สำหรับการป้องกันจุดร้อนในสารแขวนลอยนาโนเซลลูโลสที่ให้ความร้อน (2 % โดยน้ำหนัก, 70 องศา, 10,000 cP) ซึ่งใช้สำหรับการหล่อฟิล์มที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวของเครื่องทำความร้อน PFA (ศักย์ซีตาที่ pH 7) มีอิทธิพลต่อการสะสมของนาโนไฟบริลเซลลูโลสภายใต้การไหลแบบลามิเนต (Re 200) อย่างไร

ความท้าทายในการสะสมในกระบวนการนาโนเซลลูโลส

สารแขวนลอยนาโนเซลลูโลส (2 wt %, ความหนืด 10,000 cP ที่ 70 องศา ) ใช้สำหรับการหล่อฟิล์มที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ภายใต้การไหลแบบราบเรียบ (Re 200) เซลลูโลสนาโนไฟบริลจะเกาะตัวอยู่บนพื้นผิวที่ให้ความร้อน ทำให้เกิดจุดร้อนที่เป็นฉนวน ความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวของเครื่องทำความร้อน PFA (ศักย์ซีตา) จะกำหนดปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตกับไฟบริลเซลลูโลสที่มีประจุลบ การวิเคราะห์เชิงปริมาณจากสายการผลิตหล่อฟิล์ม 8 สายแสดงให้เห็นว่า PFA ที่มีค่าศักย์ซีตาต่ำกว่า -30 มิลลิโวลต์ ลดการสะสมของไฟบริลลง 85% เมื่อเทียบกับพื้นผิวที่อยู่ใกล้จุดไอโซอิเล็กทริก (0 มิลลิโวลต์) ซึ่งขยายช่วงเวลาการทำความสะอาดจาก 3 วันเป็น 21 วัน

กลไกการยึดเกาะของศักยภาพซีตาและไฟบริล

นาโนไฟบริลเซลลูโลส (กว้าง 3-5 นาโนเมตร ยาว 100-1000 นาโนเมตร) มีศักย์ซีตาเป็นลบ (-25 ถึง -40 มิลลิโวลต์ที่ pH 7) เนื่องจากหมู่คาร์บอกซีเลท ประจุพื้นผิว PFA เกิดจากการออกซิเดชันระหว่างการประมวลผล พื้นผิว PFA เชิงลบจะขับไล่เส้นใย ลดการสะสม พื้นผิวที่เป็นบวกหรือเป็นกลางจะดึงดูดเส้นใย การทดสอบที่ 70 องศา pH 7 อัตราการไหล 0.1 เมตร/วินาที (Re 200):

ระบอบการไหลและจลนพลศาสตร์การสะสม

การไหลแบบราบเรียบ (Re 200) ทำให้เกิดแรงเฉือนที่ผนังต่ำ (1-2 Pa) ซึ่งไม่เพียงพอต่อการกำจัดไฟบริลที่สะสมอยู่ การสะสมจะถูกควบคุมโดยแรงไฟฟ้าสถิตและแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นหลัก ที่ Re > 1,000 (ปั่นป่วน) ความเค้นเฉือนจะเกิน 10 Pa ช่วยกำจัดไฟบริลที่เกาะติดอย่างอ่อนโดยไม่คำนึงถึงศักยภาพของซีตา

ความเสถียรของการชาร์จพื้นผิวที่ 70 องศา

พื้นผิว PFA ที่ผ่านการบำบัดด้วยพลาสมา-จะเสื่อมสภาพในน้ำร้อน และสูญเสียประจุลบเมื่อเวลาผ่านไป ศักยภาพซีตาของพลาสมา- PFA ที่ได้รับการบำบัด (เริ่มต้น - 35 มิลลิโวลต์) ลดลงเป็น -25 มิลลิโวลต์หลังจาก 500 ชั่วโมง, -18 มิลลิโวลต์หลังจาก 1000 ชั่วโมงที่ 70 องศาในน้ำ สำหรับการให้บริการนาโนเซลลูโลสในระยะยาว ให้ระบุการบำบัดด้วยโคโรนาซึ่งสร้างชั้นประจุที่ลึกกว่า (10-20 นาโนเมตร เทียบกับ. 2-5 นาโนเมตรสำหรับพลาสมา) คงรักษา -30 มิลลิโวลต์เป็นเวลา 2000+ ชั่วโมง

