Efekti ultrazvučnog disperzatora na inline mjerenja

Za karakterizaciju i mjerenje primarnih čestica, čestice bi trebale biti dobro raspršene jer aglomerati krivotvore rezultate mjerenja. Ultrazvuk je pouzdan alat za uništavanje aglomerata i stvaranje uslova u kojima se primarne čestice drže na adekvatnoj udaljenosti jedna od druge tako da se mogu detektovati kao pojedinačne čestice. Sljedeća studija Sequipa predstavlja uspješnu kombinaciju Hielscher sonikatora sa Sequipovim inline mjernim sistemima za pouzdanu karakterizaciju čestica.

Zbog sila vezivanja između čestica, npr. van der Waalsovih sila, čestice teže aglomeraciji i agregaciji. Pri tome se nekoliko (primarnih) čestica spaja i formira složeniju česticu (tzv. sekundarne čestice). Procesi aglomeracije i agregacije značajno utiču na merenje zbog:

• promjene u distribuciji veličine čestica (pošto se aglomerati mjere kao jedna čestica)
• promjene u svojstvima protoka
• promjene normalnog stanja materijala

Shodno tome, na proces utiču mnoge varijable, što ometa pouzdanu evaluaciju.

Particle Measurement

Sequipovi PAT senzori razvijeni su za direktno mjerenje čestica tako da se promjene u distribuciji veličine čestica dosljedno bilježe i bezbedno procjenjuju. Oprema za merenje PAT na licu mesta omogućava dobijanje dodatnih informacija tokom razvoja novih formulacija u vezi sa ukupnom morfologijom, kao i kontrolu kvaliteta proizvoda tokom obrade.
Mjerenje se može izvesti na licu mjesta u laboratoriji ili inline iu realnom vremenu tokom procesa dajući tačne rezultate mjerenja u zavisnosti od karakteristika proizvoda i dinamičkog raspona veličina.

Problem:

Aglomerati krivotvore rezultate karakterizacije čestica. Za pouzdana mjerenja potrebno je spriječiti proces aglomeracije. Najjednostavniji način bi bio dodavanje disperzanta/disperznog aditiva. Međutim, upotreba disperzanta mijenja originalnu formulaciju proizvoda i posljedično rezultati mjerenja ne bi odražavali distribuciju stvarne veličine. Za kontrolu procesa tokom proizvodnje, upotreba disperzivnih aditiva je stoga neprikladna metoda.

Dijagram ispod prikazuje PVC800, polivinil hlorid, sa distribucijom veličine čestica od max. 500-630μm. Međutim, zbog aglomeracije rezultati mjerenja pokazuju vrhove od 1400 μm.

Slika 1 prikazuje merenje PVC 800: PVC 800 pokazuje normalno raspodelu veličine čestica sa vrhovima na pribl. 500-630μm. Međutim, ovdje se mjere vrhovi do 1400 μm zbog aglomeracije.

Rjesenje:

Alternativa neovisna o procesu je ugradnja ultrazvučnog disperzatora.
Kako bi se demonstrirao pozitivan utjecaj ultrazvučnog dispergiranja, PVC800 suspenzija je deaglomerirana ultrazvučnom obradom. Staklena čaša sa PVC800 formulacijom je sonicirana ultrazvučnim disperzerom UP200S, dok su čestice karakterizirane na licu mjesta pomoću Sequipovog PAT senzora.
Ultrazvučni homogenizator spaja ultrazvučne talase u medijum stvarajući mehaničke vibracije i jake sile smicanja. Ultrazvuk velike snage, niske frekvencije efikasno raspršuje aglomerate. Na taj način, samo pojedinačne čestice dolaze u fokus senzora tako da se može izmjeriti prava raspodjela veličine čestica – kao što je jasno prikazano na sljedećem dijagramu:

Sl.: 2 Dijagram jasno pokazuje da mjerenje PVC 800 čestica ultrazvukom (zeleno) ima manju i pravilniju distribuciju veličine čestica od rezultata mjerenja dobijenih bez ultrazvuka (crveno).

Sažetak

Pokazalo se da je ultrazvuk adekvatan i pouzdan alat za deaglomeracija i lomljenje čestica. Ultrazvučno raspršivanje može se fleksibilno implementirati u bilo kojoj fazi proizvodnje i osigurava pouzdano mjerenje i procjenu veličine čestica sa Sequipovim PAT senzorskim sistemom.