Högpresterande limformuleringar – Förbättrad genom ultraljudsdispersion
Högpresterande lim består av epoxi-, silikon-, polyuretan-, polysulfid- eller akrylsystem som innehåller olika (nano-)fyllmedel och tillsatser, vilket ger limmet speciell prestanda såsom bindningsstyrka, låg vikt, hållbarhet, värmebeständighet och hållbarhet. Effektiv och pålitlig blandning krävs för att formulera högpresterande lim. Ultraljudsdispersion och emulgering används för att kombinera olika komponenter enhetligt till homogena limblandningar. Inline ultraljudsbehandling blandar även högviskösa material och höga nano-fyllmedelbelastningar tillförlitligt och effektivt och producerar överlägsna lim.
Ultraljudshöga skjuvkrafter för dispersion av högpresterande lim
Högpresterande lim erbjuder extraordinär bindningsstyrka, hållbarhet och låg vikt. Beroende på den slutliga appliceringen formuleras polymerer, sampolymerer och flera tillsatser enligt utarbetade recept.

Ultraljudsvåtmalning och dispergering är en mycket effektiv metod för att minska partikelstorleken, t.ex. av TiO2 och andra nanopartiklar

MultiSonoReactor (på engelska) med 4x 4kW för ultraljudsapplikationer som produktion av nanoförstärkta lim.

Ultraljudsblandare med hög skjuvning för krävande dispersions- och emulsionsapplikationer
Högpresterande ultraljudsprocessorer fungerar som en mixer med hög skjuvning. De extrema höga skjuvkrafterna genereras av ultraljud / akustisk kavitation och är idealiska för satsvis och inline emulgering, dispersion, malning, deagglomerering och homogeniseringsapplikationer. Låga till höga fasta koncentrationer och viskositeter kan enkelt bearbetas med hjälp av ultraljud inline dispergeringsmedel.
Ultraljudsblandning av nanomaterial i lim
Nanomaterial som kolnanorör (CNT), metalliska nanopartiklar, nanokiseldioxid, nanolera, nanofibrer och många andra partiklar i nanostorlek används för att producera nanoförstärkta polymerer (nanokompositer). Nanopartiklar är välkända för sin förmåga att ändra mekaniska egenskaper (t.ex. styvhet, elasticitet), elektriska egenskaper (t.ex. konduktivitet), funktionella egenskaper (t.ex. permeabilitet, glasövergångstemperatur, modul) och brottprestanda hos härdplastlim. Inte bara ge nanomaterial särskilda högpresterande egenskaper såsom bindningsstyrka, hållbarhet, gynnsamhet, elasticitet eller värmebeständighet; Tillsatsen av nanostrukturerade partiklar kan också förbättra barriäregenskaperna hos polymerer.
De höga skjuvkrafterna hos ultraljudsgenererad akustisk kavitation är välkända för sin förmåga att deagglomerera och dispergera nanopartiklar och till och med att bryta primära partiklar (dvs. ultraljudsfräsning). När dessa ultraljudskrafter appliceras på polymera system som innehåller nanopartiklar och andra fyllmedel erhålls en mycket enhetlig formulering. Ultraljudsdispersion är en energieffektiv metod som visar mindre energiförbrukning jämfört med konventionella skjuvblandningsmetoder som blandare med hög skjuvblad, pumphjulsblandare eller kvarnar.
- Pålitlig och effektiv dispersion
- Överlägsen total blandningsprestanda
- Snabb blandning
- Hög genomströmning
- nano-förstärkning
- Avgasning
- Ökad bindningsstyrka
- Lätt att bearbeta höga viskositeter
- Batch och in-line
- Riskfri formuleringstestning
- Linjär uppskalning
- energisnål
Kaboori et al. (2013) visade att ultraljud är en effektiv metod för att sprida skiktade strukturer av montmorillonit (MMT) och utveckla MMT-förstärkta PVA-lim. Ultraljud visade sig vara tillförlitlig och effektiv vid dispergering av nanolera i PVA vid låga (1% och 2%) och höga (4%) belastningar.
Forskargruppen fann att "ultraljudstekniken är mycket effektiv när det gäller att sprida nanolera, särskilt vid höga belastningar, i motsats till mixern med hög skjuvhastighet. Höghastighetsblandning kan dispergera nanolera i PVA endast vid låga belastningar och ökad bindningsstyrka hos PVA under olika förhållanden. Höghastighetsblandning har vissa nackdelar: möjlig skada på PVA-emulsion (på grund av stark skjuvkraft som används under blandningen), höga kostnader och hög energiförbrukning. Däremot har ultraljudsteknik minimal negativ inverkan på PVA-emulsion. Dessutom är ultraljudsteknik ekonomisk eftersom ultraljudsblandning kan ske före produktion av PVA och lösningen som innehåller nanolera kan tillsättas PVA under produktionsprocessen. Genom att beakta de resultat som erhållits från detta dokument och vårt tidigare arbete och genom att överväga fördelarna med ultraljudsteknik jämfört med höghastighetsblandning, verkar det möjligt att lägga till nanolera till PVA i industriell skala och kan rekommenderas till tillverkare av trälim. (Kaboori et al., 2013)

