Ontdek de verscheidenheid aan toepassingen in de lijmindustrie en hoe Rheonics viscositeits- en dichtheidssensoren worden gebruikt en geïnstalleerd voor inline vloeistofbewaking.
Inhoudsopgave
- Wat zijn lijmen en kitten?
- Kleefmarkt
- Soorten lijmen – Productie en toepassingen
- Viscositeit voor lijmen en kitten
- Dichtheid voor lijmen en kitten
- Viscositeits- en dichtheidsbewaking en -regeling in een productieproces van lijmen
- Installatie van de SRV en SRD in lijmprocessen
Wat zijn lijmen en kitten?
Lijmen en kitten zijn twee verwante termen voor het lijmen en verbinden van twee of meer onderdelen. Voor deze verbinding is meestal een chemisch bewerkte pasta of vloeistof nodig om een sterke verbinding te creëren op het oppervlak waarop de verbinding wordt aangebracht.
De oorsprong van lijmen en kitten ligt in de natuur zelf en bestaat al sinds mensenheugenis. Tegenwoordig zijn lijmen en kitten nodig in alles wat we gebruiken en zien, van thuiswerkplaatsen tot hightechproducten. Enkele voorbeelden zijn de verpakkingsindustrie, de papierproductie, de vliegtuigbouw, de lucht- en ruimtevaart, de bouw, de schoenenindustrie, de auto-industrie, de elektronische apparatuurindustrie, de medische sector, enzovoort.
In deze toepassingsnotitie wordt uitgelegd hoe viscositeit en dichtheid van belang zijn voor de productie en toepassing van lijmen, en hoe Rheonics SRV en SRD inline viscositeits- en dichtheidssensoren kunnen worden gebruikt om deze variabelen te bewaken.
Kleefmarkt
De markt voor lijmen en kitten heeft een geschatte waarde van 76.1 miljard dollar op de wereldmarkt in 2024 en zal naar verwachting tegen 90 bijna 2029 miljard dollar bedragen [2]. De groei van de markt kan in context worden geplaatst, aangezien deze de 20e eeuw afsloot met een waarde van ongeveer 10 miljard dollar [3].
De leidende landen in de lijm- en kitindustrie zijn China, Japan, de VS, het VK en Duitsland. Deze miljardenindustrie bestaat uit ongeveer 750 bedrijven, waarvan de grootste, hieronder vermeld, bijna 50% van de wereldwijde markt voor lijm en kit in handen hebben.
- handvat
- Sika
- 3M
- HB Fuller
- Jager
- ITW Prestatie Polymeer
- RPM Internationaal
- Avery Dennison
- DOW
De huidige groei van de lijm- en kitindustrie is voornamelijk gebaseerd op toepassingen in de bouw en constructie, evenals op de toenemende vraag in de medische sector. De industrie wordt streng gereguleerd om te voldoen aan milieunormen, wat producenten stimuleert om nieuwe technologieën te vinden om grondstoffen efficiënt te gebruiken en afval te verminderen.
Soorten lijmen - Productie en toepassingen
Lijmen kunnen over het algemeen worden ingedeeld op basis van hun oorsprong, het type toepassing (uithardingsmethode) of hun chemische structuur.
De lijm kan afkomstig zijn van natuurlijke grondstoffen (dierlijke, plantaardige of minerale materialen) of synthetische materialen (elastomeer, thermoplast of thermoharder).
Tabel 1: Soorten lijmen per herkomst [1]
| Belangrijkste oorsprong | Kleeftypes | Voorbeelden |
|---|---|---|
| Naturel | Dier | Albumine, dierlijke lijm, caseïne, schellak, bijenwas |
| Groente | Natuurlijke harsen, oliën en wassen, zetmeel en dextrine - koolhydraten, eiwitten | |
| Mineraal | Asfalt, bitumen, silicaten, minerale wassen, minerale harsen | |
| Synthetisch | elastomeer | Siliconen, rubber, polyurethaan, polysulfide, butyl |
| Thermoplastisch | Vinylpolymeren, verzadigde polyesters, polyvinyl | |
| Thermohardend | Epoxies, onverzadigde polyesters, aminoplastics |
Natuurlijke lijmen
Natuurlijke lijmen worden gewonnen uit organische bronnen, waarbij de verbinding tot stand komt door natuurlijke stoffen zoals eiwitten, zetmeel en cellulose. Een voordeel van natuurlijke lijmen is dat ze milieuvriendelijker zijn dan alternatieven. Sommige natuurlijke lijmen, zoals gelatinelijm, kunnen bovendien 100% biologisch afbreekbaar en recyclebaar zijn, zelfs na verwerking.
