超音波分散装置がインライン測定に及ぼす影響

一次粒子の特性評価および測定では、凝集体が測定結果を歪めるため、粒子を十分に分散させる必要があります。超音波は、凝集体を破壊し、一次粒子を互いに適切な距離に保つことで、個々の粒子として検出できる条件を作り出すための信頼性の高い手段です。以下のSequipの研究では、信頼性の高い粒子特性評価を実現するために、Hielscherの超音波処理装置とSequipのインライン測定システムを組み合わせた成功例を紹介します。

ファンデルワールス力など、粒子間に働く結合力により、粒子は凝集および集合する傾向があります。これにより、複数の（一次）粒子が結合して、より複雑な粒子（いわゆる二次粒子）を形成します。凝集および集合の過程は、次の変化によって測定に大きな影響を及ぼします：

• 粒度分布の変化（凝集体が単一の粒子として測定されるため）
• 流動特性の変化
• 材料の通常の状態の変化

その結果、プロセスは多くの変数の影響を受け、信頼性の高い評価が妨げられます。

粒子測定

SequipのPATセンサーは、粒度分布の変化を一貫して記録し、確実に評価できるよう、粒子を直接測定するために開発されています。インサイチュPAT測定装置を使用することで、新しい配合の開発中に全体的な形態に関する追加情報を取得できるとともに、加工中の製品品質を管理できます。
測定は、実験室でインサイチュで行うことも、プロセス中にインラインかつリアルタイムで行うこともでき、製品の特性と動的な粒径範囲に応じて正確な測定結果が得られます。

課題：

凝集体は粒子の特性評価の結果を歪めます。信頼性の高い測定を行うには、凝集の進行を防ぐ必要があります。最も簡単な方法は、分散剤／分散添加剤の添加でしょう。しかし、分散剤を使用すると製品の元の配合が変わるため、測定結果は実際の粒度分布を反映しなくなります。したがって、製造中のプロセス制御において、分散添加剤の使用は不適切な方法です。

下の図は、粒度分布が最大500–630μmのポリ塩化ビニルであるPVC800を示しています。しかし、凝集により、測定結果には1400μmのピークが現れています。

図1はPVC 800の測定を示しています：PVC 800は通常、約500–630μmにピークを持つ粒度分布を示します。しかし、ここでは凝集により、最大1400μmのピークが測定されています。

解決策：

プロセスに依存しない代替手段は、超音波分散装置の設置です。
超音波分散の有益な影響を実証するため、PVC800懸濁液を超音波処理によって解凝集しました。PVC800配合液を入れたガラスビーカーに超音波分散装置UP200Sで超音波処理を行いながら、SequipのPATセンサーで粒子をインサイチュで特性評価しました。
超音波ホモジナイザーは超音波を媒質に結合させ、機械的振動と強いせん断力を発生させます。高出力・低周波の超音波は、凝集体を効果的に分散させます。これにより、個々の粒子のみがセンサーの焦点に入り、真の粒度分布を測定できます – 次の図に明確に示されています：

図：2 この図は、超音波を用いたPVC 800粒子の測定（緑）では、超音波を用いずに得られた測定結果（赤）よりも、粒度分布が小さく、より規則的であることを明確に示しています。

まとめ

超音波処理が 解凝集 および 粒子破砕に適した信頼性の高い手段であることが示されています。超音波分散は製造のどの段階でも柔軟に導入でき、SequipのPATセンサーシステムによる信頼性の高い粒径の測定と評価を確実にします。