Informieren Sie sich über die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Klebstoffindustrie und wie Rheonics vZur Inline-Flüssigkeitsüberwachung werden Flüssigkeits- und Dichtesensoren verwendet und installiert.
Inhaltsverzeichnis
- Was sind Klebstoffe und Dichtstoffe?
- Klebstoffmarkt
- Klebstoffarten – Herstellung und Anwendung
- Viskosität für Klebstoffe und Dichtstoffe
- Dichte für Klebstoffe und Dichtstoffe
- Überwachung und Kontrolle von Viskosität und Dichte im Produktionsprozess von Klebstoffen
- Einbau des SRV und SRD in Klebeprozesse
Was sind Klebstoffe und Dichtstoffe?
Klebstoffe und Dichtstoffe sind zwei verwandte Begriffe, wenn es um das Zusammenkleben und Verbinden zweier oder mehrerer Teile geht. Diese Verbindung erfordert in der Regel die Verwendung einer chemisch behandelten Paste oder Flüssigkeit, um eine starke Verbindung an der Oberfläche zu erzeugen, auf die sie aufgetragen wird.
Der eigentliche Ursprung von Kleb- und Dichtstoffen liegt in der Natur selbst und begleitet uns seit jeher. Heutzutage werden Kleb- und Dichtstoffe in allem benötigt, was wir verwenden und sehen, von der Heimwerkstatt bis hin zu Hightech-Produkten. Beispiele hierfür sind die Verpackungsindustrie, die Papierproduktion, der Flugzeugbau, die Luft- und Raumfahrt, das Baugewerbe, die Schuhindustrie, die Automobilindustrie, die Elektronikindustrie, die Medizintechnik usw.
Diese Application Note erläutert, welche Bedeutung Viskosität und Dichte für die Herstellung und Anwendung von Klebstoffen haben und wie Rheonics Zur Überwachung dieser Variablen können SRV- und SRD-Inline-Viskositäts- und Dichtesensoren verwendet werden.
Klebstoffmarkt
Der Markt für Kleb- und Dichtstoffe wird im Jahr 76.1 weltweit einen geschätzten Wert von 2024 Milliarden US-Dollar erreichen und bis 90 voraussichtlich fast 2029 Milliarden erreichen [2]. Dieses Wachstum lässt sich anhand der Tatsache veranschaulichen, dass der Markt das 20. Jahrhundert mit einem Wert von rund 10 Milliarden US-Dollar abschloss [3].
Die führenden Länder der Kleb- und Dichtstoffindustrie sind China, Japan, die USA, Großbritannien und Deutschland. Diese milliardenschwere Branche umfasst rund 750 Unternehmen, wobei die unten aufgeführten größten Unternehmen fast 50 % des Weltmarktes für Kleb- und Dichtstoffe abdecken.
- Henkel
- Sika
- 3M
- HB Fuller
- Jäger
- ITW Performance Polymer
- RPM International
- Avery Dennison
- DOW
Das aktuelle Wachstum der Kleb- und Dichtstoffindustrie basiert vor allem auf Anwendungen im Bauwesen sowie auf der steigenden Nachfrage im medizinischen Bereich. Die Branche unterliegt strengen Vorschriften zur Einhaltung von Umweltstandards. Dies ermutigt die Hersteller, neue Technologien zu entwickeln, um Ressourcen effizient zu nutzen und Abfall zu reduzieren.
Klebstoffarten - Herstellung und Anwendung
Klebstoffe können grundsätzlich nach ihrer Herkunft, nach der Art der Anwendung (Aushärtungsmethode) oder nach ihrer chemischen Struktur klassifiziert werden.
Der Klebstoff kann aus natürlichen Ressourcen (tierischen, pflanzlichen oder mineralischen) oder synthetischen Materialien (Elastomer, Thermoplast oder Duroplast) stammen.
Tabelle 1: Klebstoffarten nach Herkunft [1]
| Hauptursprung | Klebstoffarten | Beispiele |
|---|---|---|
| Natürliche | Animal | Albumin, Tierleim, Kasein, Schellack, Bienenwachs |
| Gemüse | Naturharze, Öle und Wachse, Stärke und Dextrin - Kohlenhydrate, Proteine | |
| Mineral | Asphalt, Bitumen, Silikate, Mineralwachse, Mineralharze | |
| Synthetik | Elastomer | Silikon, Gummi, Polyurethan, Polysulfid, Butyl |
| Thermoplastisch | Vinylpolymere, gesättigte Polyester, Polyvinyl | |
| Duroplastisch | Epoxide, ungesättigte Polyester, Aminoplaste |
Natürliche Klebstoffe
Natürliche Klebstoffe werden aus organischen Quellen gewonnen, wobei die Bindung durch natürliche Substanzen wie Protein, Stärke und Zellulose erreicht wird. Ein Vorteil natürlicher Klebstoffe ist, dass sie im Vergleich zu den Alternativen als umweltfreundlicher gelten. Einige natürliche Klebstoffe, wie Gelatinekleber, kann auch nach der Verarbeitung zu 100 % biologisch abbaubar und recycelbar sein.
