Yüksek Performanslı Yapıştırıcı Formülasyonları – Ultrasonik Dispersiyon ile İyileştirme

Yüksek performanslı yapıştırıcılar, yapıştırıcıya bağ dayanımı, hafiflik, dayanıklılık, ısı direnci ve sürdürülebilirlik gibi özel performans özellikleri kazandıran çeşitli (nano-)dolgu maddeleri ve katkılar içeren epoksi, silikon, poliüretan, polisülfür veya akrilik sistemlerden oluşur. Yüksek performanslı yapıştırıcıları formüle etmek için verimli ve güvenilir karıştırma gerekir. Ultrasonik dispersiyon ve emülsifikasyon, çeşitli bileşenleri homojen yapıştırıcı karışımları oluşturacak şekilde eşit dağılımla birleştirmek için kullanılır. Hat içi sonikasyon, yüksek viskoziteli malzemeleri ve yüksek nano-dolgu yüklemelerini bile güvenilir ve etkili biçimde karıştırarak üstün yapıştırıcılar üretir.

Yüksek Performanslı Yapıştırıcıların Dispersiyonu için Ultrasonik Yüksek Kesme Kuvvetleri

Yüksek performanslı yapıştırıcılar olağanüstü bağ dayanımı, dayanıklılık ve hafiflik sunar. Nihai uygulamaya bağlı olarak polimerler, kopolimerler ve çeşitli katkılar, ayrıntılı olarak geliştirilmiş reçetelere göre formüle edilir.

Yapıştırıcılar ve tutkallar için epoksi, silikon, poliüretan ve akrilik sistemler; yapıştırıcı bazını yapışkanlık artırıcılar, mineral dolgu maddeleri (talk, silika, alümina vb.), esneklik artırıcılar, viskozite düşürücüler, renklendiriciler, kıvam artırıcılar, hızlandırıcılar, aderans artırıcılar vb. ekleyerek değiştiren formülasyon geliştiricileri tarafından üretilir. Bu değişiklikler, performansı ve/veya işleme kolaylığını artırmak ya da maliyetleri düşürmek gibi çeşitli amaçlara hizmet eder. Ultrasonik yüksek kesmeli disperserler, farklı epoksi sistemlerini hat içinde formüle etmek için idealdir ve belirli uygulamaların gereksinimlerine uyarlanmış yapıştırıcıların esnek biçimde üretilmesine olanak tanır.

Zorlu Dispersiyon ve Emülsiyon Uygulamaları için Ultrasonik Yüksek Kesmeli Karıştırıcılar

Yüksek performanslı ultrasonik işlemciler, yüksek kesmeli karıştırıcılar gibi çalışır. Son derece yüksek kesme kuvvetleri ultrasonik / akustik kavitasyonla oluşturulur ve kesikli ve hat içi emülsifikasyon, dispersiyon, öğütme, deaglomerasyon ve homojenizasyon uygulamaları için idealdir. Düşükten yükseğe uzanan katı madde konsantrasyonları ve viskoziteler, ultrasonik hat içi disperserler kullanılarak kolayca işlenebilir.

Yapıştırıcılardaki Nanomalzemelerin Ultrasonik Yüksek Kesmeli Karıştırılması

Karbon nanotüpler (CNTs), metalik nanopartiküller, nano-silika, nano-killer, nanolifler ve diğer birçok nano boyutlu partikül gibi nanomalzemeler, nano-takviyeli polimerler (nanokompozitler) üretmek için kullanılır. Nanopartiküller, termoset polimer yapıştırıcıların mekanik özelliklerini (ör. rijitlik, elastikiyet), elektriksel özelliklerini (ör. iletkenlik), işlevsel özelliklerini (ör. geçirgenlik, camsı geçiş sıcaklığı, modül) ve kırılma performansını değiştirme yetenekleriyle iyi bilinir. Nanomalzemeler yalnızca bağ dayanımı, dayanıklılık, conduciveness, elastikiyet veya ısı direnci gibi özel yüksek performans özellikleri kazandırmakla kalmaz; nano-yapılı partiküllerin eklenmesi, polimerlerin bariyer özelliklerini de iyileştirebilir.
Ultrasonik olarak oluşturulan akustik kavitasyonun yüksek kesme kuvvetleri, nano-partikülleri deaglomere etme ve disperse etme, hatta birincil partikülleri parçalama (yani ultrasonik öğütme) yetenekleriyle iyi bilinir. Bu ultrasonik kuvvetler, nanopartiküller ve diğer dolgu maddeleri içeren polimerik sistemlere uygulandığında çok homojen bir formülasyon elde edilir. Ultrasonik dispersiyon, yüksek kesmeli bıçaklı karıştırıcılar, çarklı karıştırıcılar veya değirmenler gibi geleneksel kesmeli karıştırma yöntemlerine kıyasla daha az enerji tüketen, enerji açısından verimli bir yöntemdir.

