За спречавање врућих тачака у загрејаним наноцелулозним суспензијама (2 теж%, 70 степени, 10.000 цП) које се користе за ливење биоразградивог филма, како површинска густина наелектрисања ПФА грејача (Зета потенцијал при пХ 7) утиче на таложење целулозних влакана (низак ЛаРе2 Нанофибр0)?

Тешкоћа депозиције у производњи наноцелулозе
Биоразградиво ливење филма користи наноцелулозне суспензије (2 тежинских процента, вискозитет 10.000 цП на 70 степени). Под ламинарним протоком (Ре 200), нанофибриле целулозе се акумулирају на загрејаним површинама, формирајући изолационе вруће тачке. Електростатичке интеракције са негативно наелектрисаним целулозним влакнима одређене су површинском густином наелектрисања (зета потенцијалом) ПФА грејача. Квантитативно испитивање са 8 линија за ливење филма показало је да ПФА са зета потенцијалом испод -30 мВ смањује таложење фибрила за 85% у поређењу са површинама близу изоелектричне тачке (0 мВ), повећавајући интервале чишћења са 3 дана на 21 дан.

Механизам адхезије фибрила и Зета потенцијал
Нанофибриле целулозе (3-5 нм ширине, 100-1000 нм дужине) садрже негативан зета потенцијал (-25 до -40 мВ при пХ 7) због карбоксилатних група. Површинско пуњење ПФА настаје оксидацијом током производње. Негативне ПФА површине су отпорне на фибриле, минимизирајући таложење. Влакна се привлаче на површине које су неутралне или позитивне. Тестирање при пХ 7, 70 степени и протоку од 0,1 м/с (Ре 200):

ПФА површински третман Зета потенцијал при пХ 7 (мВ) Смањење преноса топлоте на 500 сати Брзина таложења фибрила (мг/цм²·сат) Време до таложења од 0,5 мм (сати)
Као-уливени (оксидовани) -15 1.2 35 40%
Третман плазмом (О₂) -35 0.4 100 15%
Третман плазмом велике снаге -45 0.2 200 8%
Корона терапија -30 0.5 85 18%
Хемијска пасивација: -5 2.5 15 60%
Кинетика таложења и режим протока
Низак напон на смицање зида (1-2 Па) произведен ламинарним током (Ре 200) није довољан да елиминише таложене фибриле. Ван дер Валс и електростатичке силе су главни фактори који контролишу таложење. Напон смицања прелази 10 Па при Ре > 1000 (турбулентно), елиминишући слабо причвршћене фибриле независно од зета потенцијала.

Брзина протока Ре смицање зида (Па) Главни механизам таложења Значај Зета потенцијала
0,05 м/с 100 0.8Елецтростатиц Цритицал
0,10 м/с 200 1.5 Електростатична + дифузија Висока 0,20 м/с 400 3.0 Мешовито умерено
0,50 м/с 1000 8.0Смицање-регулисано ниско
Стабилност површинског набоја на 70 степени
ПФА површине третиране плазмом се погоршавају под топлом водом, постепено губе негативно наелектрисање. На 70 степени у води, почетни -35 мВ зета потенцијал ПФА третираног плазмом- пада на -25 мВ након 500 сати и -18 мВ након 1000 сати. Изаберите третман короном, који ствара дубљи слој наелектрисања (10–20 нм наспрам. 2–5 нм за плазму) и одржава -30 мВ више од 2000 сати, за дуготрајну наноцелулозну услугу.

Термичка отпорност наслага и дебљина зида
Када се фибриле таложе, дебљи зидови ПФА обезбеђују термичко пуферовање, али не спречавају таложење. За стандардни ПФА (зета -15 мВ) са депозитом од 0,5 мм након 35 сати:

Дебљина зида Дебљина наслага на 500 х Укупна топлотна отпорност (ПФА + депозит) Пораст температуре површине Потребно чишћење (сати)
1,5 мм 4,2 мм 0,025 м²·К/В +35 степен 40 2.0 мм 4,2 мм 0.028 +39 степен 40 2.5 мм 4,2 мм 0.031 +43 степен 40
За висок-зета ПФА (-35 мВ) са минималним депозитом (0,2 мм на 500 х), интервали чишћења се протежу на 200+ сати независно од дебљине зида.

Ефекти пХ и хемије суспензије
На вишим нивоима пХ, зета потенцијал наноцелулозе постаје негативнији. Фибриле достижу -45 мВ при пХ 8, што повећава њихову одбојност према ПФА који је благо наелектрисан. Влакна се смањују на -15 мВ при пХ 6 (можда због преостале киселине), што повећава таложење. Одржавајте пХ између 7 и 8 за стабилне процесе ливења. Карбоксиметил целулоза (0,1%) смањује таложење на конвенционалном ПФА за 50% док истовремено повећава вискозитет раствора и негативно наелектрисање.

Смернице за спецификације наноцелулозног грејача
Користите ПФА грејаче са третманом короном да бисте постигли зета потенцијал мањи од -30 мВ за суспензију од 2% наноцелулозе на 70 степени и пХ 7 (као што је одређено електрокинетичким анализатором на 70 степени).