Effekterna av en ultraljudsdispergis på inline-mätningar

For the characterization and measurement of primary particles, the particles should be well dispersed as agglomerates falsify the measurement results. Ultrasound is a reliable tool to destroy agglomerates and to create conditions where the primary particles are hold in adequate distance to each other so that they can be detected as individual particles. The following study of Sequip presents the successful combination of Hielscher sonicators with Sequip’s inline measurement systems for a reliable particle characterization.

På grund av bindningskrafter mellan partiklar, t.ex. van der Waals-krafter, tenderar partiklar att agglomereras och aggregering. Därmed smälter flera (primära) partiklar samman och bildar en mer komplex partikel (så kallade sekundära partiklar). Agglomerations- och aggregeringsprocesser påverkar mätningen avsevärt på grund av:

• Förändringar i partikelstorleksfördelningen (eftersom agglomeraten mäts som en enda partikel)
• Ändringar i flödesegenskaperna
• förändringar av materialets normala tillstånd

Följaktligen påverkas processen av många variabler, vilket stör en tillförlitlig utvärdering.

Mätning av partiklar

Sequip’s PAT sensors are developed for the direct measurement of particles so that changes in particle size distribution are consistently recorded and safely evaluated. The in-situ PAT measurement equipment allows to gain additional information during the development of new formulations concerning the overall morphology as well as to control product quality during processing.
Mätningen kan utföras in-situ i laboratoriet eller inline och i realtid under processen, vilket ger exakta mätresultat beroende på produktens egenskaper och det dynamiska storleksintervallet.

Problemet:

Agglumerat förfalskar resultaten av partikelkarakterisering. För tillförlitliga mätningar måste agglomerationsprocessen förhindras. Det enklaste sättet skulle vara att tillsätta ett dispergeringsmedel? dispergeringstillsats. Användningen av ett dispergeringsmedel ändrar dock den ursprungliga formuleringen av produkten och följaktligen skulle resultaten av mätningen inte återspegla den verkliga storleksfördelningen. För processtyrningen under produktionen är användningen av dispergeringstillsatser därför en olämplig metod.

Diagrammet nedan visar PVC800, en polyvinylklorid, med en partikelstorleksfördelning på max 500-630 μm. På grund av agglomeration visar dock mätresultaten toppar på 1400 μm.

Fig. 1 visar måttet på PVC 800: PVC 800 visar normalt en partikelstorleksfördelning med toppar på ca 500-630 μm. Här uppmäts dock toppar på upp till 1400 μm på grund av agglomeration.

Lösningen:

Ett processoberoende alternativ är installation av en ultraljudsdispergier.
To demonstrate the positive influence of ultrasonic dispersing, the PVC800 suspension was deagglomerated by sonication. A glass beaker with the PVC800 formulation was sonicated with the ultrasonic disperser UP200S whilst the particles were characterized in-situ with Sequip’s PAT sensor.
Ultraljudshomogenisatorn kopplar ihop ultraljudsvågor i mediet, vilket genererar mekaniska vibrationer och starka skjuvkrafter. Det högeffektiva, lågfrekventa ultraljudet dispergerar agglomeraten effektivt. På så sätt kommer endast enskilda partiklar i sensorns fokus så att den verkliga partikelstorleksfördelningen kan mätas – Som tydligt visas i följande diagram:

Fig. 2: Diagrammet visar tydligt att mätningen av PVC 800-partiklar med ultraljud (grön) har en mindre och mer regelbunden partikelstorleksfördelning än de mätresultat som erhålls utan ultraljud (röd).

Sammanfattning

Det har visat sig att ultraljud är ett adekvat och tillförlitligt verktyg för De-agglomeration och Brott mot partiklar. Ultrasonic dispersing can be implemented flexibly at any stage of production and ensures a reliable measurement and evaluation of particle size with Sequip’s PAT sensor system.