پایدار در آزمایشگاه، لخته سازی در تولید: آیا این طبل امولسیون موم واقعاً مقصر است؟

یک طبل امولسیون موم شش ماه است که در انبار نشسته است. شما یک نمونه می گیرید، آزمایش ها را اجرا می کنید و هر شاخص مشخصات مورد نیاز را برآورده می کند.

به عنوان یک "محصول پایدار" خریداری شد: ظاهر یکنواخت، بدون جدا شدن یا لخته شدن. حتی پس از دوره ذخیره سازی، نتایج آزمایش بدون تغییر باقی می ماند.

اما با ورود به خط تولید همه چیز تغییر می کند.

امولسیون با نسبت مشخص شده به سیستم اضافه می شود و پردازش تحت گرما و فشار آغاز می شود. ذرات امولسیون شروع به نزدیک شدن به هم می کنند و دانه های بزرگتری را تشکیل می دهند. پراکندگی ناهموار می شود و در نهایت لخته های قابل مشاهده ظاهر می شوند. عیوب سطحی ایجاد می شود و کیفیت کل دسته را به خطر می اندازد.

حتی پس از تمیز کردن تجهیزات، تعویض مواد و شروع مجدد تولید، همان مشکل در همان مکان باز می گردد.

شما دوباره تحقیق کنید خود امولسیون مورد بازرسی قرار می گیرد و فرمول موجود شما برای مدت طولانی بدون مشکل کار می کند.

هر دو به خودی خود خوب به نظر می رسند - پس چرا لخته سازی همچنان در خط تولید شما اتفاق می افتد؟

چرا امولسیون به تنهایی پایدار است اما در سیستم شما لخته می شود؟

امولسیون موم به سادگی موم حل شده در آب نیست. این شامل ذرات ریز موم است که در یک محیط مبتنی بر آب پراکنده شده اند. برای حفظ توزیع یکنواخت این ذرات، امولسیفایرها یک لایه محافظ در اطراف آنها ایجاد می کنند که به جلوگیری از تجمع آنها کمک می کند.

با این حال، پایداری امولسیون به چیزی بیشتر از خود امولسیون بستگی دارد. همچنین بستگی به نحوه تعامل ذرات با یکدیگر دارد و اینکه آیا آنها می توانند پس از مخلوط شدن امولسیون با سایر مواد پراکنده باقی بمانند.

اولین چیزی که باید درک کنید این است که لخته شدن امولسیون موم می تواند دلایل مختلفی داشته باشد.

تغییرات در غلظت الکترولیت، نوسانات pH، ناسازگاری بین امولسیفایرها و سایر مواد افزودنی، تغییرات دما و برش پردازش همگی می توانند بر پایداری امولسیون تأثیر بگذارند. شناسایی علت واقعی نیاز به تجزیه و تحلیل سیستم و آزمایش های مقایسه کنترل شده دارد.

در این مورد مشتری، Rallychem از طریق آزمایش مقایسه ای تایید کرد الکترولیت های موجود در فرمولاسیون مشتری یک عامل کلیدی در پشت از دست دادن پایداری امولسیون بودند. برای درک دلیل، ابتدا باید به چگونگی پراکندگی ذرات امولسیون نگاه کنیم.

1. چرا ذرات امولسیون به راحتی با هم جمع نمی شوند؟

برای امولسیون های موم آنیونی و کاتیونی، دافعه الکترواستاتیکی بین ذرات اغلب یک مکانیسم تثبیت کننده مهم است.

ذرات موجود در امولسیون آنیونی معمولاً دارای بار سطحی منفی هستند، در حالی که ذرات موجود در امولسیون کاتیونی معمولاً دارای بار سطحی مثبت هستند. ذرات با همان نوع بار یکدیگر را دفع می کنند و نزدیک شدن و تجمع آنها را سخت تر می کند.

به این دافعه به عنوان یک "موانع" نامرئی بین ذرات فکر کنید. تا زمانی که مانع موثر باقی بماند، ذرات می توانند فاصله مشخصی را حفظ کرده و پراکنده بمانند.

اما این مانع رفع نشده است. برخی از ترکیبات موجود در فرمولاسیون مشتری می توانند محیط یونی اطراف ذرات را تغییر دهند و دافعه الکترواستاتیکی را که آنها را از هم جدا نگه می دارد، ضعیف کنند.

2. الکترولیت ها از کجا می آیند و چرا بر پایداری امولسیون تأثیر می گذارند؟

الکترولیت ها موادی هستند که با حل شدن در آب یون تشکیل می دهند.

