Формулације лепкова високих перформанси – побољшане ултразвучним дисперговањем

Лепкови високих перформанси састоје се од епоксидних, силиконских, полиуретанских, полисулфидних или акрилних система који садрже различита (нано)пунила и адитиве, који лепку дају посебна својства као што су чврстоћа лепљеног споја, мала маса, трајност, отпорност на топлоту и одрживост. За формулисање лепкова високих перформанси потребно је ефикасно и поуздано мешање. Ултразвучно дисперговање и емулговање користе се за равномерно комбиновање различитих компоненти у хомогене смеше лепкова. Соникација у протоку поуздано и ефикасно меша чак и материјале високе вискозности и смеше са високим садржајем нанопунила, производећи лепкове врхунског квалитета.

Ултразвучне силе високог смицања за дисперговање лепкова високих перформанси

Лепкови високих перформанси пружају изузетну чврстоћу лепљеног споја, трајност и малу масу. У зависности од крајње примене, полимери, кополимери и бројни адитиви комбинују се у формулације према детаљно разрађеним рецептурама.

Епоксидне, силиконске, полиуретанске и акрилне системе за адхезиве и лепкове производе стручњаци за формулације, који модификују основу лепка додавањем средстава за повећање лепљивости, минералних пунила (талк, силицијум-диоксид, алуминијум-оксид итд.), средстава за повећање флексибилности, средстава за смањење вискозности, бојила, згушњивача, убрзивача, средстава за побољшање адхезије итд. Ове модификације имају више намена, као што су побољшање перформанси и/или лакша обрада или смањење трошкова. Ултразвучни диспергатори са високим смицањем идеални су за формулисање различитих епоксидних система у протоку и омогућавају флексибилну производњу лепкова прилагођених захтевима конкретних примена.

Ултразвучне мешалице са високим смицањем за захтевне примене дисперговања и емулговања

Ултразвучни процесори високих перформанси раде попут мешалица са високим смицањем. Изузетно велике силе смицања настају услед ултразвучне / акустичне кавитације и идеалне су за шаржно емулговање, дисперговање, млевење, деагломерацију и хомогенизацију, као и за те поступке у протоку. Ултразвучни проточни диспергатори омогућавају лаку обраду материјала са ниским до високим концентрацијама чврсте материје и ниском до високом вискозношћу.

Ултразвучно мешање наноматеријала у лепковима уз високо смицање

Наноматеријали као што су угљеничне наноцеви (CNTs), металне наночестице, наносилицијум-диоксид, наноглине, нановлакна и многе друге честице нанометарских димензија користе се за производњу полимера ојачаних нанопунилом (нанокомпозита). Наночестице су добро познате по својој способности да мењају механичка својства (нпр. крутост, еластичност), електрична својства (нпр. проводљивост), функционална својства (нпр. пропустљивост, температуру стакластог прелаза, модул) и понашање термореактивних полимерних лепкова при лому. Наноматеријали не само да дају посебна својства високих перформанси, као што су чврстоћа лепљеног споја, трајност, проводљивост, еластичност или отпорност на топлоту; додавање наноструктурираних честица може побољшати и баријерна својства полимера.
Силе високог смицања које ствара ултразвучно генерисана акустична кавитација добро су познате по својој способности да деагломеришу и диспергују наночестице, па чак и да уситњавају примарне честице (тј. ултразвучно млевење). Када се ове ултразвучне силе примене на полимерне системе који садрже наночестице и друга пунила, добија се веома уједначена формулација. Ултразвучно дисперговање је енергетски ефикасна метода која троши мање енергије у поређењу са конвенционалним методама мешања смицањем, као што су мешалице са лопатицама са високим смицањем, импелерске мешалице или млинови.

Видео-снимак приказује ултразвучно мешање и дисперговање графита у 250mL епоксидне смоле (Toolcraft L), помоћу ултразвучног хомогенизатора (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics производи опрему за дисперговање графита, графена, угљеничних наноцеви, наножица или пунила у лабораторији или у производним процесима великог обима. Типичне примене су дисперговање наноматеријала и микроматеријала током функционализације или њихово дисперговање у смолама или полимерима.