Jämförelse av olika nanofyllmedel dispergerade i härdare (ultraljudsbehandling - USA): (a) 0,5 viktprocent kolnanofiber (CNF); b) 0,5 viktprocent CNT oxiderad
Studie och bild: Zanghellini et al., 2021
Ultraljud avgasning effekter i lim produktion
En ytterligare fördel med ultraljudsbehandling, som förbättrar formuleringsresultaten avsevärt, är avgasningseffekten av ultraljudsbehandlingen. Mekanisk omrörning med hög hastighet (t.ex. blandare med hög skjuvblad) producerar ett stort antal gasbubblor i blandningen, som i vissa fall till och med kan märkas på grund av blandningens ljusare färg. Ultraljud högskjuvning blandning har den stora fördelen att ultraljudsbehandling tekniken inte införlivar gaser i limformuleringen, istället ultraljudsvågorna tvingar redan närvarande gasbubblor att sammansmälta och flyta till vätskeytan, varifrån gasen lätt kan avlägsnas. Därigenom främjar ultraljud avgasning och avluftning av vätskor och limformuleringar. (jfr Shadlou et al., 2014)
Högpresterande ultraljudsdispergeringsmedel för industriella limformuleringar
Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsdispergeringsmedel för tunga applikationer som tillverkning av högpresterande lim, högfyllda hartser och nanokompositer. Hielscher ultraljudsapparater används över hela världen för att sprida nanomaterial i polymerer, hartser, beläggningar och andra högpresterande material.
Hielscher ultraljudsdispergeringsmedel kan matas via olika matningsströmmar och tillsätta olika material under kontrollerade flödesförhållanden i den kavitationella blandningszonen. Ultraljudsdispergeringsmedel är pålitliga och effektiva vid bearbetning av låga till höga viskositeter. Beroende på råmaterial och storleksminskningsmål kan ultraljudsintensiteten justeras exakt.
För att kunna bearbeta viskösa polymerpastor, nanomaterial och höga koncentrationer av fasta ämnen måste ultraljudsdispergeraren kunna producera kontinuerligt höga amplituder. Hielscher Ultraljud’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder i kontinuerlig drift under full belastning. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras i 24/7-drift. Möjligheten att använda en ultraljudsdispergis vid höga amplituder och att justera amplituden exakt är nödvändig för att anpassa ultraljudsprocessförhållandena till formuleringen av högpresterande lim, nanoförstärkta polymerblandningar och nanokompositer.
Förutom ultraljudsamplituden är tryck en annan mycket viktig processparameter. Under förhöjda tryck intensifieras intensiteten av ultraljudskavitation och dess skjuvkrafter. Hielschers ultraljudsreaktorer kan trycksättas och därigenom få intensifierade ultraljudsbehandlingsresultat.
Processövervakning och dataregistrering är viktiga för kontinuerlig processstandardisering och produktkvalitet. Pluggbara tryck- och temperatursensorer kopplas till ultraljudsgeneratorn för övervakning och styrning av ultraljudsdispersionsprocessen. Alla viktiga bearbetningsparametrar som ultraljudsenergi (netto + totalt), temperatur, tryck och tid protokollas automatiskt och lagras på ett inbyggt SD-kort. Genom att komma åt automatiskt inspelade processdata kan du revidera tidigare ultraljudsbehandling körningar och utvärdera processresultaten.
En annan användarvänlig funktion är webbläsarens fjärrkontroll till våra digitala ultraljudssystem. Via fjärrkontrollen kan du starta, stoppa, justera och övervaka din ultraljudsprocessor på distans var som helst.
Kontakta oss nu för att lära dig mer om våra högpresterande ultraljudsdispergänger och deras tillämpningar vid produktion av högpresterande lim och beläggningar!
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur / Referenser
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Shadlou, Shahin; Ahmadi Moghadam, Babak; Taheri, Farid (2014): Nano-Enhanced Adhesives. Reviews of Adhesion and Adhesives 2, 2014. 371-412.
- Zanghellini, B.; Knaack, P.; Schörpf, S.; Semlitsch, K.-H.; Lichtenegger, H.C.; Praher, B.; Omastova, M.; Rennhofer, H. (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 2021, 13, 308.
- Hielscher, Thomas (2007): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions. European Nano Systems 2005, Paris, France, 14-16 December 2005.
Fakta som är värda att veta
Högpresterande lim och lim
Högpresterande lim, lim och superlim används i många olika industrier. En viktig fördel med högpresterande lim är deras extraordinära bindningsstyrka och låga vikt. Högpresterande lim används i stor utsträckning inom bygg-, fordons- och flygsektorn, tillverkning av medicinsk utrustning, råvaruprodukter och skor bland många andra varor.
Polymerer är basmaterialet som används i lim. Vanligt använda polymerer inkluderar polyestrar, sampolyester, kopolyamidelastomerer, polyoler och polyuretan (PU).
För varje bransch och applikation finns speciella lim med anpassade egenskaper. Till exempel används ofta vattenbaserade lamineringslimsystem för livsmedelsförpackningar, medan termoplastiska polyuretanbaserade högpresterande lim används i stor utsträckning i skor. Baserat på formuleringstekniken kan de högpresterande limmen delas in i de fyra huvudsegmenten lösningsmedelsbaserade, vattenbaserade, smältlim och UV-härdbara. Ultraljudsdispersion och emulgering används vid tillverkningen av alla dessa för högpresterande limtyper.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.