Die häufigsten natürlichen Klebstoffe sind die Stärkeklebstoffe und Dextrinleime Wird hauptsächlich in der Papier- und Verpackungsindustrie verwendet. Sie sind relativ einfach herzustellen und daher auf dem Markt leicht und günstig erhältlich.
Klebstoff ist eine Art Klebstoff, der aus vielen natürlichen Substanzen besteht, darunter Proteine wie Gelatine, Stärke und Zellulose [4].
Stärkeklebstoffe basieren auf Stärke, einem natürlichen Kohlenhydrat oder Polymer, das normalerweise in Pflanzen vorkommt. Die häufigsten Quellen sind Mais, Weizen, Kartoffeln und Erbsen.
Stärkeklebstoffe erfreuen sich in der Industrie eines rasanten Wachstums, da ihre Haft- und Beständigkeitseigenschaften durch chemische Prozesse verbessert werden können. Beispielsweise Borax (Natriumtetraborat-Decahydrat) und Natriummetaborat (Borax und Natriumhydroxid) können hinzugefügt werden, um die Eigenschaften des Stärkeklebstoffs, einschließlich Viskosität, Klebrigkeit und Kohäsion, zu verändern [3].
Synthetische Klebstoffe
Synthetische Klebstoffe basieren auf Präpolymere or PolymereDie verwendeten Polymere lassen sich in Thermoplaste und Duroplaste einteilen.
Die Fortschritte in der Kunststoffindustrie ermöglichen die Massenproduktion solcher Klebstoffe mit für jede Anwendung angepassten Eigenschaften. Synthetische Klebstoffe werden beim Bau verschiedenster Objekte eingesetzt, von Möbeln bis hin zu Flugzeugen.
Die wichtigsten Beispiele für synthetische Klebstoffe sind Epoxide, Urethane und CyanacrylateEinige dieser Klebstoffe sind Zweikomponentenklebstoffe, was bedeutet, dass sie als zwei oder mehr Komponenten aufgetragen werden, die beim Mischen chemisch reagieren und eine vernetzte Verbindung bilden.
Synthetische Klebstoffe sind weltweit die am häufigsten verwendete Klebstoffart. Dennoch ist auch dieser Klebstofftyp mit zahlreichen Herausforderungen verbunden, da die Rohstoffe (Erdölreserven) begrenzt sind und synthetische Verbindungen negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben.
Die folgende Tabelle zeigt eine Liste von Klebstofftypen mit einer kurzen Beschreibung der Herstellung – wie werden sie hergestellt?, der Anwendung – wie oder wo werden sie verwendet? und der Anwendungsfälle.
Tabelle 2: Klebstoffarten, Herstellung und Anwendung
| Klebstoffarten | Produktion | Antragsprozess | Anwendungsszenarien |
|---|---|---|---|
| Stärkekleber Dextrin Pflanzliche Klebstoffe Wässrige Klebstoffe auf Dextrinbasis | Hergestellt aus Stärke, die bei ca. 90 °C (200 °F) in Wasser gekocht wird. Die Lösung wird dann hinsichtlich Klebrigkeit und anderer Eigenschaften modifiziert. Sind hellstroh- bis bernsteinfarben oder braun | Druckempfindliche Flüssigkeit Einfach auf den Untergrund auftragen, der Klebstoff härtet durch die klebrige Oberfläche und leichten Druck aus | Papier und Pappe Papierverklebung Verpackungs- Etikettierung Pharmazie Nahrungsmittel und Getränke |
| Tierische/Protein-Leime Warmkleber Geleekleber | Hergestellt in Wasser durch Kochen von Tierknochen und Bindegewebe, die Proteine enthalten Ein aus Magermilch gewonnener Klebstoff heißt Kaseinleim Ein aus Fischhaut gewonnener Klebstoff mit hohem Kollagengehalt wird Fischleim genannt. Normalerweise bernsteinfarben bis braun | Die meisten werden bei ca. 60°C (140°F) angewendet. Es kann auch vorher in Wasser gelöst werden Beim Auftragen hat der Klebstoff eine sehr hohe Klebrigkeit oder Viskosität, trocknet aber zu einem nicht klebrigen Film Nicht für hohe Temperaturen oder hohe Luftfeuchtigkeit geeignet Kaseinleim wird aufgetragen bei Raumtemperatur, bildet aber eine Verbindung mit einem hohen Grad an Feuchtigkeitsbeständigkeit | Buchbinderei Schachteln Holzarbeiten Brauereiflaschen |