آنها لزوماً از نمکی که مستقیماً به فرمولاسیون اضافه می شود به دست نمی آیند. ممکن است از قبل در سیستم مشتری حضور داشته باشند. منابع رایج عبارتند از:

آب فرآیند: یون های کلسیم و منیزیم در آب سخت ممکن است بر پایداری امولسیون تأثیر بگذارند.

تنظیم کننده اسیدها، قلیایی ها و pH: اینها می توانند محیط یونی را تغییر دهند. برای امولسیون های تثبیت شده توسط گروه های یونیزاسیون، تغییرات pH ممکن است بار سطحی ذرات را نیز تغییر دهد.

رزین ها، پرکننده ها و سایر مواد افزودنی: برخی از مواد خام ممکن است حاوی نمک های محلول، اجزای یونی یا سایر موادی باشند که بر پایداری امولسیون تأثیر می گذارد.

ناخالصی های موجود در سایر مواد: الکترولیت ها یا سایر مواد بی ثبات کننده ممکن است همراه با مواد خام وارد سیستم شوند، حتی زمانی که هیچ الکترولیت عمدی اضافه نشده باشد.

این مواد به طور خودکار باعث لخته سازی نمی شوند. اثرات آنها به نوع و غلظت آنها و همچنین نحوه تعامل آنها با سیستم امولسیفایر موجود بستگی دارد.

هنگامی که قدرت یونی یک سیستم افزایش می یابد، یون ها بر توزیع بار در اطراف ذرات تأثیر می گذارند. این می تواند لایه دوگانه الکتریکی را در اطراف سطوح آنها فشرده کند و دامنه موثر دافعه الکترواستاتیکی را کاهش دهد.

در برخی سیستم‌ها، یون‌های چند ظرفیتی نیز ممکن است با گروه‌های باردار روی سطوح ذرات برهمکنش داشته باشند که باعث کاهش بیشتر پایداری می‌شود.

در نتیجه، ذراتی که قبلاً از هم جدا بودند، اکنون ممکن است راحت‌تر به یکدیگر نزدیک شوند. هنگامی که نیروهای دافعه دیگر برای جلوگیری از تجمع کافی نباشند، لخته شدن می تواند رخ دهد.

این موضوع کلیدی در مورد مشتری ما بود: امولسیون موم به خودی خود پایدار بود، اما پس از ورود به فرمول مشتری، محیط یونی تغییر کرد و مکانیسم تثبیت اولیه دیگر برای حفظ پراکندگی کافی نبود.

3. امولسیون موم غیر یونی، آنیونی و کاتیونی چگونه متفاوت است؟

انواع مختلف امولسیون به مکانیسم های تثبیت متفاوتی متکی هستند. در نتیجه، پاسخ آنها به الکترولیت ها و سایر ترکیبات فرمولاسیون می تواند متفاوت باشد.

امولسیون موم آنیونیک

ذرات معمولاً بار سطحی منفی را حمل می‌کنند و به دافعه الکترواستاتیکی همراه با سایر مکانیسم‌های تثبیت کننده موجود برای جلوگیری از تجمع متکی هستند. هنگامی که قدرت یونی افزایش می یابد، محدوده موثر دافعه الکترواستاتیک ممکن است کاهش یابد. یون‌های چند ظرفیتی مانند کلسیم و منیزیم نیز ممکن است با گروه‌های آنیونی خاصی تعامل داشته باشند. بنابراین کیفیت آب، غلظت الکترولیت و pH فاکتورهای مهمی برای بررسی هستند.

امولسیون موم کاتیونی

ذرات معمولاً دارای بار سطحی مثبت هستند و همچنین ممکن است تحت تأثیر قدرت یونی و pH قرار گیرند. اگر افزودنی های آنیونی در فرمولاسیون وجود داشته باشد، خنثی سازی بار یا تشکیل کمپلکس ممکن است رخ دهد که به طور بالقوه باعث تجمع ذرات می شود. اثر واقعی به خواص و نسبت مواد تشکیل دهنده و همچنین ترتیب افزودن بستگی دارد.

امولسیون موم غیر یونی

اینها معمولاً کمتر به دافعه الکترواستاتیکی متکی هستند. در عوض، زنجیره‌های هیدراته امولسیفایر می‌توانند تثبیت فضایی ایجاد کنند و به جلوگیری از تماس مستقیم ذرات و تجمع آنها کمک کنند.