Kaboori et al. (2013) показали су да је ултразвучна обрада делотворна метода за дисперговање слојевитих структура монтморилонита (MMT) и развој PVA лепкова ојачаних MMT-ом. Ултразвучна обрада показала се поузданом и ефикасном за дисперговање наноглине у PVA при ниским (1% и 2%) и високим (4%) уделима.
Истраживачки тим утврдио је да је „ултразвучна техника веома ефикасна у дисперговању наноглине, посебно при високим уделима, за разлику од брзоходне мешалице са високим смицањем. Мешањем при великој брзини наноглина се могла дисперговати у PVA само при ниским уделима, а такво мешање повећало је чврстоћу лепљеног споја PVA у различитим условима. Мешање при великој брзини има неке недостатке: могуће оштећење PVA емулзије (због јаке силе смицања која се примењује током мешања), високе трошкове и велику потрошњу енергије. Насупрот томе, техника ултразвучне обраде има минималан негативан утицај на PVA емулзију. Поред тога, техника ултразвучне обраде је економична јер би се ултразвучно мешање могло обавити пре производње PVA, а раствор који садржи наноглину може се додати у PVA током производног процеса. Узимајући у обзир резултате добијене у овом раду и нашем претходном раду, као и предности технике ултразвучне обраде у односу на мешање при великој брзини, додавање наноглине у PVA у индустријским размерама делује изводљиво и може се препоручити произвођачима лепкова за дрво.“ (Kaboori et al., 2013)

Ефекти ултразвучног дегазирања у производњи лепкова

Додатна предност соникације, која значајно побољшава резултате формулације, јесте ефекат дегазирања ултразвучне обраде. Механичко мешање при великој брзини (нпр. лопатичним мешалицама са високим смицањем) ствара велики број мехурића гаса у смеши, који се у неким случајевима могу чак уочити по светлијој боји смеше. Ултразвучно мешање са високим смицањем има огромну предност јер техника соникације не уноси гасове у формулацију лепка, већ ултразвучни таласи приморавају већ присутне мехуриће гаса да се сједине и испливају на површину течности, одакле се гас може лако уклонити. Тиме ултразвучна обрада подстиче дегазирање и уклањање ваздуха из течности и формулација лепкова. (уп. Shadlou et al., 2014)

Ултразвучни диспергатори високих перформанси за индустријске формулације лепкова

Hielscher Ultrasonics пројектује, производи и дистрибуира ултразвучне диспергаторе високих перформанси за захтевне примене, као што је производња лепкова високих перформанси, смола са високим садржајем пунила и нанокомпозита. Hielscher ултразвучни уређаји користе се широм света за дисперговање наноматеријала у полимере, смоле, премазе и друге материјале високих перформанси.
Hielscher ултразвучни диспергатори могу се напајати преко различитих доводних токова којима се различити материјали, у контролисаним условима протока, уводе у кавитациону зону мешања. Ултразвучни диспергатори су поуздани и ефикасни у обради материјала ниске до високе вискозности. У зависности од сировина и циљаног смањења величине честица, интензитет ултразвука може се прецизно подесити.
За обраду вискозних полимерних паста, наноматеријала и високих концентрација чврсте материје, ултразвучни диспергатор мора бити способан да непрекидно ствара високе амплитуде. Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде при непрекидном раду под пуним оптерећењем. Рад са амплитудама до 200µm може се лако одржавати у режиму 24/7. Могућност рада ултразвучног диспергатора при високим амплитудама и прецизног подешавања амплитуде неопходна је за прилагођавање услова ултразвучног процеса формулисању лепкова високих перформанси, полимерних смеша ојачаних наноматеријалима и нанокомпозита.
Поред амплитуде ултразвука, притисак је још један веома важан процесни параметар. При повишеним притисцима повећавају се интензитет ултразвучне кавитације и силе смицања које она ствара. Hielscher ултразвучни реактори могу се ставити под притисак, чиме се постижу интензивнији ефекти соникације.
Праћење процеса и бележење података важни су за континуирану стандардизацију процеса и квалитет производа. Прикључиви сензори притиска и температуре повезују се кабловима са ултразвучним генератором ради праћења и контроле процеса ултразвучног дисперговања. Сви важни параметри обраде, као што су ултразвучна енергија (нето + укупна), температура, притисак и време, аутоматски се бележе и чувају на уграђеној SD картици. Приступом аутоматски забележеним процесним подацима можете прегледати претходне циклусе соникације и проценити резултате процеса.
Још једна функција која олакшава употребу јесте даљинско управљање нашим дигиталним ултразвучним системима преко веб-прегледача. Путем даљинског управљања преко веб-прегледача можете са било ког места да покренете, зауставите, подешавате и надгледате свој ултразвучни процесор.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о нашим ултразвучним диспергаторима високих перформанси и њиховој примени у производњи лепкова и премаза високих перформанси!
Табела у наставку даје оквирни приказ капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:

---

У овом видеу приказујемо ултразвучни систем од 2 киловата за рад у протоку, смештен у орман са могућношћу продувавања. Hielscher испоручује ултразвучну опрему за готово све индустријске гране, као што су хемијска, фармацеутска и козметичка индустрија, петрохемијски процеси, као и процеси екстракције растварачима. Овај орман од нерђајућег челика са могућношћу продувавања пројектован је за рад у зонама опасности од експлозије. У ту сврху корисник може продувавати заптивени орман азотом или свежим ваздухом како би спречио улазак запаљивих гасова или пара у орман.