| Polyvinylacetat (PVA)-Klebstoff Synthetischer Klebstoff Harzzement | Abgeleitet von Vinylacetat-Monomeren Wasserbasiert, weiße Farbe Manchmal mit Dextrinklebern gemischt, um einen Hybridkleber zu erzeugen | Es kann in Wasser gelöst werden Anwendung bei Raumtemperatur Es härtet schnell aus Gute Feuchtigkeitsbeständigkeit Die Verklebung ist bis zu einem gewissen Grad flexibel und klar, mit minimalen Auswirkungen auf die Ästhetik des Substrats | Holzbearbeitung Basteln Verpackungs- Drucken (Binden) Papier und Pappe Bauwesen |
| Hot Melt Klebstoffe zB Ethylenvinylacetat-EVA-Kleber | Es gibt verschiedene Schmelzklebstoffe, die meisten basieren auf Mischcopolymeren von EVA Andere Polymere, Wachse, Öle, Gummi und Harze können hinzugefügt werden Niedriger Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) | Thermoplastisch, wird bei bestimmten Temperaturen über der Umgebungstemperatur angewendet Die Abbindezeit variiert. Manche Schmelzklebstoffe härten direkt nach dem Auftragen aus, während andere ihre Klebrigkeit länger behalten und so eine „verzögerte“ Haftung ermöglichen. Beispielsweise kann silikonbeschichtetes Trennpapier verwendet werden, das später abgezogen und auf dem Substrat platziert werden kann. | Schuhleder Hygiene, Möbel und Verpackung Medizintechnik elektronisch Automobilindustrie |
| Epoxide | Besteht aus zwei separaten Klebstoffen, einer wird als Basisharz mit üblicherweise hoher Viskosität bezeichnet, der andere wird als Härter oder Katalysator bezeichnet und hat üblicherweise eine niedrigere Viskosität | Erfordert das Mischen beider Klebstoffe Die meisten Sorten werden bei Zimmertemperatur fest, aber einige erfordern Erhitzen, um die Vernetzungsreaktion zu erreichen, zu verbessern oder zu beschleunigen Normalerweise benötigt man eine Aushärtezeit von etwa 24 Stunden | Verglasung Holzklebstoffe Medizintechnik Taschentücher Bedachung und Bodenbelag Automobilindustrie Luft- und Raumfahrt |
| Silikon | Silikon basiert auf Kieselsäure (Siliziumdioxid - SiO2), einem häufig vorkommenden Mineral in Sand, Erde, Granit und Gestein. Der gewonnene Sand wird gereinigt, erhitzt und abgekühlt, wodurch ein Siliziumpulver entsteht. Der Prozess wird mit der Zugabe von Methylchlorid, polymerisiertem Silikon und anderen fortgesetzt. | Erhältlich als Einkomponenten- (RTV - Raumtemperatur-vulkanisierendes Silikon) und Zweikomponenten-Klebstoff RTV-Silikon härtet bei der Anwendung durch die Reaktion mit der Umgebungsfeuchtigkeit aus Zweikomponenten-Silikon kann mit Metall, Glas und Keramik verwendet werden Silikonklebstoffe und -dichtstoffe eignen sich für Hochtemperaturanwendungen bis zu 260 °C (500 °F). | Dichtstoffe Verglasung Holzklebstoffe Dichtungsmaterialien Elektronik |
| Polyurethan | Gemischt mit einem Trägermaterial wie Lösungsmittel Hergestellt in verschiedenen Viskositätsbereichen und Mischungsverhältnissen Erfordert gutes Mischen, um eine hohe Qualität zu erzielen Einige enthalten Isocyanate oder Schwermetallkatalysatoren, die besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordern, um Gesundheitsrisiken für die Bediener zu vermeiden | Erhältlich als Einkomponenten- und Zweikomponentenkleber. Flexible, aber starke Bindungen Kann mit Gummi, Kunststoffen, Metall, Wolle, Papier, Keramik und Stoffen verwendet werden Meistens beschränkt auf Anwendungen unter 120 °C (250 °F) | Dichtstoffe Wellpappkartons Mehrfachlaminierungen |
Viskosität für Klebstoffe und Dichtstoffe
Vereinfacht ausgedrückt lässt sich Viskosität als der Fließwiderstand einer Flüssigkeit definieren. Klebstoffe und Dichtstoffe werden im flüssigen Zustand als nicht-newtonsche Flüssigkeiten klassifiziert, d. h. ihre Viskositätswerte hängen von der Schergeschwindigkeit ab, bei der sie gemessen werden.
