Високопродуктивні рецептури адгезивів – покращені за допомогою ультразвукової дисперсії

Високопродуктивні адгезиви складаються з епоксидних, силіконових, поліуретанових, полісульфідних або акрилових систем, що містять різноманітні (нано-)наповнювачі та добавки, які надають адгезиву спеціальні характеристики, такі як міцність зчеплення, легкість, довговічність, термостійкість та екологічна сталість. Для формулювання високопродуктивних адгезивів необхідне ефективне та надійне змішування. Ультразвукова дисперсія та емульгація використовуються для однорідного поєднання різних компонентів у гомогенні адгезивні суміші. Інлайн-сонікація надійно та ефективно змішує навіть високов’язкі матеріали та суміші з високим вмістом нано-наповнювачів, виробляючи адгезиви вищої якості.

Ультразвукові високозсувні сили для дисперсії високопродуктивних адгезивів

Високопродуктивні адгезиви пропонують надзвичайну міцність зчеплення, довговічність та легкість. Залежно від кінцевого застосування, полімери, сополімери та різноманітні добавки формуються за складними рецептурами.

Епоксидні, силіконові, поліуретанові та акрилові системи для адгезивів і клеїв виробляються формуляторами, які модифікують основу адгезива, додаючи підвищувачі липкості, мінеральні наповнювачі (тальк, кремнезем, глинозем тощо), пластифікатори, знижувачі в’язкості, барвники, загусники, прискорювачі, адгезійні промотори тощо. Ці модифікації служать кільком цілям, таким як покращення характеристик та/або зручності обробки або зниження витрат. Ультразвукові високозсувні диспергатори ідеально підходять для інлайн-формулювання різних епоксидних систем і дозволяють гнучко виробляти адгезиви, адаптовані до вимог конкретних застосувань.

Ультразвукові високозсувні змішувачі для складних застосувань дисперсії та емульгування

Високопродуктивні ультразвукові процесори працюють як високозсувні змішувачі. Надзвичайно високі зсувні сили генеруються ультразвуковою / акустичною кавітацією та ідеально підходять для застосувань емульгування, дисперсії, подрібнення, дезагломерації та гомогенізації в партійному та інлайн-режимах. Низькі та високі концентрації твердих речовин і в’язкості можна легко обробляти за допомогою ультразвукових інлайн-диспергаторів.

Ультразвукове високозсувне змішування наноматеріалів в адгезивах

Наноматеріали, такі як вуглецеві нанотрубки (CNT), металеві наночастинки, нанокремнезем, наноглини, нановолокна та багато інших частинок нанорозміру, використовуються для виробництва наноармованих полімерів (нанокомпозитів). Наночастинки добре відомі своєю здатністю змінювати механічні властивості (наприклад, жорсткість, пружність), електричні властивості (наприклад, провідність), функціональні властивості (наприклад, проникність, температура склування, модуль) та характеристики руйнування термореактивних полімерних адгезивів. Наноматеріали не лише надають спеціальні високопродуктивні властивості, такі як міцність зчеплення, довговічність, провідність, пружність або термостійкість; додавання наноструктурованих частинок також може покращити бар’єрні властивості полімерів.
Високі зсувні сили ультразвуково генерованої акустичної кавітації добре відомі своєю здатністю дезагломерувати та диспергувати наночастинки і навіть руйнувати первинні частинки (тобто ультразвукове подрібнення). Коли ці ультразвукові сили застосовуються до полімерних систем, що містять наночастинки та інші наповнювачі, отримується дуже однорідна рецептура. Ультразвукова дисперсія є енергоефективним методом, що демонструє менше енергоспоживання порівняно з традиційними методами зсувного змішування, такими як високозсувні лопатеві змішувачі, імпульсні змішувачі або млини.

У відео показано ультразвукове змішування та диспергування графіту в 250mL епоксидної смоли (Toolcraft L) за допомогою ультразвукового гомогенізатора (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics виготовляє обладнання для диспергування графіту, графену, вуглецевих нанотрубок, нанодротів або наповнювачів у лабораторії чи у великосерійному виробництві. Типові застосування – диспергування наноматеріалів і мікроматеріалів під час функціоналізації або їх диспергування в смолах чи полімерах.

