Az ultrahangos diszpergáló hatása az inline mérésekre

Az elsődleges részecskék jellemzéséhez és méréséhez a részecskéket jól el kell szórni, mivel az agglomerátumok meghamisítják a mérési eredményeket. Az ultrahang megbízható eszköz az agglomerátumok elpusztítására és olyan körülmények megteremtésére, ahol az elsődleges részecskék megfelelő távolságban vannak egymástól, hogy egyedi részecskékként kimutathatók legyenek. A Sequip következő tanulmánya bemutatja a Hielscher ultrahangos készülékek és a Sequip inline mérőrendszereinek sikeres kombinációját a részecskék megbízható jellemzése érdekében.

A részecskék közötti kötőerők, pl. a van der Waals-erők miatt a részecskék hajlamosak az agglomerációra és az aggregációra. Ezáltal több (elsődleges) részecske egyesül és összetettebb részecskét alkot (úgynevezett másodlagos részecskék). Az agglomerációs és aggregációs folyamatok jelentősen befolyásolják a mérést az alábbiak miatt:

• a szemcseméret-eloszlás változásai (mivel az agglomerátumokat egyetlen részecskeként mérik)
• A folyamat tulajdonságainak változásai
• az anyag normál állapotának megváltozása

Következésképpen a folyamatot számos változó befolyásolja, ami zavarja a megbízható értékelést.

Szemcsemérés

A Sequip PAT érzékelőit a részecskék közvetlen mérésére fejlesztették ki, így a szemcsék méreteloszlásának változásai következetesen rögzíthetők és biztonságosan kiértékelhetők. Az in-situ PAT mérőberendezés lehetővé teszi további információk megszerzését az új készítmények kifejlesztése során az általános morfológiáról, valamint a termékminőség ellenőrzését a feldolgozás során.
A mérés elvégezhető a laboratóriumban a helyszínen, vagy inline és valós időben a folyamat során, pontos mérési eredményeket biztosítva a termék jellemzőitől és a dinamikus mérettartománytól függően.

A probléma:

Az agglomerátumok meghamisítják a részecskejellemzés eredményeit. A megbízható mérések érdekében meg kell akadályozni az agglomeráció folyamatát. A legegyszerűbb módszer egy diszpergálószer/diszpergáló adalékanyag hozzáadása. A diszpergálószer használata azonban megváltoztatja a termék eredeti összetételét, következésképpen a mérési eredmények nem tükrözik a valós méreteloszlást. A gyártás során a folyamatszabályozáshoz ezért a diszpergáló adalékanyagok használata nem megfelelő módszer.

Az alábbi ábra a PVC800-at, egy polivinil-kloridot ábrázolja, amelynek részecskeméret-eloszlása max. 500-630μm. Az agglomeráció miatt azonban a mérési eredmények 1400 μm-es csúcsokat mutatnak.

Az 1. ábra a PVC 800 mérését mutatja: A PVC 800 normál szemcseméret-eloszlást mutat, csúcsok kb. 500-630 μm. Itt azonban az agglomeráció miatt akár 1400 μm-es csúcsokat is mérnek.

A megoldás:

A folyamatfüggetlen alternatíva az ultrahangos diszpergáló telepítése.
Az ultrahangos diszpergálás pozitív hatásának bemutatására a PVC800 szuszpenziót szonikálással deagglomeráltuk. A PVC800 készítményű üvegpoharat ultrahangos diszpergálóval ultrahanggal kezeltük UP200S, míg a részecskéket in situ jellemeztük a Sequip PAT érzékelőjével.
Az ultrahangos homogenizátor ultrahanghullámokat kapcsol a közegbe, mechanikai rezgéseket és erős nyíróerőket generálva. A nagy teljesítményű, alacsony frekvenciájú ultrahang hatékonyan diszpergálja az agglomerátumokat. Ezáltal csak az egyes részecskék kerülnek a szenzor fókuszába, így mérhető a valódi szemcseméret-eloszlás – amint azt a következő ábra mutatja:

2. ábra: Az ábra világosan mutatja, hogy a PVC 800 részecskék ultrahanggal (zöld) történő mérése kisebb és szabályosabb szemcseméret-eloszlással rendelkezik, mint az ultrahang nélkül kapott mérési eredmények (piros).

Összefoglalás

Kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés megfelelő és megbízható eszköz de-agglomeráció és részecsketörés. Az ultrahangos diszpergálás rugalmasan megvalósítható a gyártás bármely szakaszában, és biztosítja a részecskeméret megbízható mérését és értékelését a Sequip PAT érzékelő rendszerével.