Die Viskosität ist bei der Herstellung und Anwendung des Klebstoffs von großer Bedeutung und kann auch Aufschluss über Veränderungen der Dichte, Stabilität, des Lösungsmittelgehalts, des Mischungsverhältnisses, des Molekulargewichts usw. geben. Die Viskosität ist ein wirksamer Indikator für die Konsistenz oder Partikelgrößenverteilung des Klebstoffs.
Die Viskosität von Klebstoffen kann je nach Anwendungszweck (z. B. Abdichten, Kleben usw.) stark variieren. Es gibt Klebstoffe mit niedriger, mittlerer und hoher Viskosität.
- Klebstoffe mit niedriger Viskosität: Werden zum Einkapseln, Vergießen und Imprägnieren verwendet.
- Klebstoffe mittlerer Viskosität: Werden hauptsächlich für Klebe- und Dichtungsanwendungen verwendet.
- Klebstoffe mit hoher Viskosität: Werden verwendet, wenn Tropf- und Ablauffestigkeit gefordert ist. Bei manchen Epoxidharzen üblich.
Herkömmliche Viskositätsmesstechnologien erforderten manuelle Probenahmen und Labormessungen. Dieser Prozess erforderte Zeit und Arbeitsstunden und eignete sich nicht für eine Echtzeitsteuerung des Prozesses. Die im Labor ermittelten Eigenschaften sind aufgrund der verstrichenen Zeit, Sedimentation oder Alterung der Flüssigkeit nicht repräsentativ für die Flüssigkeit in den Leitungen.
Die Rheonics Das SRV ist ein Inline-Prozessviskosimeter zur Inline-Messung von Viskosität und Temperatur. Das SRV misst das Produkt aus Viskosität und Dichte der Flüssigkeit und gibt das Ergebnis als dynamische Viskosität aus.
Das SRV eignet sich für den Einbau in Rohrleitungen unterschiedlicher Größe, Reaktoren, Misch- und Lagertanks und ermöglicht die vollständige Rückverfolgbarkeit des Klebstoffprozesses. Der SRV-Sensor ermöglicht eine vollautomatische Klebstoffsteuerung, indem er Viskositätswerte an einen Controller sendet, der die Zugabe von Lösungs- oder Verdünnungsmitteln steuert, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die SRV-Messwerte dienen zudem zur Echtzeitüberwachung des Mischungsverhältnisses oder der Konsistenz des Klebstoffs im Reaktor, um bei Erreichen des Mischungsverhältnisses die notwendigen Maßnahmen zu ergreifen.
Dichte für Klebstoffe und Dichtstoffe
Die Dichte einer Flüssigkeit ist das Verhältnis ihrer Masse zum Volumen. Die Dichte von Klebstoffen dient dazu, den Gehalt an bei der Herstellung zugesetzten Verbindungen oder den Feststoffgehalt und die Partikelgröße der Flüssigkeit vor und nach dem Mischen zu überwachen. So kann die Dichte eines Klebstoffs im Mischprozess als Indikator für die richtige Endzusammensetzung dienen.
Die Rheonics Das SRD ist ein Inline-Prozessdichte- und Viskositätsmessgerät, das sich für die Inline-Messung von Dichte, Viskosität und Temperatur eignet. Das SRD kann auch kinematische Viskosität, Konzentrationsprozentsätze usw. ausgeben. Rheonics bietet das SRD in verschiedenen Varianten und Größen passend zur Einbauanforderung an.
Überwachung und Kontrolle von Viskosität und Dichte im Produktionsprozess von Klebstoffen
Die Herstellung eines Klebstoffs basiert üblicherweise auf dem Mischen oder Dispergieren verschiedener Materialien, um im Endprodukt die gewünschte chemische Beständigkeit, thermischen Eigenschaften, Stoßfestigkeit, Schrumpfung, Flexibilität, Gebrauchstauglichkeit und Festigkeit zu erreichen.