Video, bir ultrasonik homojenizatör (UP400St, Hielscher Ultrasonics) kullanılarak grafitin 250mL epoksi reçine (Toolcraft L) içinde ultrasonik olarak karıştırılmasını ve disperse edilmesini göstermektedir. Hielscher Ultrasonics, laboratuvarda veya yüksek hacimli üretim süreçlerinde grafit, grafen, karbon nanotüpler, nanoteller ya da dolgu maddelerini disperse etmek için ekipman üretmektedir. Tipik uygulamalar, işlevselleştirme sürecinde nanomalzemelerin ve mikromalzemelerin disperse edilmesini veya bunların reçine ya da polimerler içine disperse edilmesini içerir.

Kaboori et al. (2013), ultrasonikasyonun montmorillonitin (MMT) tabakalı yapılarını disperse etmek ve MMT-takviyeli PVA yapıştırıcılar geliştirmek için etkili bir yöntem olduğunu göstermiştir. Ultrasonikasyonun, PVA içinde nano-kili düşük (%1 ve %2) ve yüksek (%4) yüklemelerde disperse etmede güvenilir ve verimli olduğu gösterilmiştir.
Araştırma ekibi şu bulgulara ulaşmıştır: “Ultrasonik teknik, yüksek kesmeli hızlı karıştırıcının aksine, özellikle yüksek yüklemelerde nano-kili disperse etmede çok verimlidir. Yüksek hızlı karıştırma, PVA içinde nano-kili yalnızca düşük yüklemelerde disperse edebilmiş ve farklı koşullarda PVA’nın bağ dayanımını artırmıştır. Yüksek hızlı karıştırmanın bazı dezavantajları vardır: PVA emülsiyonuna olası zarar (karıştırma sırasında kullanılan güçlü kesme kuvveti nedeniyle), yüksek maliyet ve yüksek enerji tüketimi. Buna karşılık, ultrasonikasyon tekniğinin PVA emülsiyonu üzerindeki olumsuz etkisi asgaridir. Ayrıca ultrasonikasyon tekniği ekonomiktir; çünkü ultrasonik karıştırma PVA üretiminden önce gerçekleştirilebilir ve nano-kil içeren çözelti, üretim süreci sırasında PVA’ya eklenebilir. Bu makaleden ve önceki çalışmamızdan elde edilen sonuçlar ile ultrasonikasyon tekniğinin yüksek hızlı karıştırmaya göre avantajları dikkate alındığında, endüstriyel ölçekte PVA’ya nano-kil eklemek uygulanabilir görünmektedir ve ahşap yapıştırıcısı üreticilerine önerilebilir.” (Kaboori et al., 2013)

Yapıştırıcı Üretiminde Ultrasonik Gaz Giderme Etkileri

Sonikasyonun formülasyon sonuçlarını önemli ölçüde iyileştiren ek bir avantajı, ultrasonik işlemin gaz giderme etkisidir. Yüksek hızlı mekanik karıştırma (ör. yüksek kesmeli bıçaklı karıştırıcılar), karışımda çok sayıda gaz kabarcığı oluşturur; bu durum bazı durumlarda karışımın renginin açılmasıyla bile fark edilebilir. Ultrasonik yüksek kesmeli karıştırmanın büyük avantajı, sonikasyon tekniğinin yapıştırıcı formülasyonuna gaz katmamasıdır; bunun yerine ultrason dalgaları, hâlihazırda mevcut gaz kabarcıklarını birleşmeye ve sıvı yüzeyine yükselmeye zorlar; gaz buradan kolayca uzaklaştırılabilir. Böylece ultrasonikasyon, sıvılardan ve yapıştırıcı formülasyonlarından gaz ve hava giderilmesini destekler. (krş. Shadlou et al., 2014)