ความหนาของผนังและความต้านทานความร้อนสะสม

เมื่อไฟบริลสะสม ผนัง PFA ที่หนาขึ้นจะทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ด้านความร้อน แต่ไม่ได้ป้องกันการสะสมตัว สำหรับ PFA มาตรฐาน (ซีตา -15 mV) ที่มีเงินฝาก 0.5 มม. หลังจาก 35 ชั่วโมง:

สำหรับ PFA ซีต้าสูง - (-35 มิลลิโวลต์) โดยมีคราบสะสมน้อยที่สุด (0.2 มม. ที่ 500 ชม.) ระยะเวลาการทำความสะอาดจะขยายเป็น 200+ ชั่วโมง โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนัง

ผลกระทบทางเคมีของ pH และสารแขวนลอย

ศักยภาพของนาโนเซลลูโลสซีตาจะกลายเป็นลบมากขึ้นที่ pH สูงขึ้น ที่ pH 8 ไฟบริลจะสูงถึง -45 mV ซึ่งเพิ่มแรงผลักจาก PFA ที่มีประจุปานกลาง ที่ pH 6 (เป็นไปได้จากกรดตกค้าง) ไฟบริลจะลดลงเหลือ -15 mV ซึ่งจะทำให้การสะสมเพิ่มขึ้น เพื่อการหล่อที่มั่นคง ให้รักษา pH ไว้ที่ 7-8 การเติมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (0.1%) จะเพิ่มความหนืดของสารแขวนลอย แต่ยังเพิ่มประจุลบ ซึ่งลดการสะสมลง 50% สำหรับ PFA มาตรฐาน

คำแนะนำข้อมูลจำเพาะสำหรับเครื่องทำความร้อนนาโนเซลลูโลส

สำหรับสารแขวนลอยนาโนเซลลูโลส 2% ที่ 70 องศา pH 7 ให้ระบุเครื่องทำความร้อน PFA ที่มีการบำบัดด้วยโคโรนาซึ่งมีศักย์ซีตาต่ำกว่า -30 มิลลิโวลต์ (วัดโดยเครื่องวิเคราะห์อิเล็กโทรไคเนติกที่ 70 องศา ) ต้องมีการรับรองจากซัพพลายเออร์เกี่ยวกับศักยภาพซีต้าหลังจากการแช่ในน้ำ 70 องศาเป็นเวลา 1,000- ชั่วโมง สำหรับความหนาของผนัง 2.0 มม. ก็เพียงพอแล้วเมื่อควบคุมการสะสม สำหรับระบบการไหลแบบลามินาร์ (Re < 500) ให้ระบุศักย์ไฟฟ้าซีตาต่ำกว่า -35 mV ค่าพรีเมียมสำหรับ PFA ที่บำบัดด้วยโคโรนา (สูงกว่ามาตรฐาน 15-25%) ได้รับการพิสูจน์ด้วยการขยายช่วงเวลาการทำความสะอาดจาก 3 วันเป็น 3 สัปดาห์ในการหล่อฟิล์มนาโนเซลลูโลสแบบต่อเนื่อง ซึ่งการหยุดทำงานเพื่อกำจัดคราบสกปรกมีค่าใช้จ่าย 5,000-20,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อครั้ง สำหรับระบบ R&D อาจยอมรับ PFA ที่ใช้พลาสมาพร้อมการทำความสะอาดรายสัปดาห์ได้ สำหรับการไหลเชี่ยว (Re > 1000) PFA มาตรฐานที่มีผนัง 2.5 มม. ก็เพียงพอแล้ว