De meest voorkomende natuurlijke lijmen zijn de zetmeellijmen en dextrinelijmen Ze worden voornamelijk gebruikt in de papier- en verpakkingsindustrie. Ze zijn relatief eenvoudig te produceren en daardoor gemakkelijk op de markt te vinden tegen lage prijzen.
Lijm is een soort kleefstof die wordt gevormd uit veel natuurlijke stoffen, waaronder eiwitten zoals gelatine, zetmeel en cellulose [4].
Zetmeellijmen Zijn gebaseerd op zetmeel, een natuurlijk koolhydraat of polymeer dat van nature in planten voorkomt. De meest voorkomende bronnen zijn maïs, tarwe, aardappelen en erwten.
Zetmeellijmen hebben een snelle groei in de industrie doorgemaakt dankzij de mogelijkheid om hun hechtings- en weerstandseigenschappen te verbeteren door middel van chemische processen. Bijvoorbeeld: borax (natriumtetraboraatdecahydraat) en natriummetaboraat (borax en natriumhydroxide) kunnen worden toegevoegd om de kleefeigenschappen van zetmeel te veranderen, waaronder viscositeit, kleefkracht en cohesie [3].
Synthetische lijmen
Synthetische lijmen zijn gebaseerd op prepolymeren or polymerenDe gebruikte polymeren kunnen worden geclassificeerd als thermoplasten en thermoharders.
De vooruitgang in de kunststofindustrie maakt massaproductie van dit soort lijmen mogelijk, met aangepaste eigenschappen voor elke toepassing. Synthetische lijmen worden gebruikt bij de constructie van diverse objecten, van meubels tot vliegtuigen.
De belangrijkste voorbeelden van synthetische lijmen zijn: epoxyharsen, urethanen en cyanoacrylatenSommige van deze lijmen zijn tweecomponentenlijmen, wat betekent dat ze worden toegepast als twee of meer componenten die, wanneer ze worden gemengd, chemisch reageren en zo een kruisverbinding vormen.
Synthetische lijmen zijn wereldwijd de meest gebruikte lijmsoort. Desondanks kennen ze ook veel uitdagingen vanwege de beperkte grondstoffen (oliereserves) en de negatieve impact van synthetische verbindingen op de menselijke gezondheid en het milieu.
De volgende tabel toont een lijst met soorten lijm, met een korte specificatie van de productiemethode (hoe worden ze gemaakt), de toepassing (hoe of waar worden ze gebruikt) en de use cases.
