Vysokovýkonné lepiace formulácie – Vylepšené ultrazvukovou disperziou

Vysokovýkonné lepidlá sa skladajú z epoxidových, silikónových, polyuretánových, polysulfidových alebo akrylových systémov obsahujúcich rôzne (nano)plnivá a prísady, ktoré dodávajú lepidlu špeciálny výkon, ako je pevnosť spoja, nízka hmotnosť, trvanlivosť, tepelná odolnosť a udržateľnosť. Na formulovanie vysokovýkonných lepidiel je potrebné efektívne a spoľahlivé miešanie. Používa sa ultrazvuková disperzia a emulgácia, ktorá spája rôzne zložky rovnomerne do homogénnych adhezívnych zmesí. Inline sonikácia spoľahlivo a efektívne spája aj vysoko viskózne materiály a vysoké zaťaženie nano-plnivom, čím vytvára vynikajúce lepidlá.

Ultrazvukové sily s vysokým šmykom na disperziu vysokovýkonných lepidiel

Vysokovýkonné lepidlá ponúkajú mimoriadnu pevnosť spoja, trvanlivosť a nízku hmotnosť. V závislosti od konečnej aplikácie sa polyméry, kopolyméry a viaceré prísady formulujú podľa vypracovaných receptúr.

Epoxidové, silikónové, polyuretánové a akrylové systémy na lepidlá a lepidlá vyrábajú formulátori, ktorí upravujú lepiacu základňu pridaním lepidiel, minerálnych plnív (mastenec, oxid kremičitý, oxid hlinitý atď.), flexibilizátorov, reduktorov viskozity, farbív, zahusťovadiel, urýchľovačov, promótorov priľnavosti atď. Tieto úpravy slúžia na niekoľko účelov, napríklad na zlepšenie výkonu a/alebo pohodlie spracovania alebo na zníženie nákladov. Ultrazvukové dispergátory s vysokým šmykom sú ideálne na formulovanie rôznych epoxidových systémov v rade a umožňujú flexibilnú výrobu lepidiel prispôsobených požiadavkám konkrétnych aplikácií.

Ultrazvukové mixéry s vysokým strihom pre náročné disperzné a emulzné aplikácie

Vysokovýkonné ultrazvukové procesory fungujú ako mixér s vysokým strihom. Extrémne vysoké šmykové sily sú generované ultrazvukovou / akustickou kavitáciou a sú ideálne pre dávkovú a inline emulgáciu, disperziu, frézovanie, deaglomeráciu a homogenizačné aplikácie. Nízke až vysoké koncentrácie pevných látok a viskozity je možné ľahko spracovať pomocou ultrazvukových inline dispergátorov.

Ultrazvukové miešanie nanomateriálov v lepidlách s vysokým šmykom

Na výrobu nanovystužených polymérov (nanokompozitov) sa používajú nanomateriály, ako sú uhlíkové nanotrubice (CNT), kovové nanočastice, nanooxid kremičitý, nanoíly, nanovlákna a mnohé ďalšie nanočastice. Nanočastice sú dobre známe svojou schopnosťou meniť mechanické vlastnosti (napr. tuhosť, elasticita), elektrické vlastnosti (napr. vodivosť), funkčné vlastnosti (napr. priepustnosť, teplota skleného prechodu, modul) a lomové vlastnosti termosetových polymérnych lepidiel. Poskytujú nanomateriálom nielen špeciálne vysokovýkonné vlastnosti, ako je pevnosť spoja, trvanlivosť, priaznivosť, elasticita alebo tepelná odolnosť, Pridanie nanoštruktúrovaných častíc môže tiež zlepšiť bariérové vlastnosti polymérov.
Vysoké šmykové sily ultrazvukom generovanej akustickej kavitácie sú dobre známe svojou schopnosťou deaglomerovať a rozptyľovať nanočastice a dokonca rozbíjať primárne častice (t. j. ultrazvukové frézovanie). Keď sa tieto ultrazvukové sily aplikujú na polymérne systémy obsahujúce nanočastice a iné plnivá, získa sa veľmi jednotná formulácia. Ultrazvuková disperzia je energeticky účinná metóda vykazujúca nižšiu spotrebu energie v porovnaní s konvenčnými metódami strihového miešania, ako sú lopatkové miešačky s vysokým strihom, miešačky obežných kolies alebo mlyny.

