L-Isfida tad-Depożizzjoni fl-Ipproċessar tan-Nanoċelluloża
Is-sospensjonijiet tan-nanoċelluloża (2 wt%, viskożità 10,000 cP f'70 grad) jintużaw għall-ikkastjar tal-film bijodegradabbli. Taħt fluss laminari (Re 200), in-nanofibri taċ-ċelluloża jiddepożitaw fuq uċuħ imsaħħna, u joħolqu hot spots iżolanti. Id-densità ta 'ċarġ tal-wiċċ tal-heater PFA (potenzjal zeta) tiddetermina interazzjonijiet elettrostatiċi ma' fibri taċ-ċelluloża ċċarġjati b'mod negattiv. Analiżi kwantitattiva minn 8 linji tal-ikkastjar tal-films turi li PFA b'potenzjal zeta taħt -30 mV inaqqas id-depożizzjoni tal-fibril b'85% meta mqabbel ma 'uċuħ qrib il-punt iżoelettriku (0 mV), li jestendi l-intervalli tat-tindif minn 3 ijiem għal 21 jum.
Potenzjal Zeta u Mekkaniżmu ta 'Adeżjoni tal-Fibril
Nanofibrils taċ-ċelluloża (3-5 nm wiesgħa, 100-1000 nm twal) għandhom potenzjal zeta negattiv (-25 sa -40 mV f'pH 7) minħabba gruppi karbossilati. Il-piż tal-wiċċ tal-PFA joriġina mill-ossidazzjoni waqt l-ipproċessar. Uċuħ negattivi tal-PFA jirripellaw il-fibri, u jnaqqsu d-depożizzjoni. Uċuħ pożittivi jew newtrali jattiraw fibri. Ittestjar f'70 grad, pH 7, fluss 0.1 m/s (Re 200):
| Trattament tal-wiċċ PFA | Potenzjal Zeta f'pH 7 (mV) | Rata ta' Depożizzjoni tal-Fibril (mg/cm²·siegħa) | Ħin sa 0.5mm Depożitu (sigħat) | Tnaqqis tat-Trasferiment tas-Sħana f'500h |
|---|---|---|---|---|
| Kif-iffurmat (ossidat) | -15 | 1.2 | 35 | 40% |
| Trattament bil-plażma (O₂) | -35 | 0.4 | 100 | 15% |
| Trattament bil-plażma (qawwa għolja) | -45 | 0.2 | 200 | 8% |
| Trattament Corona | -30 | 0.5 | 85 | 18% |
| Passivazzjoni kimika | -5 | 2.5 | 15 | 60% |
Reġim tal-Fluss u Kinetika tad-Depożizzjoni
Il-fluss laminari (Re 200) joħloq stress ta 'shear tal-ħajt baxx (1-2 Pa), insuffiċjenti biex jitneħħew fibri depożitati. Id-depożizzjoni hija primarjament ikkontrollata minn forzi elettrostatiċi u van der Waals. F'Re > 1000 (turbulenti), l-istress shear jaqbeż l-10 Pa, u jneħħi fibri li aderixxu b'mod dgħajjef irrispettivament mill-potenzjal zeta.
| Veloċità tal-Fluss | Ri | Wall Shear (Pa) | Mekkaniżmu ta' Depożizzjoni Dominanti | Zeta Potenzjal Importanza |
|---|---|---|---|---|
| 0.05 m/s | 100 | 0.8 | Elettrostatiku | Kritika |
| 0.10 m/s | 200 | 1.5 | Elettrostatiku + diffużjoni | Għoli |
| 0.20 m/s | 400 | 3.0 | Imħallat | Moderat |
| 0.50 m/s | 1000 | 8.0 | Shear-ikkontrollat | Baxx |
Stabbiltà ta 'Ċarġ tal-wiċċ f'70 grad
L-uċuħ ta' PFA-trattati bil-plażma jiddegradaw fl-ilma sħun, u maż-żmien jitilfu l-ħlas negattiv. Il-potenzjal Zeta ta' PFA-trattat fil-plażma (-35 mV inizjali) jonqos għal -25 mV wara 500 siegħa, -18 mV wara 1000 siegħa f'70 grad fl-ilma. Għal servizz tan-nanoċelluloża fit-tul, speċifika trattament tal-korona li jipproduċi saff ta' ċarġ aktar profond (10-20 nm vs. 2-5 nm għall-plażma), li jżomm -30 mV għal 2000+ sigħat.