Tabel 2: Lijmsoorten, productie en toepassing
| Soorten lijm | productie | Aanvraag | Use cases |
|---|---|---|---|
| Zetmeellijm dextrine Plantaardige lijmen Lijmen op basis van waterige dextrine | Gemaakt van zetmeel, gekookt bij ca. 90 °C (200 °F) in water. De oplossing wordt vervolgens aangepast voor kleefkracht en andere eigenschappen. Zijn licht strogeel tot amberkleurig of bruin van kleur | Drukgevoelige vloeistof Eenvoudig aan te brengen op de ondergrond, waarna de lijm door het kleverige oppervlak en de lichte druk hard wordt. | Papier en karton Papierbinding Verpakken labeling Farmaceutica Eten en drinken |
| Dierlijke/Eiwitlijmen Warme lijm Gelei lijm | Bereid in water door het koken van dierlijke botten en bindweefsels die eiwitten bevatten Een lijm die afkomstig is van magere melk wordt caseïnelijm genoemd Een lijm afkomstig van vissenhuid met een hoog collageengehalte wordt vislijm genoemd Meestal amberkleurig tot bruin van kleur | De meeste worden aangebracht bij ongeveer 60 °C (140 °F). Het kan ook vooraf in water worden opgelost. Bij het aanbrengen heeft de lijm een zeer hoge kleefkracht of viscositeit, maar droogt op tot een niet-kleverige film Niet gebruiken bij hoge temperaturen of hoge luchtvochtigheid Caseïnelijm wordt aangebracht bij kamertemperatuur, maar vormt een verbinding met een hoge mate van vochtbestendigheid | boekbinding Boxen Houtwerk Brouwerijflessen |
| Polyvinylacetaat (PVA) lijm Synthetische lijm Harscement | Afgeleid van vinylacetaatmonomeren Op waterbasis, witte kleur Soms gemengd met dextrinelijm om een hybride lijm te creëren | Het kan in water worden opgelost Toepassing bij kamertemperatuur Het hardt snel uit Goede vochtbestendigheid De verlijming is tot op zekere hoogte flexibel en transparant, met minimale impact op de esthetiek van de ondergrond. | Houtbewerking Bouwen Verpakken Afdrukken (binden) Papier en karton Bouw |
| Hot Smelt Adhesives ie Ethyleenvinylacetaat EVA-lijm | Er zijn verschillende smeltlijmen, de meeste zijn gebaseerd op het mengen van EVA-copolymeren Andere polymeren, wassen, oliën, rubber en harsen kunnen worden toegevoegd Laag gehalte aan vluchtige organische stoffen (VOS) | Thermoplast, toegepast bij bepaalde temperaturen boven de omgevingstemperatuur De uithardingstijd varieert. Sommige smeltlijmen harden direct uit na het aanbrengen, terwijl andere de kleefkracht langer behouden voor een vertraagde hechting. Zo kan siliconengecoate beschermfolie worden gebruikt om later te verwijderen en in de ondergrond te plaatsen. | Schoenleer Hygiëne, meubilair en verpakking MEDISCHE elektronisch Automobielsector |
| epoxies | Bestaat uit twee afzonderlijke lijmsoorten, waarvan de ene een basishars wordt genoemd met doorgaans een hoge viscositeit, de andere een verharder of katalysator wordt genoemd en doorgaans een lagere viscositeit heeft. | Vereist het mengen van beide lijmsoorten De meeste soorten kunnen op kamertemperatuur worden bewaard, maar sommige hebben verwarming nodig om de crosslinkingreactie te bereiken, te verbeteren of te versnellen Meestal is een uithardingstijd van ongeveer 24 uur vereist | glazuur Houtlijmen MEDISCHE Persoonlijke verzorging Dakbedekking en vloeren Automobielsector LUCHT- EN RUIMTEVAART |
| Silicone | Siliconen zijn gebaseerd op silica (siliciumdioxide - SiO2), een mineraal dat veel voorkomt in zand, aarde, graniet en gesteente. Het gewonnen zand wordt gezuiverd, verhit en afgekoeld, wat resulteert in een siliciumpoeder. Het proces gaat verder met de toevoeging van methylchloride, gepolymeriseerde siliconen en andere | Verkrijgbaar als één component (RTV - Kamertemperatuur vulkaniserende siliconen) en twee componenten lijm RTV-silicone wordt bij het aanbrengen uitgehard door de reactie met omgevingsvocht. Tweecomponentensilicone kan gebruikt worden met metaal, glas en keramiek Siliconenlijmen en -kitten zijn geschikt voor toepassing bij hoge temperaturen, tot 260°C (500°F) | Sealants glazuur Houtlijmen Pakkingsmaterialen Elektronica |
| Polyurethaan | Gemengd met een dragermateriaal zoals oplosmiddel Geproduceerd in verschillende viscositeitsbereiken en mengverhoudingen Er is een goede menging nodig om een goede kwaliteit te verkrijgen Sommige bevatten isocyanaten of zware metaalkatalysatoren, waarvoor extra voorzorgsmaatregelen nodig zijn om gezondheidsrisico's voor de operators te voorkomen. | Verkrijgbaar als één- en tweecomponentenlijm. Flexibele maar sterke verbindingen Kan gebruikt worden met rubber, kunststoffen, metaal, wol, papier, keramiek en stoffen Meestal beperkt tot toepassingen onder 120°C (250°F) | Sealants Golfkartonnen dozen Meervoudige laminaten |
Viscositeit voor lijmen en kitten
Simpel gezegd kan viscositeit worden gedefinieerd als de weerstand van een vloeistof tegen stroming. Lijmen en kitten in vloeibare toestand worden geclassificeerd als niet-Newtoniaanse vloeistoffen. Dit betekent dat hun viscositeitswaarden afhankelijk zijn van de schuifsnelheid waarmee ze worden gemeten.