Kaboori et al. (2013) продемонстрували, що ультразвукова обробка є ефективним методом для диспергування шаруватих структур монтморилоніту (MMT) та розробки PVA-адгезивів, армованих MMT. Було показано, що ультразвукова обробка є надійною та ефективною для диспергування наноглини в PVA при низькому (1% та 2%) і високому (4%) навантаженні.
Дослідницька група виявила, що «ультразвукова техніка є дуже ефективною для диспергування наноглини, особливо при високому навантаженні, на відміну від високосхилового швидкісного змішувача. Швидкісне змішування могло диспергувати наноглину в PVA лише при низькому навантаженні та підвищувало міцність зчеплення PVA за різних умов. Швидкісне змішування має деякі недоліки: можливе пошкодження емульсії PVA (через сильну зсувну силу, що використовується під час змішування), високу вартість та високе енергоспоживання. Натомість техніка ультразвукової обробки має мінімальний негативний вплив на емульсію PVA. Крім того, техніка ультразвукової обробки є економічно вигідною, оскільки ультразвукове змішування може відбуватися перед виробництвом PVA, а розчин, що містить наноглину, можна додавати до PVA під час виробничого процесу. Враховуючи результати, отримані в цій статті та в нашій попередній роботі, а також переваги техніки ультразвукової обробки над швидкісним змішуванням, додавання наноглини до PVA в промислових масштабах здається здійсненним і може бути рекомендовано виробникам деревних адгезивів» (Kaboori et al., 2013).

Ефекти ультразвукового дегазування у виробництві адгезивів

Додатковою перевагою ультразвукової обробки, яка значно покращує результати формулювання, є ефект дегазації, що досягається за допомогою ультразвукової обробки. Високошвидкісне механічне перемішування (наприклад, високосхилі лопатеві змішувачі) створює велику кількість газових бульбашок у суміші, які в деяких випадках можна навіть помітити через посвітлішання кольору суміші. Ультразвукове високосхиле змішування має величезну перевагу: техніка ультразвукової обробки не втягує гази в адгезивну формуляцію; навпаки, ультразвукові хвилі змушують вже наявні газові бульбашки коалесціювати та спливати на поверхню рідини, звідки газ можна легко видалити. Таким чином, ультразвукова обробка сприяє дегазації та деаерації рідин і адгезивних формуляцій. (пор. Shadlou et al., 2014)

Високоефективні ультразвукові диспергатори для промислових адгезивних формуляцій

Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високоефективні ультразвукові диспергатори для важких умов експлуатації, таких як виробництво високоефективних адгезивів, сильно наповнених смол та нанокомпозитів. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher використовуються у всьому світі для диспергування наноматеріалів у полімери, смоли, покриття та інші високоефективні матеріали.
Ультразвукові диспергатори Hielscher можна живити через різні потоки подачі, додаючи різні матеріали в зону кавітаційного змішування за контрольованих умов потоку. Ультразвукові диспергатори є надійними та ефективними при обробці від низьких до високих в’язкостей. Залежно від сировини та цілей зменшення розміру частинок, інтенсивність ультразвуку можна точно налаштувати.
Щоб обробляти в’язкі полімерні пасти, наноматеріали та високі концентрації твердих речовин, ультразвуковий диспергатор повинен бути здатним виробляти безперервно високі амплітуди. Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди в безперервному режимі роботи під повним навантаженням. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати в режимі роботи 24/7. Можливість експлуатації ультразвукового диспергатора на високих амплітудах і точне налаштування амплітуди необхідні для адаптації умов ультразвукового процесу до формулювання високопродуктивних адгезивів, полімерних сумішей, армованих наночастинками, та нанокомпозитів.
Крім ультразвукової амплітуди, тиск є ще одним дуже важливим параметром процесу. Під підвищеним тиском інтенсивність ультразвукової кавітації та її зсувні сили посилюються. Ультразвукові реактори Hielscher можна герметизувати, отримуючи таким чином інтенсифіковані результати ультразвукової обробки.
Моніторинг процесу та запис даних важливі для безперервної стандартизації процесу та якості продукції. Знімні датчики тиску та температури підключаються до ультразвукового генератора для моніторингу та контролю процесу ультразвукового диспергування. Усі важливі параметри обробки, такі як ультразвукова енергія (нетто + загальна), температура, тиск і час, автоматично протоколюються та зберігаються на вбудованій SD-картці. Отримуючи доступ до автоматично записаних даних процесу, ви можете переглядати попередні цикли ультразвукової обробки та оцінювати результати процесу.
Ще однією зручною функцією є дистанційне керування через браузер наших цифрових ультразвукових систем. За допомогою дистанційного керування через браузер ви можете запускати, зупиняти, налаштовувати та моніторити ваш ультразвуковий процесор віддалено з будь-якого місця.
Зв’яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про наші високопродуктивні ультразвукові диспергатори та їх застосування у виробництві високопродуктивних адгезивів та покриттів!
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових апаратів:

---

У цьому відео ми показуємо ультразвукову систему потужністю 2 кіловати для роботи в потоці, розміщену в шафі з продуванням. Hielscher постачає ультразвукове обладнання практично для всіх галузей, зокрема хімічної, фармацевтичної та косметичної промисловості, нафтохімічних процесів, а також процесів екстракції розчинниками. Цю шафу з нержавіючої сталі з продуванням призначено для роботи у вибухонебезпечних зонах. Для цього замовник може продувати герметичну шафу азотом або свіжим повітрям, щоб запобігти потраплянню всередину легкозаймистих газів або парів.