Descubra la variedad de aplicaciones en la industria de los adhesivos y cómo Rheonics vSe utilizan e instalan sensores de viscosidad y densidad para el monitoreo de fluidos en línea.
Tabla de Contenido
- ¿Qué son los adhesivos y selladores?
- Mercado de Adhesivos
- Tipos de adhesivos: producción y aplicaciones
- Viscosidad para adhesivos y selladores
- Densidad para adhesivos y selladores
- Monitoreo y control de viscosidad y densidad en un proceso de producción de adhesivos
- Instalación del SRV y SRD en procesos adhesivos
¿Qué son los adhesivos y selladores?
Adhesivos y selladores son dos términos relacionados que se utilizan para pegar y unir dos o más piezas. Esta unión suele requerir el uso de una pasta o líquido procesado químicamente para crear una unión fuerte en la superficie donde se aplica.
Los adhesivos y selladores provienen de la naturaleza misma y nos han acompañado desde tiempos inmemoriales. Hoy en día, los adhesivos y selladores son necesarios en todo lo que usamos y vemos a nuestro alrededor, desde talleres domésticos hasta productos de alta tecnología. Algunos ejemplos son las industrias del embalaje, la producción de papel, la fabricación de aeronaves, la industria aeroespacial, la construcción, el calzado, la automoción, los dispositivos electrónicos, la medicina, etc.
Esta nota de aplicación explica cómo la viscosidad y la densidad son relevantes para la producción y aplicación de adhesivos, y cómo Rheonics Los sensores de viscosidad y densidad en línea SRV y SRD se pueden utilizar para monitorear estas variables.
Mercado de Adhesivos
El mercado de adhesivos y selladores alcanzó un valor estimado de USD 76.1 2024 millones a nivel mundial en 90 y se proyecta que alcance casi los USD 2029 2 millones para 20 [10]. Este crecimiento del mercado puede contextualizarse considerando que cerró el siglo XX con un valor cercano a los USD 3 XNUMX millones [XNUMX].
Los países líderes en la industria de adhesivos y selladores son China, Japón, EE. UU., Reino Unido y Alemania. Esta industria multimillonaria está compuesta por aproximadamente 750 empresas, de las cuales las más grandes, que se enumeran a continuación, controlan casi el 50 % del mercado mundial de adhesivos y selladores.
- Henkel
- Sika
- 3M
- HB Fuller
- Cazador
- Polímero de alto rendimiento ITW
- RPM Internacional
- Avery Dennison
- DOW
El crecimiento actual de la industria de adhesivos y selladores se basa principalmente en aplicaciones en la construcción, así como en la creciente demanda en el sector médico. La industria está estrictamente regulada para cumplir con los estándares ambientales, lo que incentiva a los fabricantes a buscar nuevas tecnologías para optimizar el uso de los recursos y reducir los residuos.
Tipos de adhesivos: producción y aplicaciones
Los adhesivos se pueden clasificar generalmente por su origen, por el tipo de aplicación (método de curado) o por su estructura química.
El adhesivo puede tener su origen en recursos naturales (animales, vegetales o minerales) o en materiales sintéticos (elastómeros, termoplásticos o termoendurecibles).
Tabla 1: Tipos de adhesivos por origen [1]
| Origen principal | Tipos de adhesivos | Ejemplos |
|---|---|---|
| Naturales | Animal | Albúmina, pegamento animal, caseína, goma laca, cera de abejas |
| Vegetal | Resinas naturales, Aceites y ceras, Almidón y dextrina - carbohidratos, Proteínas | |
| Mineral | Asfalto, betún, silicatos, ceras minerales, resinas minerales | |
| Sintético | Elastómero | Silicona, caucho, poliuretano, polisulfuro, butilo |
| Termoplástico | Polímeros de vinilo, poliésteres saturados, polivinilo | |
| Termoestable | Epoxis, poliésteres insaturados, plásticos amino |
Adhesivos Naturales
Los adhesivos naturales se obtienen de fuentes orgánicas, donde la unión se logra mediante sustancias naturales como proteínas, almidón y celulosa. Una ventaja de los adhesivos naturales es que pueden considerarse más ecológicos en comparación con las alternativas. Algunos adhesivos naturales, como pegamento de gelatina, También puede ser 100% biodegradable y reciclable, incluso después de ser procesado.
Los adhesivos naturales más comunes son los adhesivos de almidón y colas de dextrina Se utilizan principalmente en las industrias del papel y el embalaje. Son relativamente fáciles de producir, por lo que se encuentran fácilmente en el mercado a precios bajos.
El pegamento es un tipo de adhesivo formado a partir de muchas sustancias naturales, incluidas proteínas como la gelatina, el almidón y la celulosa [4].