Ħxuna tal-ħajt u Reżistenza Termali tad-Depożitu
Ladarba l-fibri jiddepożitaw, ħitan eħxen tal-PFA jipprovdu buffering termali iżda ma jipprevjenux id-depożizzjoni. Għal PFA standard (zeta -15 mV) b'depożitu ta '0.5mm wara 35 siegħa:
| Ħxuna tal-ħajt | Ħxuna tad-depożitu f'500h | Reżistenza Termali Totali (PFA + depożitu) | Żieda fit-temperatura tal-wiċċ | Tindif Meħtieġa (sigħat) |
|---|---|---|---|---|
| 1.5mm | 4.2mm | 0.025 m²·K/W | +35 grad | 40 |
| 2.0mm | 4.2mm | 0.028 | +39 grad | 40 |
| 2.5mm | 4.2mm | 0.031 | +43 grad | 40 |
Għal -zeta PFA għoli (-35 mV) b'depożitu minimu (0.2mm f'500h), l-intervalli tat-tindif jestendu għal 200+ sigħat irrispettivament mill-ħxuna tal-ħajt.
pH u Effetti tal-Kimika tas-Sospensjoni
Il-potenzjal tan-nanocellulose zeta isir aktar negattiv f'pH ogħla. F'pH 8, il-fibrili jilħqu -45 mV, u jżidu r-repulsjoni minn PFA iċċarġjat b'mod moderat. F'pH 6 (possibbli mill-aċidu residwu), il-fibri jinżlu għal -15 mV, u jżidu d-depożizzjoni. Għal operazzjonijiet ta 'ikkastjar stabbli, żomm pH 7-8. Iż-żieda ta 'carboxymethyl cellulose (0.1%) iżżid il-viskożità tas-sospensjoni iżda żżid ukoll il-ħlas negattiv, u tnaqqas id-depożizzjoni b'50% fuq PFA standard.
Gwida tal-Ispeċifikazzjoni għall-Heaters tan-Nanoċelluloża
Għal sospensjoni ta' 2% nanoċelluloża f'70 grad, pH 7, speċifika ħiters PFA bi trattament tal-korona li jikseb potenzjal zeta taħt -30 mV (imkejjel b'analizzatur elettrokinetiku f'70 grad). Jeħtieġ ċertifikazzjoni tal-fornitur tal-potenzjal zeta wara immersjoni ta' 1000-siegħa f'ilma ta' 70 grad. Għall-ħxuna tal-ħajt, 2.0mm huwa adegwat meta d-depożizzjoni tkun ikkontrollata. Għal sistemi ta 'fluss laminari (Re < 500), speċifika zeta potenzjal taħt -35 mV. Il-primjum għal PFA ittrattat bil-korona (15-25% fuq l-istandard) huwa ġġustifikat billi l-intervalli tat-tindif jiġu estiżi minn 3 ijiem għal 3 ġimgħat f'ikkastjar kontinwu ta 'film tan-nanoċelluloża, fejn il-ħin ta' waqfien għat-tneħħija tad-depożitu jiswa $ 5,000-20,000 għal kull inċident. Għal sistemi ta' R&D, PFA ittrattat bil-plażma bi tindif ta' kull ġimgħa jista' jkun aċċettabbli. Għal fluss turbulenti (Re > 1000), PFA standard b'ħitan ta '2.5mm huwa biżżejjed.
