Ultraskaņas disperģētāja ietekme uz mērījumiem procesa plūsmā

Lai raksturotu un mērītu primārās daļiņas, tām jābūt labi disperģētām, jo aglomerāti izkropļo mērījumu rezultātus. Ultraskaņa ir uzticams līdzeklis aglomerātu izjaukšanai un tādu apstākļu radīšanai, kuros primārās daļiņas tiek uzturētas pietiekamā attālumā cita no citas, lai tās varētu noteikt kā atsevišķas daļiņas. Turpmāk aprakstītajā Sequip pētījumā parādīta veiksmīga Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīču un Sequip mērīšanas sistēmu, kas darbojas procesa plūsmā, apvienošana uzticamai daļiņu raksturošanai.

Daļiņu savstarpējās saistīšanās spēku, piemēram, van der Vālsa spēku, dēļ daļiņām ir tendence aglomerēties un agregēties. Tādējādi vairākas (primārās) daļiņas apvienojas un veido sarežģītāku daļiņu (tā sauktās sekundārās daļiņas). Aglomerācijas un agregācijas procesi būtiski ietekmē mērījumus, jo rodas:

• daļiņu izmēru sadalījuma izmaiņas (jo aglomerāti tiek mērīti kā viena atsevišķa daļiņa)
• plūstamības īpašību izmaiņas
• materiāla normālā stāvokļa izmaiņas

Līdz ar to procesu ietekmē daudzi mainīgie, kas traucē veikt uzticamu novērtēšanu.

Daļiņu mērīšana

Sequip PAT sensori ir izstrādāti tiešai daļiņu mērīšanai, lai daļiņu izmēru sadalījuma izmaiņas tiktu konsekventi reģistrētas un droši novērtētas. In situ PAT mērīšanas aprīkojums ļauj jaunu formulējumu izstrādes laikā iegūt papildu informāciju par kopējo morfoloģiju, kā arī kontrolēt produkta kvalitāti apstrādes laikā.
Mērījumus var veikt in situ laboratorijā vai procesa plūsmā un reāllaikā procesa laikā, iegūstot precīzus mērījumu rezultātus atkarībā no produkta īpašībām un dinamiskā izmēru diapazona.

Problēma:

Aglomerāti izkropļo daļiņu raksturošanas rezultātus. Lai iegūtu uzticamus mērījumus, jānovērš aglomerācijas process. Vienkāršākais veids būtu pievienot disperģentu/ disperģējošu piedevu. Tomēr disperģenta izmantošana maina produkta sākotnējo formulējumu, un līdz ar to mērījumu rezultāti neatspoguļotu faktisko izmēru sadalījumu. Tāpēc disperģējošu piedevu izmantošana ir nepiemērota metode procesa kontrolei ražošanas laikā.

Tālāk redzamajā diagrammā attēlots polivinilhlorīds PVC800, kura daļiņu izmēru sadalījums ir maks. 500–630μm. Tomēr aglomerācijas dēļ mērījumu rezultātos redzami maksimumi pie 1400μm.

1. att. parādīts PVC 800 mērījums: PVC 800 daļiņu izmēru sadalījumam parasti ir maksimumi pie aptuveni 500–630μm. Tomēr šeit aglomerācijas dēļ tiek izmērīti maksimumi līdz pat 1400μm.

Risinājums:

No procesa neatkarīga alternatīva ir ultraskaņas disperģētāja uzstādīšana.
Lai parādītu ultraskaņas disperģēšanas pozitīvo ietekmi, PVC800 suspensija tika deaglomerēta ar ultraskaņu. Stikla vārglāze ar PVC800 formulējumu tika apstrādāta ar ultraskaņas disperģētāju UP200S, vienlaikus raksturojot daļiņas in situ ar Sequip PAT sensoru.
Ultraskaņas homogenizators ievada vidē ultraskaņas viļņus, radot mehāniskas svārstības un spēcīgus bīdes spēkus. Lielas jaudas zemfrekvences ultraskaņa efektīvi disperģē aglomerātus. Tādējādi sensora fokusā nonāk tikai atsevišķas daļiņas, ļaujot izmērīt faktisko daļiņu izmēru sadalījumu – kā uzskatāmi parādīts nākamajā diagrammā:

Att.: 2 Diagramma skaidri parāda, ka PVC 800 daļiņu mērījumam ar ultraskaņu (zaļā krāsā) ir mazāks un vienmērīgāks daļiņu izmēru sadalījums nekā mērījumu rezultātiem, kas iegūti bez ultraskaņas (sarkanā krāsā).

Kopsavilkums

Ir pierādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu ir piemērots un uzticams līdzeklis deaglomerācijai un daļiņu sašķelšanai. Ultraskaņas disperģēšanu var elastīgi ieviest jebkurā ražošanas posmā, un tā nodrošina uzticamu daļiņu izmēru mērīšanu un novērtēšanu ar Sequip PAT sensoru sistēmu.