Vliv ultrazvukového dispergátoru na inline měření

For the characterization and measurement of primary particles, the particles should be well dispersed as agglomerates falsify the measurement results. Ultrasound is a reliable tool to destroy agglomerates and to create conditions where the primary particles are hold in adequate distance to each other so that they can be detected as individual particles. The following study of Sequip presents the successful combination of Hielscher sonicators with Sequip’s inline measurement systems for a reliable particle characterization.

V důsledku vazebných sil mezi částicemi, např. van der Waalsovy síly, mají částice tendenci k aglomeraci a agregaci. Přitom se několik (primárních) částic spojí dohromady a vytvoří složitější částici (tzv. sekundární částice). Aglomerace a agregační procesy významně ovlivňují měření v důsledku:

• změny v distribuci velikosti částic (protože aglomeráty se měří jako jedna částice)
• Změny ve vlastnostech proudění
• změny normálního stavu materiálu

V důsledku toho je proces ovlivněn mnoha proměnnými, což narušuje spolehlivé vyhodnocení.

Měření částic

Sequip’s PAT sensors are developed for the direct measurement of particles so that changes in particle size distribution are consistently recorded and safely evaluated. The in-situ PAT measurement equipment allows to gain additional information during the development of new formulations concerning the overall morphology as well as to control product quality during processing.
Měření může být prováděno in-situ v laboratoři nebo inline a v reálném čase během procesu, což poskytuje přesné výsledky měření v závislosti na vlastnostech produktu a dynamickém rozsahu velikosti.

Problém:

Aglomeráty falšují výsledky charakterizace částic. Pro spolehlivá měření je třeba zabránit procesu aglomerace. Nejjednodušším způsobem by bylo přidání dispergátoru/dispergační přísady. Použití dispergátoru však mění původní složení produktu, a proto by výsledky měření neodrážely distribuci skutečné velikosti. Pro řízení procesu během výroby je proto použití dispergačních přísad nevhodnou metodou.

Níže uvedený diagram znázorňuje PVC800, polyvinylchlorid, s distribucí velikosti částic max. 500-630 μm. Díky aglomeraci však výsledky měření ukazují špičky 1400 μm.

Obr. 1 ukazuje měření PVC 800: PVC 800 normálně ukazuje distribuci velikosti částic s vrcholy na cca. 500-630 μm. Zde se však v důsledku aglomerace měří špičky až 1400 μm.

Řešení:

Alternativou nezávislou na procesu je instalace ultrazvukového dispergátoru.
To demonstrate the positive influence of ultrasonic dispersing, the PVC800 suspension was deagglomerated by sonication. A glass beaker with the PVC800 formulation was sonicated with the ultrasonic disperser UP200S whilst the particles were characterized in-situ with Sequip’s PAT sensor.
Ultrazvukový homogenizátor spojuje ultrazvukové vlny s médiem a vytváří mechanické vibrace a silné smykové síly. Vysoce výkonný, nízkofrekvenční ultrazvuk účinně rozptyluje aglomeráty. Díky tomu se do ohniska senzoru dostanou pouze jednotlivé částice, aby bylo možné měřit skutečnou distribuci velikosti částic – Jak je výrazně znázorněno na následujícím diagramu:

Obr. 2: Z diagramu je jasně patrné, že měření částic PVC 800 ultrazvukem (zelená) má menší a pravidelnější distribuci velikosti částic než výsledky měření získané bez ultrazvuku (červená).

Shrnutí

Bylo prokázáno, že ultrazvuku je adekvátním a spolehlivým nástrojem pro Deaglomerace a Rozbití částic. Ultrasonic dispersing can be implemented flexibly at any stage of production and ensures a reliable measurement and evaluation of particle size with Sequip’s PAT sensor system.