Adhesivos de almidón Se basan en almidón, un carbohidrato o polímero natural presente normalmente en las plantas. Las fuentes más comunes son el maíz, el trigo, la patata y el guisante.
Los adhesivos de almidón han experimentado un rápido crecimiento en la industria gracias a la capacidad de mejorar sus propiedades de adhesión y resistencia mediante procesos químicos. Por ejemplo, bórax (tetraborato de sodio decahidratado) y metaborato de sodio (bórax e hidróxido de sodio) se pueden agregar para cambiar las propiedades adhesivas del almidón, incluida la viscosidad, la adherencia y la cohesión [3].
Adhesivos sintéticos
Los adhesivos sintéticos se basan en prepolímeros or polímerosLos polímeros utilizados pueden clasificarse como termoplásticos o termoestables.
Los avances en la industria del plástico permiten la producción masiva de este tipo de adhesivos con características modificadas para cada aplicación. Los adhesivos sintéticos se utilizan en la construcción de diversos objetos, desde muebles hasta aviones.
Los principales ejemplos de adhesivos sintéticos son epoxis, uretanos y cianoacrilatosAlgunos de estos adhesivos son adhesivos de dos componentes, lo que significa que se aplican como dos o más componentes que, cuando se mezclan, reaccionan químicamente para formar una unión reticulada.
Los adhesivos sintéticos son el tipo de adhesivo más común en el mundo. A pesar de ello, también enfrentan numerosos desafíos debido a la escasez de materias primas (reservas de petróleo) y al impacto negativo de los compuestos sintéticos en la salud humana y el medio ambiente.
La siguiente tabla muestra una lista de tipos de adhesivos, especificando brevemente su producción (¿cómo se fabrican?), su aplicación (¿cómo o dónde se utilizan?) y sus casos de uso.
Tabla 2: Tipos de adhesivos, producción y aplicación
| Tipos de adhesivo | Producción | Solicitud | Casos de uso |
|---|---|---|---|
| Adhesivo de almidón Dextrina Adhesivos vegetales Colas acuosas a base de dextrina | Producido a partir de almidón, cocido a aproximadamente 90 °C (200 °F) en agua. La solución se modifica posteriormente para mejorar su pegajosidad y otras propiedades. Son de color paja claro a ámbar o marrón. | Fluido sensible a la presión Simplemente se aplica en el sustrato y el adhesivo se solidifica debido a su superficie pegajosa y a la aplicación de una ligera presión. | Papel y carton unión de papel Embalaje Etiquetado Farmacéutica Alimentos y bebidas |
| Colas de origen animal/proteico Pegamento tibio pegamento de gelatina | Preparado en agua hirviendo huesos de animales y tejidos conectivos que contienen proteínas. Un pegamento derivado de la leche desnatada se llama cola de caseína. Un pegamento derivado de la piel de pescado con alto contenido de colágeno se llama pegamento de pescado. Generalmente de color ámbar a marrón. | La mayoría se aplica a aproximadamente 60 °C (140 °F). También se puede disolver previamente en agua. En la aplicación, el adhesivo tiene una adherencia o viscosidad muy alta, pero se seca formando una película no pegajosa. No utilizar para altas temperaturas o alta humedad. El pegamento de caseína se aplica en temperatura ambiente, pero forma un enlace con un alto grado de resistencia a la humedad | Encuadernación Cajas Carpintería Botellas de cervecería |
| Adhesivo de acetato de polivinilo (PVA) Adhesivo sintético Cemento de resina | Derivado de monómeros de acetato de vinilo Color blanco a base de agua A veces se mezcla con pegamentos de dextrina para crear un adhesivo híbrido. | Se puede disolver en agua. Aplicación a temperatura ambiente Es de curado rápido Buena resistencia a la humedad La unión es hasta cierto punto flexible y transparente con un impacto mínimo en la estética del sustrato. | Tratamiento de la madera La elaboración de Embalaje Impresión (encuadernación) Papel y carton Construcción |
| Adhesivos Hot Melt es Adhesivo EVA de etileno acetato de vinilo | Existen diferentes adhesivos termofusibles, la mayoría se basan en la mezcla de copolímeros de EVA. Se pueden añadir otros polímeros, ceras, aceites, caucho y resinas. Bajo nivel de compuestos orgánicos volátiles (COV) | Termoplástico, aplicado a ciertas temperaturas superiores a la temperatura ambiente. El tiempo de fraguado varía. Algunos adhesivos termofusibles se endurecen inmediatamente al aplicarse, mientras que otros mantienen su adherencia durante más tiempo para permitir una adhesión retardada. Por ejemplo, el papel desprendible recubierto de silicona puede retirarse posteriormente y colocarse sobre el sustrato. | Zapato de cuero Higiene, mobiliario y embalaje Médico Electronic Automóvil |
