Effekterna av en ultraljudsdispergis på inline-mätningar

För karakterisering och mätning av primärpartiklar bör partiklarna vara väl dispergerade eftersom agglomerat förfalskar mätresultaten. Ultraljud är ett pålitligt verktyg för att förstöra agglomerat och för att skapa förhållanden där de primära partiklarna hålls på tillräckligt avstånd från varandra så att de kan detekteras som enskilda partiklar. Följande studie av Sequip presenterar den framgångsrika kombinationen av Hielscher sonikatorer med Sequips inline-mätsystem för en tillförlitlig partikelkarakterisering.

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

Sequips PAT-sensorer är utvecklade för direkt mätning av partiklar så att förändringar i partikelstorleksfördelningen konsekvent registreras och utvärderas på ett säkert sätt. Den in-situ PAT-mätutrustningen gör det möjligt att få ytterligare information under utvecklingen av nya formuleringar om den övergripande morfologin samt att kontrollera produktkvaliteten under bearbetningen.
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.
För att demonstrera det positiva inflytandet av ultraljudsdispersion, PVC800-suspensionen deagglomererades genom ultraljudsbehandling. En glasbägare med PVC800-formuleringen sonikerades med ultraljudsdispergeringsprogrammet UP200S medan partiklarna karakteriserades in-situ med Sequips 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 erhållits utan ultraljud (röd).

Sammanfattning

Det har visat sig att ultraljud är ett adekvat och tillförlitligt verktyg för De-agglomeration och Brott mot partiklar. Ultraljudsdispersion kan implementeras flexibelt i alla produktionsstadier och säkerställer en tillförlitlig mätning och utvärdering av partikelstorlek med Sequips PAT-sensorsystem.