Endüstriyel Yapıştırıcı Formülasyonları için Yüksek Performanslı Ultrasonik Disperserler

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı yapıştırıcıların, yüksek dolgu içerikli reçinelerin ve nanokompozitlerin üretimi gibi ağır hizmet uygulamaları için yüksek performanslı ultrasonik disperserler tasarlar, üretir ve dağıtır. Hielscher sonikatörleri, nanomalzemeleri polimerlere, reçinelere, kaplamalara ve diğer yüksek performanslı malzemelere disperse etmek için dünya çapında kullanılır.
Hielscher ultrasonik disperserleri, kontrollü akış koşullarında çeşitli malzemeleri kavitasyonlu karıştırma bölgesine ekleyen farklı besleme akışları üzerinden beslenebilir. Ultrasonik disperserler, düşükten yükseğe uzanan viskoziteleri işlemede güvenilir ve verimlidir. Hammaddelere ve boyut küçültme hedefine bağlı olarak ultrasonik şiddet hassas biçimde ayarlanabilir.
Viskoz polimer pastalarını, nanomalzemeleri ve yüksek katı madde konsantrasyonlarını işlemek için ultrasonik disperserin sürekli olarak yüksek genlikler üretebilmesi gerekir. Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemcileri, tam yük altında sürekli çalışmada çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma kolayca gerçekleştirilebilir. Bir ultrasonik disperseri yüksek genliklerde çalıştırabilme ve genliği hassas biçimde ayarlayabilme seçeneği, ultrasonik proses koşullarını yüksek performanslı yapıştırıcıların, nano-takviyeli polimer karışımlarının ve nanokompozitlerin formülasyonuna uyarlamak için gereklidir.
Ultrasonik genliğin yanı sıra basınç da çok önemli bir proses parametresidir. Yüksek basınçlarda ultrasonik kavitasyonun şiddeti ve kesme kuvvetleri artar. Hielscher ultrasonik reaktörleri basınçlandırılabilir ve böylece daha yoğun sonikasyon sonuçları elde edilir.
Proses izleme ve veri kaydı, sürekli proses standardizasyonu ve ürün kalitesi için önemlidir. Takılabilir basınç ve sıcaklık sensörleri, ultrasonik dispersiyon prosesini izlemek ve kontrol etmek için ultrasonik jeneratöre kabloyla bağlanır. Ultrasonik enerji (net + toplam), sıcaklık, basınç ve süre gibi tüm önemli işleme parametreleri otomatik olarak kaydedilir ve yerleşik bir SD kartta saklanır. Otomatik olarak kaydedilen proses verilerine erişerek önceki sonikasyon işlemlerini gözden geçirebilir ve proses sonuçlarını değerlendirebilirsiniz.
Bir diğer kullanıcı dostu özellik, dijital ultrasonik sistemlerimizin tarayıcı üzerinden uzaktan kontrolüdür. Tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ile ultrasonik işlemcinizi herhangi bir yerden uzaktan başlatabilir, durdurabilir, ayarlayabilir ve izleyebilirsiniz.
Yüksek performanslı ultrasonik disperserlerimiz ve bunların yüksek performanslı yapıştırıcı ve kaplama üretimindeki uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için şimdi bizimle iletişime geçin!
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:

---

Bu videoda, gazla süpürülebilen bir kabin içinde hat üzerinde çalışmak üzere tasarlanmış 2 kilowattlık bir ultrasonik sistem gösteriyoruz. Hielscher, kimya, ilaç, kozmetik ve petrokimya endüstrileri ile çözücü bazlı ekstraksiyon süreçleri dahil olmak üzere hemen hemen tüm endüstrilere ultrasonik ekipman tedarik etmektedir. Gazla süpürülebilen bu paslanmaz çelik kabin, tehlikeli alanlarda çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu amaçla müşteri, yanıcı gazların veya buharların kabine girmesini önlemek için sızdırmaz kabini azot veya temiz hava ile süpürebilir.