Kaboori et al. (2013) preukázali, že ultrazvuk je účinná metóda na rozptýlenie vrstvených štruktúr montmorillonitu (MMT) a vývoj PVA lepidiel vystužených MMT. Ultrazvuk sa ukázal ako spoľahlivý a účinný pri dispergovaní nanoílu v PVA pri nízkom (1% a 2%) a vysokom (4%) zaťažení.
Výskumný tím zistil, že "ultrazvuková technika je veľmi účinná pri rozptyľovaní nanoílu, najmä pri vysokom zaťažení, na rozdiel od mixéra s vysokou šmykovou rýchlosťou. Vysokorýchlostné miešanie by mohlo rozptýliť nanoíl v PVA iba pri nízkom zaťažení a zvýšenej pevnosti spoja PVA v rôznych podmienkach. Vysokorýchlostné miešanie má niektoré nevýhody: možné poškodenie emulzie PVA (kvôli silnej šmykovej sile použitej pri miešaní), vysoké náklady a vysoká spotreba energie. Naproti tomu ultrazvuková technika má minimálny negatívny vplyv na emulziu PVA. Okrem toho je ultrazvuková technika ekonomická, pretože ultrazvukové miešanie môže prebiehať pred výrobou PVA a roztok obsahujúci nanoíl sa môže pridať do PVA počas výrobného procesu. Vzhľadom na výsledky získané z tohto článku a našej predchádzajúcej práce a na zváženie výhod ultrazvukovej techniky oproti vysokorýchlostnému miešaniu sa pridávanie nanoílu do PVA v priemyselnom meradle zdá byť uskutočniteľné a možno ho odporučiť výrobcom lepidiel na drevo." (Kaboori a kol., 2013)

Účinky ultrazvukového odplyňovania pri výrobe lepidiel

Ďalšou výhodou sonikácie, ktorá výrazne zlepšuje výsledky formulácie, je odplyňovací účinok ultrazvukového ošetrenia. Vysokorýchlostné mechanické miešanie (napr. nožové miešadlá s vysokým strihom) vytvára v zmesi veľké množstvo plynových bublín, ktoré si v niektorých prípadoch bolo možné dokonca všimnúť vďaka rozjasnenej farbe zmesi. Ultrazvukové miešanie s vysokým šmykom má obrovskú výhodu, že technika sonikácie nezahŕňa plyny do adhéznej formulácie, namiesto toho ultrazvukové vlny nútia už prítomné plynové bubliny, aby sa spojili a vznášali sa na povrch kvapaliny, odkiaľ je možné plyn ľahko odstrániť. Ultrazvuk tým podporuje odplyňovanie a odvzdušňovanie kvapalín a adhezívnych formulácií. (porovnaj Shadlou a kol., 2014)

Vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory pre priemyselné adhezívne formulácie

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory pre náročné aplikácie, ako je výroba vysokovýkonných lepidiel, vysoko plnených živíc a nanokompozitov. Ultrazvukové prístroje Hielscher sa používajú po celom svete na rozptýlenie nanomateriálov do polymérov, živíc, povlakov a iných vysokovýkonných materiálov.
Ultrazvukové dispergátory Hielscher môžu byť napájané rôznymi napájacími prúdmi, ktoré pridávajú rôzne materiály za kontrolovaných podmienok prietoku do kavitačnej zmiešavacej zóny. Ultrazvukové dispergátory sú spoľahlivé a efektívne pri spracovaní nízkej až vysokej viskozity. V závislosti od surovín a cieľa zmenšenia veľkosti je možné ultrazvukovú intenzitu presne nastaviť.
Na spracovanie viskóznych polymérnych pást, nanomateriálov a vysokých koncentrácií pevných látok musí byť ultrazvukový dispergátor schopný produkovať nepretržite vysoké amplitúdy. Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu pri nepretržitej prevádzke pri plnom zaťažení dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko spustiť v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Možnosť prevádzky ultrazvukového dispergátora pri vysokých amplitúdach a presného nastavenia amplitúdy je potrebná na prispôsobenie podmienok ultrazvukového procesu formulácii vysokovýkonných lepidiel, nano-vystužených polymérnych zmesí a nanokompozitov.
Okrem ultrazvukovej amplitúdy je ďalším veľmi dôležitým procesným parametrom tlak. Pri zvýšených tlakoch sa intenzita ultrazvukovej kavitácie a jej šmykové sily zintenzívňujú. Ultrazvukové reaktory Hielscher môžu byť pod tlakom, čím sa dosiahnu intenzívnejšie výsledky sonikácie.
Monitorovanie procesov a zaznamenávanie údajov sú dôležité pre nepretržitú štandardizáciu procesov a kvalitu produktov. Zásuvné snímače tlaku a teploty sú pripojené k ultrazvukovému generátoru na monitorovanie a riadenie procesu ultrazvukovej disperzie. Všetky dôležité parametre spracovania, ako je ultrazvuková energia (čistá + celková), teplota, tlak a čas, sa automaticky protokolujú a ukladajú na vstavanú SD kartu. Prístupom k automaticky zaznamenaným procesným údajom môžete revidovať predchádzajúce ultrazvukové behy a vyhodnotiť výsledky procesu.
Ďalšou užívateľsky prívetivou funkciou je diaľkové ovládanie prehliadača našich digitálnych ultrazvukových systémov. Pomocou diaľkového ovládania prehliadača môžete spustiť, zastaviť, nastaviť a monitorovať ultrazvukový procesor na diaľku odkiaľkoľvek.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o našich vysokovýkonných ultrazvukových dispergátoroch a ich aplikáciách pri výrobe vysokovýkonných lepidiel a náterov!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

---