Влияние ультразвукового диспергатора на измерения в потоке

Для определения характеристик и измерения первичных частиц необходимо хорошо диспергировать частицы, поскольку агломераты искажают результаты измерений. Ультразвук – надёжный инструмент для разрушения агломератов и создания условий, при которых первичные частицы удерживаются на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы их можно было обнаружить как отдельные частицы. Представленное ниже исследование Sequip демонстрирует успешное сочетание ультразвуковых устройств Hielscher с системами измерения в потоке Sequip для надёжного определения характеристик частиц.

Из-за сил взаимодействия между частицами, например сил Ван-дер-Ваальса, частицы склонны к агломерации и агрегации. При этом несколько (первичных) частиц объединяются и образуют более сложную частицу (так называемые вторичные частицы). Процессы агломерации и агрегации существенно влияют на измерения вследствие:

• изменений распределения частиц по размерам (поскольку агломераты измеряются как одна отдельная частица)
• изменений свойств течения
• изменений нормального состояния материала

Следовательно, на процесс влияет множество переменных, что мешает надёжной оценке.

Измерение частиц

Датчики PAT компании Sequip разработаны для непосредственного измерения частиц, чтобы изменения распределения частиц по размерам последовательно регистрировались и надёжно оценивались. Измерительное оборудование PAT для измерений in situ позволяет получать дополнительную информацию об общей морфологии при разработке новых составов, а также контролировать качество продукта в ходе обработки.
Измерения можно проводить in situ в лаборатории или в потоке в реальном времени в ходе процесса, получая точные результаты измерений в зависимости от характеристик продукта и динамического диапазона размеров.

Проблема:

Агломераты искажают результаты определения характеристик частиц. Для получения надёжных результатов измерений необходимо предотвращать процесс агломерации. Самым простым способом было бы добавление диспергатора/диспергирующей добавки. Однако использование диспергатора изменяет исходный состав продукта, и, следовательно, результаты измерений не отражали бы реальное распределение по размерам. Поэтому использование диспергирующих добавок является неподходящим методом для контроля процесса в ходе производства.

На приведённой ниже диаграмме показан PVC800, поливинилхлорид, с распределением частиц по размерам максимум 500–630μm. Однако из-за агломерации результаты измерений показывают пики на 1400μm.

На рис. 1 показаны результаты измерения PVC 800: обычно PVC 800 демонстрирует распределение частиц по размерам с пиками примерно на 500–630μm. Однако здесь из-за агломерации измеряются пики вплоть до 1400μm.

Решение:

Альтернативой, не зависящей от процесса, является установка ультразвукового диспергатора.
Чтобы продемонстрировать положительное влияние ультразвукового диспергирования, суспензию PVC800 подвергли деагломерации посредством обработки ультразвуком. Состав PVC800 в стеклянном лабораторном стакане обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового диспергатора UP200S, одновременно определяя характеристики частиц in situ с помощью датчика PAT компании Sequip.
Ультразвуковой гомогенизатор передаёт ультразвуковые волны в среду, создавая механические колебания и мощные силы сдвига. Мощный низкочастотный ультразвук эффективно диспергирует агломераты. При этом в фокус датчика попадают только отдельные частицы, что позволяет измерить истинное распределение частиц по размерам – как наглядно показано на следующей диаграмме:

Рис.: 2 Диаграмма ясно показывает, что измерение частиц PVC 800 с применением ультразвука (зелёный цвет) даёт меньшее и более равномерное распределение частиц по размерам, чем результаты измерений, полученные без ультразвука (красный цвет).

Итоги

Было показано, что обработка ультразвуком является подходящим и надёжным инструментом для деагломерации и разрушения частиц. Ультразвуковое диспергирование можно гибко внедрять на любом этапе производства; оно обеспечивает надёжное измерение и оценку размера частиц с помощью системы датчиков PAT компании Sequip.