بنابراین امولسیون‌های غیریونی ممکن است نسبت به برخی تغییرات الکترولیت حساسیت کمتری داشته باشند، اما این باعث نمی‌شود که در سراسر جهان پایدار باشند. نمک ها، دما، هیدراتاسیون امولسیفایر و سازگاری با سایر افزودنی ها همچنان می تواند بر پایداری آنها تأثیر بگذارد.

هیچ قانون ساده ای وجود ندارد که یک نوع یونی همیشه پایدارتر از نوع دیگر باشد. آنچه مهم است ساختار خاص امولسیفایر، خواص موم و سازگاری بین امولسیون و فرمولاسیون مشتری است.

4. چرا لخته سازی می تواند در طول پردازش گرم برجسته تر شود؟

در طول آزمایشات آزمایشگاهی، یک امولسیون معمولاً در شرایط نسبتاً ملایم نگهداری می شود. اما در خط تولید با ترکیب متفاوتی از مواد اولیه و شرایط فرآوری مواجه می شود.

گرمایش حرکت ذرات و فرکانس برخورد را افزایش می دهد. همچنین ممکن است وضعیت هیدراتاسیون امولسیفایر، توانایی آن در محافظت از سطح مشترک ذرات و خواص خود امولسیون را تغییر دهد. اثرات واقعی به نوع امولسیفایر، فرمولاسیون و محدوده دما بستگی دارد.

فشار به تنهایی لزوماً امولسیون را بی ثبات نمی کند. با این حال، فرآیندهای تولید تحت فشار اغلب شامل جریان، برش، و تغییرات دمای محلی است. این شرایط ممکن است بر تعامل ذرات و وضعیت پراکندگی سیستم تأثیر بگذارد.

هنگامی که الکترولیت ها قبلاً مکانیسم تثبیت اولیه را تضعیف کرده باشند، گرمایش و پردازش می تواند بر تجمع ذرات تأثیر بگذارد و لخته سازی را محتمل تر یا بارزتر می کند.

به همین دلیل است که ظاهر یک امولسیون در انبار برای تعیین مناسب بودن آن برای تولید کافی نیست.

پایداری ذخیره سازی به این معنی است که امولسیون در شرایط ذخیره سازی مشخص پایدار می ماند. ثبات برنامه به این معنی است که می تواند پس از ورود به فرمول مشتری و تحت شرایط پردازش واقعی، پراکندگی مناسب را حفظ کند. اینها یکی نیستند.

فرآیند لخته سازی بالقوه را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

الکترولیت های فرمولاسیون مشتری وارد امولسیون می شود.

↓

محیط یونی اطراف ذرات تغییر می کند.

↓

محدوده موثر دافعه الکترواستاتیک کاهش می یابد و باعث کاهش پایداری ذرات می شود.

↓

گرمایش و شرایط پردازش واقعی بیشتر بر تجمع ذرات تأثیر می گذارد.

↓

ذرات جمع می شوند و لخته تشکیل می دهند که به طور بالقوه باعث ایجاد نقص سطحی در محصول نهایی می شود.

در این مورد، امولسیون موم لزوما در طول ذخیره سازی خراب نشده بود. در عوض، سیستم تثبیت کننده ای که آن را به تنهایی ثابت نگه می دارد، نمی تواند به اندازه کافی در برابر محیط الکترولیت فرمولاسیون مشتری مقاومت کند.

بنابراین چگونه می توان به این نوع لخته سازی پرداخت؟

چگونه Rallychem به حل مشکل مشتری کمک کرد؟

1. ابتدا امولسیون را بررسی کنید تا علل احتمالی را محدود کنید

Rallychem با آزمایش خود امولسیون موم آغاز شد. یک تحلیلگر اندازه ذرات لیزری برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات استفاده شد، در حالی که یک تحلیلگر پتانسیل زتا ویژگی های بار سطحی ذرات را ارزیابی کرد. برای ارزیابی اسیدیته یا قلیاییت و محیط یونی سیستم از pH متر و رسانایی سنج استفاده شد. پایداری ذخیره سازی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایج نشان داد که نمونه اولیه در شرایط آزمایش آزمایشگاهی پایدار ماند و هیچ ناهنجاری آشکاری شناسایی نشد.

سپس، امولسیون موم را به فرمول مشتری اضافه کردیم و نمونه‌ها را قبل و بعد از اختلاط و حرارت دادن، با استفاده از همان تجزیه‌کننده اندازه ذرات برای اندازه‌گیری‌های بعدی، مقایسه کردیم.

نتایج نشان داد که توزیع اندازه ذرات پس از حرارت دهی، با شواهدی از تجمع ذرات، به طور قابل توجهی گسترده تر شد.

