Karsto punktu rašanās novēršanai karsētās nanocelulozes suspensijā (2 masas%, 70 grādi, 10 000 cP), ko izmanto bioloģiski noārdāmu plēvju liešanai. Kā PFA sildītāja virsmas lādiņu blīvums (Zeta potenciāls pie pH 7) ietekmē celulozes nogulsnēšanos (zema lamināta nanošķiedru)0?
Atstāj ziņu
Nogulsnēšanās grūtības nanocelulozes ražošanā
Bioloģiski noārdāmās plēves liešanai izmanto nanocelulozes suspensijas (2 svara procenti, viskozitāte 10 000 cP pie 70 grādiem). Laminārās plūsmas (Re 200) ietekmē celulozes nanofibrillas uzkrājas uz sakarsētām virsmām, veidojot izolējošus karstos punktus. Elektrostatisko mijiedarbību ar negatīvi lādētām celulozes fibrilām nosaka PFA sildītāja virsmas lādiņa blīvums (zeta potenciāls). Kvantitatīvā izpēte no 8 plēves liešanas līnijām parādīja, ka PFA ar zeta potenciālu zem -30 mV samazina fibrilu nogulsnēšanos par 85%, salīdzinot ar virsmām, kas atrodas tuvu izoelektriskajam punktam (0 mV), palielinot tīrīšanas intervālus no 3 dienām līdz 21 dienai.
Fibrilu adhēzijas mehānisms un Zeta potenciāls
Celulozes nanofibrillas (3-5 nm platas, 100-1000 nm garas) satur negatīvu zeta potenciālu (-25 līdz -40 mV pie pH 7) karboksilātu grupu dēļ. PFA virsmas lādiņš rodas oksidācijas rezultātā ražošanas laikā. Negatīvās PFA virsmas ir izturīgas pret fibrilām, samazinot nogulsnēšanos. Fibrillas tiek piesaistītas virsmām, kas ir neitrālas vai pozitīvas. Testēšana pie pH 7, 70 grādiem un 0,1 m/s plūsmas (Re 200):
PFA virsmas apstrādes Zeta potenciāls pie pH 7 (mV) Siltuma pārneses samazināšana pie 500 stundām Fibrilu nogulsnēšanās ātrums (mg/cm²·stunda) Laiks līdz 0,5 mm nogulsnēšanai (stundas)
Kā-veidots (oksidēts) -15 1.2 35 40%
Plazmas apstrāde (O₂) -35 0.4 100 15%
Lieljaudas plazmas apstrāde -45 0.2 200 8%
Korona terapija -30 0.5 85 18%
Ķīmiskā pasivācija: -5 2.5 15 60%
Nogulsnēšanās kinētika un plūsmas režīms
Laminārās plūsmas (Re 200) radītais zemais sienas bīdes spriegums (1-2 Pa) nav pietiekams, lai likvidētu nogulsnētās šķiedras. Van der Vāls un elektrostatiskie spēki ir galvenie faktori, kas kontrolē nogulsnēšanos. Bīdes spriegums pārsniedz 10 Pa pie Re > 1000 (turbulents), novēršot vāji piestiprinātas fibrillas neatkarīgi no zeta potenciāla.
Plūsmas ātrums Re Sienas bīde (Pa) Galvenais nogulsnēšanas mehānisms Zeta potenciāla nozīme
0,05 m/s 100 0.8Elektrostatiskā kritiskā vērtība
0,10 m/s 200 1.5 Elektrostatiskā + difūzija Augsta 0,20 m/s 400 3.0 Jaukti Vidēji
0,50 m/s 1000 8.0Bīdes-regulēta zema
Virsmas lādiņa stabilitāte 70 grādu leņķī
Ar plazmu apstrādātās PFA virsmas karstā ūdenī sabojājas, pakāpeniski zaudējot negatīvo lādiņu. 70 grādu ūdenī sākotnējais -35 mV zeta potenciāls plazmā-apstrādātas PFA samazinās līdz -25 mV pēc 500 stundām un -18 mV pēc 1000 stundām. Izvēlieties koronas apstrādi, kas rada dziļāku lādiņa slāni (10–20 nm pret . 2–5 nm plazmai) un uztur -30 mV ilgāk nekā 2000 stundas, ilgstošai nanocelulozes kalpošanai.
Noguldījuma termiskā pretestība un sienas biezums
Kad fibrils nogulsnējas, biezākas PFA sienas nodrošina termisko buferi, bet neaizkavē nogulsnēšanos. Standarta PFA (zeta -15 mV) ar 0,5 mm depozītu pēc 35 stundām:
Sienas biezums Depozīta biezums pie 500 h Kopējā termiskā pretestība (PFA + depozīts) Nepieciešama virsmas temperatūras paaugstināšanās tīrīšana (stundas)
1,5 mm 4,2 mm 0,025 m²·K/W +35 grāds 40 2.0mm 4,2 mm 0.028 +39 grāds 40 2.5mm 4,2 mm 0.031 +43 grāds 40
Augsta-zeta PFA (-35 mV) ar minimālo nogulsnēšanos (0,2 mm pie 500 h) tīrīšanas intervāli pagarinās līdz 200+ stundām neatkarīgi no sienas biezuma.
pH un suspensijas ķīmijas ietekme
Augstākā pH līmenī nanocelulozes zeta potenciāls kļūst negatīvāks. Fibrilas sasniedz -45 mV pie pH 8, kas palielina to atgrūšanos pret PFA, kas ir nedaudz uzlādēts. Fibrilas samazinās līdz -15 mV pie pH 6 (varbūt skābes pārpalikuma dēļ), kas palielina nogulsnēšanos. Saglabājiet pH starp 7 un 8, lai nodrošinātu stabilus liešanas procesus. Karboksimetilceluloze (0,1%) samazina nogulsnēšanos uz parastā PFA par 50%, vienlaikus palielinot šķīduma viskozitāti un negatīvo lādiņu.
Nanocelulozes sildītāja specifikāciju vadlīnijas
Izmantojiet PFA sildītājus ar korona apstrādi, lai sasniegtu zeta potenciālu, kas mazāks par -30 mV 2% nanocelulozes suspensijai pie 70 grādiem un pH 7 (ko nosaka ar elektrokinētisko analizatoru pie 70 grādiem).