| epoxis | Consiste en dos adhesivos separados, uno se llama resina base con una viscosidad generalmente alta, el otro se llama endurecedor o catalizador y generalmente tiene una viscosidad más baja. | Requiere la mezcla de ambos adhesivos. La mayoría de los tipos se fijarán a temperatura ambiente, pero algunos requieren calentamiento para alcanzar, mejorar o acelerar la reacción de reticulación Generalmente requiere un tiempo de curado de aproximadamente 24 horas. | acristalamiento Adhesivos para madera Médico Cuidado personal Techos y pisos Automóvil Aeroespacial |
| Silicona | La silicona se basa en sílice (dióxido de silicio - SiO₂), un mineral común presente en arena, tierra, granito y rocas. La arena extraída se purifica, se calienta y se enfría, obteniéndose un polvo de silicio. El proceso continúa con la adición de cloruro de metilo, silicona polimerizada y otros. | Disponible como un componente (RTV - silicona vulcanizante a temperatura ambiente) y dos partes de adhesivo. La silicona RTV se cura en el momento de la aplicación mediante la reacción con la humedad ambiental. La silicona de dos componentes se puede utilizar con metal, vidrio y cerámica. Los adhesivos y selladores de silicona son adecuados para aplicaciones a alta temperatura, hasta 260 °C (500 °F). | Adhesivos acristalamiento Adhesivos para madera Materiales de empaquetadura Electrónicos |
| Poliuretano | Mezclado con un material portador como un disolvente. Producido en diferentes rangos de viscosidad y relaciones de mezcla. Necesita una buena mezcla para obtener una gran calidad. Algunos contienen isocianatos o catalizadores de metales pesados que requieren precauciones adicionales para evitar riesgos para la salud de los operadores. | Disponible como adhesivo de un componente y de dos componentes. Lazos flexibles pero fuertes Se puede utilizar con caucho, plásticos, metal, lana, papel, cerámica y telas. Mayormente limitado para aplicaciones por debajo de 120 °C (250 °F) | Adhesivos cajas de cartón corrugado Laminaciones múltiples |
Viscosidad para adhesivos y selladores
En términos simples, la viscosidad se define como la resistencia de un fluido a fluir. Los adhesivos y selladores en estado fluido se clasifican como fluidos no newtonianos, lo que significa que sus lecturas de viscosidad dependen de la velocidad de corte a la que se miden.
La viscosidad es de gran relevancia durante la producción y aplicación del adhesivo, y también puede brindar información sobre cambios de densidad, estabilidad, contenido de solvente, velocidad de mezcla, peso molecular, etc. La viscosidad es un indicador eficaz de la consistencia del adhesivo o de la distribución del tamaño de partícula.
La viscosidad de los adhesivos puede variar considerablemente según el uso final (p. ej., sellado, unión, etc.). Existen adhesivos de viscosidad baja, media y alta.
- Adhesivos de baja viscosidad: Se utilizan para encapsulamiento, encapsulamiento e impregnación.
- Adhesivos de viscosidad media: se utilizan principalmente para aplicaciones de unión y sellado.
- Adhesivos de alta viscosidad: Se utilizan para requisitos que evitan el goteo y el descuelgue. Son comunes en algunos epóxicos.
Tradicionalmente, las tecnologías de medición de viscosidad requerían muestreo manual y lecturas de laboratorio. Este proceso requiere tiempo y horas de trabajo, y no es adecuado para el control en tiempo real. Las propiedades leídas en el laboratorio no son representativas del fluido en las líneas debido al tiempo transcurrido, la sedimentación o el envejecimiento del fluido.
La pestaña Rheonics El SRV es un viscosímetro de proceso en línea, ideal para la medición de viscosidad y temperatura en línea. El SRV mide el producto de la viscosidad por la densidad del fluido y genera el resultado como viscosidad dinámica.
El SRV es ideal para instalaciones en tuberías de diferentes tamaños, reactores, tanques de mezcla y almacenamiento, lo que permite una trazabilidad completa del proceso del fluido adhesivo. El sensor SRV permite un control totalmente automatizado de los adhesivos, enviando lecturas de viscosidad a un controlador para gestionar la adición de disolventes o diluyentes y lograr el resultado deseado. Las lecturas del SRV también se utilizan para monitorizar en tiempo real la proporción de mezcla o la consistencia del adhesivo en el reactor, para tomar las medidas necesarias cuando se alcanza la proporción de mezcla.
