Az ultrahangos diszpergálóberendezés hatása a folyamatba épített mérésekre

A primer részecskék jellemzéséhez és méréséhez a részecskéket jól kell diszpergálni, mivel az agglomerátumok meghamisítják a mérési eredményeket. Az ultrahang megbízható eszköz az agglomerátumok felbontására és olyan körülmények kialakítására, amelyek között a primer részecskék egymástól megfelelő távolságban maradnak, így különálló részecskékként érzékelhetők. A Sequip alábbi tanulmánya a Hielscher ultrahangos kezelőberendezéseinek és a Sequip folyamatba épített mérőrendszereinek sikeres kombinációját mutatja be a részecskék megbízható jellemzéséhez.

A részecskék közötti kötőerők, például a van der Waals-erők miatt a részecskék hajlamosak az agglomerációra és az aggregációra. Ennek során több (primer) részecske egyesül, és összetettebb részecskét alkot (úgynevezett szekunder részecskéket). Az agglomerációs és aggregációs folyamatok jelentősen befolyásolják a mérést az alábbiak miatt:

• a részecskeméret-eloszlás változásai (mivel az agglomerátumokat egyetlen részecskeként mérik)
• az áramlási tulajdonságok változásai
• az anyag normál állapotának változásai

Következésképpen a folyamatot számos változó befolyásolja, ami akadályozza a megbízható kiértékelést.

Részecskemérés

A Sequip PAT-érzékelőit a részecskék közvetlen mérésére fejlesztették ki, hogy a részecskeméret-eloszlás változásait következetesen rögzíteni és biztonsággal kiértékelni lehessen. Az in situ PAT-mérőberendezés új formulációk fejlesztése során további információkat nyújt az általános morfológiáról, és lehetővé teszi a termékminőség ellenőrzését a feldolgozás során.
A mérés elvégezhető in situ a laboratóriumban, vagy a folyamatba építve, valós időben, a folyamat során; a termék jellemzőitől és a dinamikus mérettartománytól függően pontos mérési eredményeket szolgáltat.

A probléma:

Az agglomerátumok meghamisítják a részecskejellemzés eredményeit. A megbízható mérésekhez meg kell akadályozni az agglomeráció folyamatát. A legegyszerűbb módszer egy diszpergálószer/ diszpergáló adalék hozzáadása lenne. A diszpergálószer használata azonban megváltoztatja a termék eredeti formulációját, ezért a mérési eredmények nem tükröznék a tényleges méreteloszlást. A diszpergáló adalékok használata ezért nem megfelelő módszer a gyártás közbeni folyamatszabályozáshoz.

Az alábbi diagram a PVC800 polivinil-kloridot ábrázolja, amelynek részecskeméret-eloszlása max. 500–630μm. Az agglomeráció miatt azonban a mérési eredmények 1400μm-nél mutatnak csúcsokat.

Az 1. ábra a PVC 800 mérését mutatja: a PVC 800 részecskeméret-eloszlásának csúcsai általában kb. 500–630μm-nél jelentkeznek. Itt azonban az agglomeráció miatt akár 1400μm-nél jelentkező csúcsokat is mérnek.

A megoldás:

A folyamattól független alternatívát jelent egy ultrahangos diszpergálóberendezés telepítése.
Az ultrahangos diszpergálás kedvező hatásának bemutatására a PVC800-szuszpenzió agglomerátumait ultrahangos kezeléssel bontották fel. A PVC800-formulációt tartalmazó üveg főzőpoharat az UP200S ultrahangos diszpergálóberendezéssel kezelték, miközben a részecskéket a Sequip PAT-érzékelőjével in situ jellemezték.
Az ultrahangos homogenizátor ultrahanghullámokat csatol be a közegbe, mechanikai rezgéseket és erős nyíróerőket hozva létre. A nagy teljesítményű, alacsony frekvenciájú ultrahang hatékonyan diszpergálja az agglomerátumokat. Így csak különálló részecskék kerülnek az érzékelő fókuszába, ami lehetővé teszi a tényleges részecskeméret-eloszlás mérését – ahogyan azt az alábbi diagram szemléletesen mutatja:

2. ábra: A diagram egyértelműen mutatja, hogy a PVC 800 részecskék ultrahanggal végzett mérése (zöld) kisebb és egyenletesebb részecskeméret-eloszlást eredményez, mint az ultrahang nélkül kapott mérési eredmények (piros).

Összefoglalás

Kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés megfelelő és megbízható eszköz az agglomerátumok felbontására és a részecskék aprítására. Az ultrahangos diszpergálás rugalmasan alkalmazható a gyártás bármely szakaszában, és a Sequip PAT-érzékelőrendszerével biztosítja a részecskeméret megbízható mérését és kiértékelését.