezintă amestecarea și dispersarea cu ultrasunete a grafitului în 250mL de rășină epoxidică (Toolcraft L), utilizând un omogenizator cu ultrasunete (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics produce echipamente pentru dispersarea grafitului, grafenului, nanotuburilor de carbon, nanofirelor sau materialelor de umplutură în laborator ori în procese de producție de mare volum. Aplicațiile tipice includ dispersarea nanomaterialelor și micromaterialelor în timpul procesului de funcționalizare sau dispersarea acestora în rășini ori polimeri.

Kaboori et al. (2013) au demonstrat că ultrasonicarea este o metodă eficace pentru dispersarea structurilor stratificate de montmorillonit (MMT) și pentru dezvoltarea de adezivi PVA ranforsați cu MMT. Ultrasonicarea s-a dovedit fiabilă și eficientă în dispersarea nanoargilei în PVA la încărcări scăzute (1% și 2%) și ridicate (4%).
Echipa de cercetare a constatat că „tehnica ultrasonică este foarte eficientă în dispersarea nanoargilei, în special la încărcări ridicate, spre deosebire de mixerul de mare viteză cu forfecare ridicată. Amestecarea de mare viteză a putut dispersa nanoargila în PVA doar la încărcări scăzute și a crescut rezistența legăturii PVA în diferite condiții. Amestecarea de mare viteză are unele dezavantaje: posibila deteriorare a emulsiei de PVA (din cauza forței puternice de forfecare utilizate în timpul amestecării), costul ridicat și consumul ridicat de energie. Prin contrast, tehnica ultrasonicării are un impact negativ minim asupra emulsiei de PVA. Mai mult, tehnica ultrasonicării este economică, deoarece amestecarea cu ultrasunete poate avea loc înainte de producția PVA, iar soluția care conține nanoargilă poate fi adăugată la PVA în timpul procesului de producție. Luând în considerare rezultatele obținute în această lucrare și în lucrarea noastră anterioară, precum și avantajele tehnicii ultrasonicării față de amestecarea de mare viteză, adăugarea nanoargilei în PVA la scară industrială pare fezabilă și poate fi recomandată producătorilor de adezivi pentru lemn.” (Kaboori et al., 2013)

Efecte de degazare cu ultrasunete în producția de adezivi

Un avantaj suplimentar al sonicării, care îmbunătățește semnificativ rezultatele formulării, este efectul de degazare al tratamentului cu ultrasunete. Agitarea mecanică de mare viteză (de ex., mixerele cu palete cu forfecare ridicată) produce un număr mare de bule de gaz în amestec, care în unele cazuri pot fi observate chiar prin culoarea mai deschisă a amestecului. Amestecarea cu forfecare ridicată cu ultrasunete are marele avantaj că tehnica de sonicare nu încorporează gaze în formularea adezivă; dimpotrivă, undele ultrasonice forțează bulele de gaz deja prezente să coalescă și să urce la suprafața lichidului, de unde gazul poate fi îndepărtat cu ușurință. Astfel, ultrasonicarea favorizează degazarea și dezaerarea lichidelor și a formulărilor adezive. (cf. Shadlou et al., 2014)

Dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru formulări industriale de adezivi

Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații solicitante, precum fabricarea adezivilor de înaltă performanță, a rășinilor cu grad ridicat de umplere și a nanocompozitelor. Ultrasonicatoarele Hielscher sunt utilizate în întreaga lume pentru dispersarea nanomaterialelor în polimeri, rășini, acoperiri și alte materiale de înaltă performanță.
Dispersoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi alimentate prin diverse fluxuri de alimentare, care introduc diverse materiale în condiții de curgere controlate în zona de amestecare cavitațională. Dispersoarele cu ultrasunete sunt fiabile și eficiente în procesarea vâscozităților de la scăzute la ridicate. În funcție de materiile prime și de obiectivul de reducere a dimensiunii, intensitatea ultrasonică poate fi reglată cu precizie.
Pentru a procesa paste polimerice vâscoase, nanomateriale și concentrații ridicate de solide, dispersorul cu ultrasunete trebuie să fie capabil să producă în mod continuu amplitudini ridicate. Procesoarele industriale cu ultrasunete Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte ridicate în funcționare continuă la sarcină maximă. Amplitudini de până la 200µm pot fi rulate cu ușurință în regim 24/7. Posibilitatea de a opera un dispersor cu ultrasunete la amplitudini ridicate și de a regla amplitudinea cu precizie este necesară pentru a adapta condițiile procesului ultrasonic la formularea adezivilor de înaltă performanță, a amestecurilor polimerice nano-ranforsate și a nanocompozitelor.
Pe lângă amplitudinea ultrasonică, presiunea este un alt parametru de proces foarte important. La presiuni ridicate, intensitatea cavitației ultrasonice și a forțelor sale de forfecare este amplificată. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher pot fi presurizate, obținându-se astfel rezultate de sonicare intensificate.
Monitorizarea procesului și înregistrarea datelor sunt importante pentru standardizarea continuă a procesului și pentru calitatea produsului. Senzorii de presiune și temperatură conectabili se cuplează prin cablu la generatorul ultrasonic pentru monitorizarea și controlul procesului de dispersare cu ultrasunete. Toți parametrii importanți de procesare, precum energia ultrasonică (netă + totală), temperatura, presiunea și timpul, sunt înregistrați automat și stocați pe un card SD încorporat. Accesând datele de proces înregistrate automat, puteți revizui rulările anterioare de sonicare și evalua rezultatele procesului.
O altă funcție ușor de utilizat este controlul de la distanță prin browser al sistemelor noastre digitale cu ultrasunete. Prin controlul de la distanță prin browser, puteți porni, opri, regla și monitoriza procesorul dumneavoastră cu ultrasunete de la distanță, de oriunde.
Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre dispersoarele noastre cu ultrasunete de înaltă performanță și despre aplicațiile lor în producția de adezivi și acoperiri de înaltă performanță!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

---

În acest videoclip vă prezentăm un sistem ultrasonic de 2 kilowați pentru funcționare în flux, instalat într-un dulap cu purjare. Hielscher furnizează echipamente ultrasonice pentru aproape toate sectoarele industriale, precum industria chimică, farmaceutică și cosmetică, pentru procese petrochimice, precum și pentru procese de extracție cu solvenți. Acest dulap din oțel inoxidabil, prevăzut cu purjare, este conceput pentru funcționarea în zone periculoase. În acest scop, clientul poate purja dulapul etanș cu azot sau aer proaspăt pentru a împiedica pătrunderea gazelor sau vaporilor inflamabili în dulap.