Densidad para adhesivos y selladores
La densidad de un fluido es la relación entre su masa y su volumen. La densidad de los adhesivos se utiliza para monitorizar el contenido de compuestos añadidos durante la producción, o el contenido de sólidos y el tamaño de las partículas dentro del fluido antes y después de la mezcla. Por lo tanto, la densidad de un adhesivo durante el proceso de mezcla puede utilizarse como indicador de la composición final correcta.
La pestaña Rheonics El SRD es un medidor de densidad y viscosidad de proceso en línea, ideal para la medición en línea de densidad, viscosidad y temperatura. El SRD también puede generar datos de viscosidad cinemática, porcentajes de concentración, etc. Rheonics ofrece el SRD en diferentes variantes y tamaños para adaptarse a los requisitos de instalación.
Monitoreo y control de viscosidad y densidad en un proceso de producción de adhesivos
La producción de un adhesivo generalmente se basa en la mezcla o dispersión de diferentes materiales para obtener la resistencia química, las características térmicas, la resistencia al choque, la contracción, la flexibilidad, la facilidad de servicio y la resistencia deseadas en el producto final.
La pestaña Rheonics El viscosímetro en línea SRV y el densímetro en línea SRD son adecuados para su instalación en diferentes puntos de los procesos de producción de adhesivos, pegamentos o almidón. Los sensores tipo SR permiten la monitorización en línea de la viscosidad, la densidad y la temperatura, así como de parámetros derivados como la concentración y la relación de mezcla. La instalación puede realizarse directamente en el tanque de mezcla para comprender la evolución de la viscosidad y determinar cuándo se alcanza la mezcla requerida; en tanques de almacenamiento para verificar que se mantengan las propiedades del fluido; o en tuberías, durante el flujo del fluido entre unidades.
Instalación del SRV y SRD en procesos adhesivos
En tanques
La medición de la viscosidad de un fluido adhesivo dentro de un tanque mezclador permite controlar rápidamente su consistencia. Esto se traduce en mayor producción y menor desperdicio de recursos.
El viscosímetro SRV se puede instalar en un tanque de mezcla desde la tapa superior, la pared o la base. Si se instala desde arriba, se recomienda una sonda de inserción de 5 mm de longitud. Más información en SRV-X5 y SRD-X5La longitud de inserción (A) debe ser suficiente para que el elemento sensor entre en contacto con el fluido. Para la instalación en la pared y el fondo del tanque, se puede utilizar una sonda corta como... SRV-X1 or SRV-X3Si hay puertos existentes disponibles en el tanque, el cliente puede considerar reutilizarlos para la instalación de SRV.
El medidor de densidad y viscosidad SRD no se recomienda para procesos de mezcla, ya que la mezcla puede generar demasiado ruido en las lecturas. Si el tanque de mezcla cuenta con una línea de bomba de recirculación, el SRD se puede instalar fácilmente, como se explica en la siguiente sección.
Pongase en contacto con el equipo de Rheonics Equipo de soporte en Para recomendaciones sobre la instalación, el cliente debe proporcionar planos o fotografías del tanque, especificando los puertos disponibles y las condiciones de operación (temperatura, presión, viscosidad esperada, etc.).
En tuberías
La mejor ubicación posible para la SRV y la SRD en tuberías de fluidos adhesivos es en una instalación en codo. Esta es una instalación axial con el elemento sensor de la sonda apuntando hacia el flujo del fluido. Esta solución suele requerir un sensor de inserción larga -X5. Más información en SRV-X5 y SRD-X5.
El uso de una sonda de inserción larga -X5 permite al cliente personalizar la longitud de inserción (A) y la conexión al proceso, según los requisitos de la instalación, como el tamaño de la línea. La longitud de inserción A debe ser suficiente para que el elemento sensor de la sonda (en la zona azul de la siguiente figura) entre en contacto con el fluido, evitando zonas muertas o estancadas cerca del puerto de instalación. Colocar el elemento sensor en la sección recta de la tubería ofrece la ventaja adicional de mantenerlo limpio mientras el fluido fluye por el diseño aerodinámico de la sonda.
Si la línea es pequeña (menos de 1.5”) el cliente puede considerar el uso de Rheonics Celdas de flujo o las variantes de sonda Slimline -X6 con un diámetro menor. Más información:
Tenga en cuenta que los adhesivos de alta viscosidad pueden formar fácilmente depósitos en las superficies de la sonda y la tubería. En este caso, evitar las zonas muertas alrededor del elemento sensor es fundamental para obtener lecturas fiables. Si la sonda requiere limpieza manual, consulte el artículo: ¿Cómo limpiar las sondas Tipo-SR?
Referencias
[1]: Manual de adhesivos y selladores
[3]: Boro y adhesivos "aburridos" | 2014/09/02 | Industria de adhesivos y selladores (adhesivesmag.com)
[4]: Colas naturales para aplicaciones industriales (lddavis.com)