این نشان داد که مشکل را نمی توان به سادگی با شرایط اولیه امولسیون توضیح داد. برای درک اینکه پس از ورود به سیستم مشتری چه اتفاقی افتاده است، تحقیقات بیشتری لازم بود.

2. از آزمون های مقایسه ای برای شناسایی عوامل کلیدی استفاده کنید

سپس Rallychem آزمایش‌های کنترل‌شده‌ای را با تغییر محیط الکترولیت و دمای پردازش انجام داد.

نتایج آن را تایید کرد الکترولیت‌های موجود در فرمولاسیون مشتری یک عامل کلیدی در کاهش پایداری امولسیون بودند، در حالی که گرمایش بیشتر بر تجمع ذرات تأثیر گذاشت.

سیستم امولسیفایر اصلی می تواند به تنهایی پایداری امولسیون موم را حفظ کند، اما به اندازه کافی با محیط الکترولیت فرمولاسیون مشتری سازگار نبود. در نتیجه، ذرات تجمع یافته و لخته سازی اتفاق افتاد.

این توضیح می دهد که چرا امولسیون آزمایش مستقل را پشت سر گذاشت اما پس از اختلاط ناپایدار شد: خود امولسیون هیچ ناهنجاری اولیه آشکاری را نشان نداد، اما سیستم تثبیت اولیه آن نمی توانست به اندازه کافی با محیط یونی فرمول مشتری سازگار شود.

3. سیستم امولسیفایر را برای رفع مشکل واقعی تنظیم کنید

پس از شناسایی عوامل کلیدی، Rallychem ترکیب و نسبت های امولسیفایر را بر اساس خواص موم، محیط الکترولیت فرمولاسیون مشتری و دمای پردازش تنظیم کرد.

هدف بهبود سازگاری امولسیون با شرایط کاربردی واقعی بود، نه صرفاً افزایش مقدار امولسیفایر.

با استفاده از قابلیت‌های آزمایشگاهی خود برای تهیه امولسیون، تجزیه و تحلیل اندازه ذرات و اندازه‌گیری پتانسیل زتا، فرمول‌های مختلف را تهیه و مقایسه کردیم تا سیستم امولسیفایر مناسب‌تری را برای کاربرد مشتری شناسایی کنیم.

4. شبیه سازی شرایط پردازش و تایید بهبود

سپس امولسیون موم بهینه شده دوباره به فرمول مشتری اضافه شد و تحت دمای هدف و شرایط پردازش مربوطه آزمایش شد.

اندازه‌گیری‌های بعدی نشان داد که تجمع ذرات بهبود یافته است، تغییرات در توزیع اندازه ذرات بهتر کنترل می‌شود و حالت پراکندگی پایدارتر از فرمول اولیه بود.

با ترکیب تجزیه و تحلیل اندازه ذرات، آزمایش سیستم مقایسه ای و پردازش شبیه سازی شده، Rallychem فراتر از بررسی پایداری امولسیون به تنهایی و ارزیابی سازگاری آن با فرمول کامل حرکت کرد.

این رویکرد به مشتری کمک کرد تا آزمایش‌های مکرر مواد و آزمایش‌های پرهزینه تولید را کاهش دهد.

آیا امولسیون موم شما به خودی خود پایدار است اما به محض اینکه آن را به سیستم خود اضافه می کنید، لخته می شود؟

منتظر لخته شدن دسته دیگری در مخزن مخلوط نباشید.

نوع مومی یا امولسیونی را که در حال حاضر استفاده می کنید، سیستم فرمولاسیون، شرایط پردازش (دما، فشار و زمان) و جزئیات مربوط به مکان و نحوه لخته سازی را برای Rallychem ارسال کنید.

ما به بررسی علت، شناسایی عوامل کلیدی موثر بر پایداری امولسیون، تنظیم سیستم امولسیفایر در صورت لزوم و تأیید نتایج از طریق آزمایش کمک خواهیم کرد.

آزمایش های مکرر و هزینه های آزمایش تولید را کاهش دهید و به امولسیون موم خود کمک کنید تا در سیستم تولید واقعی شما عملکرد قابل اعتمادی داشته باشد.

با مشکل لخته سازی مواجه هستید؟ با تیم فنی Rallychem تماس بگیرید و بیایید با هم کار کنیم تا راه حلی پیدا کنیم.

Rallychem | از افزودنی های موم گرفته تا پشتیبانی فنی برای تولید امولسیون موم محلی.