Les effets d’un disperseur à ultrasons sur les mesures en ligne

Pour caractériser et mesurer les particules primaires, celles-ci doivent être bien dispersées, car les agglomérats faussent les résultats de mesure. Les ultrasons constituent un outil fiable pour détruire les agglomérats et créer des conditions dans lesquelles les particules primaires sont maintenues à une distance suffisante les unes des autres pour être détectées individuellement. L’étude suivante de Sequip présente l’association réussie de sonicateurs Hielscher et des systèmes de mesure en ligne de Sequip pour une caractérisation fiable des particules.

En raison des forces de liaison entre les particules, par exemple les forces de van der Waals, les particules ont tendance à s’agglomérer et à s’agréger. Plusieurs particules (primaires) se réunissent alors pour former une particule plus complexe (appelée particule secondaire). Les processus d’agglomération et d’agrégation influencent considérablement la mesure en raison des facteurs suivants :

• modifications de la distribution granulométrique (puisque les agglomérats sont mesurés comme une seule particule)
• modifications des propriétés d’écoulement
• modifications de l’état normal du matériau

Par conséquent, le processus est influencé par de nombreuses variables, ce qui compromet la fiabilité de l’évaluation.

Mesure des particules

Les capteurs PAT de Sequip sont conçus pour mesurer directement les particules afin d’enregistrer systématiquement les modifications de la distribution granulométrique et de les évaluer de manière fiable. L’équipement de mesure PAT in situ permet d’obtenir des informations supplémentaires sur la morphologie globale lors du développement de nouvelles formulations, ainsi que de contrôler la qualité du produit pendant le traitement.
La mesure peut être effectuée in situ en laboratoire ou en ligne et en temps réel pendant le processus, et fournit des résultats de mesure précis en fonction des caractéristiques du produit et de la plage dynamique de tailles.

Le problème :

Les agglomérats faussent les résultats de caractérisation des particules. Pour obtenir des mesures fiables, il faut empêcher le processus d’agglomération. La méthode la plus simple serait d’ajouter un dispersant ou un additif de dispersion. Cependant, l’utilisation d’un dispersant modifie la formulation initiale du produit et, par conséquent, les résultats de mesure ne refléteraient pas la distribution granulométrique réelle. Pour le contrôle du processus pendant la production, l’utilisation d’additifs de dispersion constitue donc une méthode inappropriée.

Le diagramme ci-dessous représente le PVC800, un polychlorure de vinyle, avec une distribution granulométrique de max. 500–630μm. Cependant, en raison de l’agglomération, les résultats de mesure présentent des pics à 1400μm.

La fig. 1 montre la mesure du PVC 800 : le PVC 800 présente normalement une distribution granulométrique avec des pics à environ 500–630μm. Ici, cependant, des pics atteignant 1400μm sont mesurés en raison de l’agglomération.

La solution :

Une solution indépendante du processus consiste à installer un disperseur à ultrasons.
Pour démontrer l’influence positive de la dispersion par ultrasons, la suspension de PVC800 a été désagglomérée par sonication. Un bécher en verre contenant la formulation de PVC800 a été soumis à une sonication avec le disperseur à ultrasons UP200S, tandis que les particules étaient caractérisées in situ à l’aide du capteur PAT de Sequip.
L’homogénéisateur à ultrasons assure le couplage des ondes ultrasonores dans le milieu, générant des vibrations mécaniques et de fortes forces de cisaillement. Les ultrasons de forte puissance et de basse fréquence dispersent efficacement les agglomérats. Ainsi, seules les particules individuelles se trouvent dans la zone de détection du capteur, ce qui permet de mesurer la distribution granulométrique réelle – comme le montre clairement le diagramme suivant :

Fig. : 2 Le diagramme montre clairement que la mesure des particules de PVC 800 avec ultrasons (vert) présente une distribution granulométrique plus petite et plus régulière que les résultats de mesure obtenus sans ultrasons (rouge).

Résumé

Il a été démontré que la sonication constitue un outil adapté et fiable pour la désagglomération et la fragmentation des particules. La dispersion par ultrasons peut être mise en œuvre de manière flexible à n’importe quelle étape de la production et garantit une mesure et une évaluation fiables de la taille des particules avec le système de capteurs PAT de Sequip.