Die Rheonics Das Inline-Viskosimeter SRV und das Inline-Dichte- und Viskositätsmessgerät SRD eignen sich für den Einbau an verschiedenen Stellen der Klebstoff-, Leim- oder Stärkeproduktion. Die Sensoren des Typs SR ermöglichen die Inline-Überwachung von Viskosität, Dichte und Temperatur sowie abgeleiteten Parametern wie Konzentration und Mischungsverhältnis. Der Einbau kann direkt im Mischbehälter erfolgen, um die Viskositätsentwicklung zu erfassen und den gewünschten Mischungszustand zu bestimmen; in Lagerbehältern, um die Einhaltung der Flüssigkeitseigenschaften zu gewährleisten; oder in Rohrleitungen, während die Flüssigkeit zwischen den Einheiten fließt.
Einbau des SRV und SRD in Klebeprozesse
In Tanks
Viskositätsmessungen im Mischbehälter einer Klebstoffflüssigkeit ermöglichen eine schnelle Kontrolle der Flüssigkeitskonsistenz. Dies führt zu einer höheren Produktion und weniger Ressourcenverschwendung.
Das SRV-Viskosimeter kann in einem Mischbehälter von oben, von der Wand oder vom Boden aus installiert werden. Bei Installation von oben wird eine lange Einstecksonde (-X5) empfohlen. Erfahren Sie mehr auf der SRV-X5 und SRD-X5Die Einbaulänge (A) sollte so lang sein, dass das Sensorelement mit der Flüssigkeit in Kontakt steht. Für die Montage an der Tankwand und am Tankboden kann eine kurze Sondenvariante verwendet werden, wie z. B. SRV-X1 or SRV-X3Wenn am Tank vorhandene Anschlüsse vorhanden sind, kann der Kunde erwägen, diese für die SRV-Installation wiederzuverwenden.
Das SRD-Dichte- und Viskositätsmessgerät wird für Mischprozesse nicht empfohlen, da der Mischvorgang zu starkes Rauschen in den Messwerten verursachen kann. Wenn der Mischbehälter über eine Umwälzpumpe verfügt, kann das SRD dort problemlos installiert werden, wie im nächsten Abschnitt erläutert.
Kontaktieren Sie den Rheonics Support Team bei für Empfehlungen zur Installation. Der Kunde sollte Zeichnungen oder Bilder des Tanks bereitstellen und dabei alle vorhandenen Anschlüsse und die Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, erwartete Viskosität usw.) angeben.
In Rohrleitungen
Die optimale Platzierung des SRV und SRD in Rohrleitungen mit klebrigen Flüssigkeiten ist ein Winkeleinbau. Dabei handelt es sich um eine axiale Installation, bei der das Sensorelement der Sonde in den Flüssigkeitsstrom zeigt. Diese Lösung erfordert in der Regel einen langen Einstecksensor (X5). Erfahren Sie mehr über die SRV-X5 und SRD-X5.
Die Verwendung einer langen Einstecksonde (X5) ermöglicht dem Kunden eine individuelle Einstecklänge (A) und einen individuellen Prozessanschluss, abhängig von den Installationsanforderungen, wie z. B. der Leitungsgröße. Die Einstecklänge A sollte so bemessen sein, dass das Sensorelement der Sonde (im blauen Bereich in der nächsten Abbildung) mit der strömenden Flüssigkeit in Kontakt steht und Tot- oder Stagnationszonen in der Nähe des Installationsanschlusses vermieden werden. Die Platzierung des Sensorelements im geraden Rohrabschnitt bietet den zusätzlichen Vorteil, dass das Sensorelement sauber bleibt, während die Flüssigkeit über die stromlinienförmige Sonde fließt.
Wenn die Leitung klein ist (weniger als 1.5 Zoll), kann der Kunde die Verwendung von Rheonics Durchflusszellen oder die Slimline-X6-Sondenvarianten mit kleinerem Durchmesser. Mehr erfahren:
Bedenken Sie, dass hochviskose Klebstoffe leicht Ablagerungen auf den Oberflächen von Sonde und Rohr bilden können. Daher ist die Vermeidung von Totzonen um das Sensorelement entscheidend für zuverlässige Messwerte. Falls die Sonde manuell gereinigt werden muss, lesen Sie den Artikel: Wie reinigt man die Sonden vom Typ SR?
Referenzen
[1]: Handbuch der Klebstoffe und Dichtstoffe
[3]: „Langweiliges“ Bor und Klebstoffe | 2014 | Klebstoff- und Dichtstoffindustrie (adhesivesmag.com)
[4]: Natürliche Klebstoffe für industrielle Anwendungen (lddavis.com)