De viscositeit is van groot belang bij de productie en toepassing van de lijm. Ook kan het inzicht geven in veranderingen in dichtheid, stabiliteit, oplosmiddelgehalte, mengsnelheid, molecuulgewicht, etc. De viscositeit is een effectieve indicator voor de consistentie of deeltjesgrootteverdeling van de lijm.
De viscositeit van lijmen kan sterk variëren, afhankelijk van het uiteindelijke gebruik (bijv. afdichting, verlijming, enz.). Er zijn lijmen met een lage, gemiddelde en hoge viscositeit.
- Lijmen met lage viscositeit: Gebruikt voor inkapseling, inkapseling en impregnatie.
- Lijmen met gemiddelde viscositeit: worden vooral gebruikt voor lijm- en afdichtingstoepassingen.
- Lijmen met hoge viscositeit: Gebruikt voor niet-druipende of niet-uitzakkende toepassingen. Gebruikelijk voor sommige epoxyharsen.
Traditioneel vereisten de viscositeitsmeettechnologieën handmatige bemonstering en laboratoriummetingen. Dit proces vergt zowel tijd als manuren en is niet geschikt voor realtime controle van het proces. De in het laboratorium gemeten eigenschappen zijn niet representatief voor de vloeistof in de leidingen, vanwege de verstreken tijd, sedimentatie of veroudering van de vloeistof.
De Rheonics De SRV is een inline procesviscositeitsmeter die geschikt is voor het inline meten van viscositeit en temperatuur. De SRV meet het product van viscositeit en dichtheid van de vloeistof en geeft het resultaat weer als dynamische viscositeit.
De SRV is geschikt voor installaties in verschillende leidinggroottes, reactoren, meng- en opslagtanks en biedt volledige traceerbaarheid van het lijmvloeistofproces. De SRV-sensor maakt een volledig geautomatiseerd controleproces van lijmen mogelijk door viscositeitsmetingen naar een controller te sturen die de toevoeging van oplosmiddelen of verdunningsmiddelen regelt om het gewenste resultaat te bereiken. De SRV-metingen worden ook gebruikt voor realtime monitoring van de mengverhouding of consistentie van de lijm in de reactor, om de nodige maatregelen te nemen wanneer de mengverhouding is bereikt.
Dichtheid voor lijmen en kitten
De dichtheid van een vloeistof is de verhouding tussen de massa en het volume. De dichtheid van lijmen wordt gebruikt om het gehalte aan verbindingen die tijdens de productie zijn toegevoegd, of het gehalte aan vaste stoffen en de deeltjesgrootte in de vloeistof voor en na het mengen te controleren. De dichtheid van een lijm tijdens een mengproces kan dus worden gebruikt als indicator voor de juiste uiteindelijke samenstelling.
De Rheonics De SRD is een inline procesdichtheids- en viscositeitsmeter, geschikt voor inline metingen van dichtheid, viscositeit en temperatuur. De SRD kan ook kinematische viscositeit, concentratiepercentages, enz. weergeven. Rheonics biedt de SRD aan in verschillende varianten en afmetingen, passend bij de installatie-eisen.
Viscositeits- en dichtheidsbewaking en -regeling in een productieproces van lijmen
De productie van een lijm bestaat doorgaans uit het mengen of dispergeren van verschillende materialen om de gewenste chemische bestendigheid, thermische eigenschappen, schokbestendigheid, krimp, flexibiliteit, bruikbaarheid en sterkte in het eindproduct te verkrijgen.
De Rheonics De inline viscositeitsmeter SRV en de inline dichtheids- en viscositeitsmeter SRD zijn geschikt voor installatie op verschillende punten in het productieproces van lijmen, lijmen of zetmeel. De Type-SR sensoren maken inline monitoring van viscositeit, dichtheid en temperatuur mogelijk, evenals afgeleide parameters zoals concentratie en mengverhouding. Installatie kan direct in een mengtank plaatsvinden om de ontwikkeling van de viscositeit te volgen en te bepalen wanneer de vereiste menging is bereikt; in opslagtanks om te controleren of de vloeistofeigenschappen behouden blijven; of in pijpleidingen, terwijl de vloeistof tussen units stroomt.
Installatie van de SRV en SRD in lijmprocessen
in tanks
Viscositeitsmetingen in een mengtank van een kleefvloeistof maken snelle controle van de consistentie van de vloeistof mogelijk. Dit resulteert in een hogere productie en minder verspilling van grondstoffen.
De SRV-viscositeitsmeter kan in een mengtank worden geïnstalleerd vanaf het deksel, de wand of de onderkant. Bij installatie vanaf de bovenkant wordt een -X5 lange insteeksonde aanbevolen. Lees meer op de SRV-X5 en SRD-X5De insteeklengte (A) moet lang genoeg zijn zodat het sensorelement in contact kan komen met de vloeistof. Voor installatie op de tankwand en -bodem kan een korte sonde worden gebruikt, zoals SRV-X1 or SRV-X3Als er bestaande poorten op de tank aanwezig zijn, kan de klant overwegen deze te hergebruiken voor de SRV-installatie.
De SRD-dichtheids- en viscositeitsmeter wordt niet aanbevolen voor mengprocessen, omdat het mengen te veel ruis aan de metingen kan toevoegen. Als de mengtank een recirculatiepompleiding heeft, kan de SRD daar eenvoudig worden geïnstalleerd, zoals in de volgende sectie wordt uitgelegd.
Neem contact op met de Rheonics Ondersteuningsteam bij voor advies over de installatie. De klant dient tekeningen of foto's van de tank te delen, met vermelding van eventuele bestaande poorten en de bedrijfsomstandigheden (temperatuur, druk, verwachte viscositeit, enz.).
In pijpleidingen
De best mogelijke locatie voor de SRV en SRD in leidingen met adhesieve vloeistoffen is een ellebooginstallatie. Dit is een axiale installatie waarbij het sensorelement van de sonde in de vloeistofstroom wijst. Deze oplossing vereist meestal een -X5-sensor met lange insteek. Lees meer over de SRV-X5 en SRD-X5.
Door een lange -X5-sonde te gebruiken, kan de klant een aangepaste insteeklengte (A) en procesaansluiting kiezen, afhankelijk van de installatievereisten, zoals de leidinggrootte. De insteeklengte A moet voldoende zijn om het sensorelement van de sonde (in het blauwe gebied in de volgende afbeelding) in contact te laten komen met de stromende vloeistof, waardoor dode of stilstaande zones in de buurt van de installatiepoort worden vermeden. Het plaatsen van het sensorelement in het rechte gedeelte van de leiding heeft als bijkomend voordeel dat het sensorelement schoon blijft terwijl de vloeistof over het gestroomlijnde ontwerp van de sonde stroomt.
Als de lijn klein is (minder dan 1.5 inch), kan de cliënt overwegen om gebruik te maken van Rheonics flowcellen of de Slimline -X6 probevarianten met een kleinere diameter. Meer informatie:
Houd er rekening mee dat lijm met een hoge viscositeit gemakkelijk afzettingen kan veroorzaken op de oppervlakken van de sonde en de buis. Het vermijden van dode zones rond het sensorelement is hierbij essentieel voor betrouwbare metingen. Raadpleeg het volgende artikel als de sonde handmatig moet worden gereinigd: Hoe maak ik de Type-SR-sondes schoon?
Referenties
[1]: Handboek voor lijmen en kitten
[3]: “Saai” boor en lijmen | 2014-09-02 | Lijm- en kitindustrie (adhesivesmag.com)
[4]: Natuurlijke lijmen voor industriële toepassingen (lddavis.com)
[5]: Monitoring en controle van viscositeit bij het formuleren, testen en aanbrengen van lijmen en kitten
