नैनोसेल्युलोज प्रसंस्करण में जमाव चुनौती
बायोडिग्रेडेबल फिल्म कास्टिंग के लिए नैनोसेल्यूलोज सस्पेंशन (2 wt%, चिपचिपाहट 10,000 cP 70 डिग्री पर) का उपयोग किया जाता है। लैमिनर फ्लो (Re 200) के तहत, सेलूलोज़ नैनोफाइब्रिल्स गर्म सतहों पर जमा होते हैं, जिससे इन्सुलेटिंग हॉट स्पॉट बनते हैं। पीएफए हीटर की सतह चार्ज घनत्व (जीटा क्षमता) नकारात्मक चार्ज सेलूलोज़ फाइब्रिल के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन निर्धारित करती है। 8 फिल्म कास्टिंग लाइनों के मात्रात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि -30 एमवी से नीचे जेटा क्षमता वाला पीएफए आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु (0 एमवी) के पास सतहों की तुलना में फाइब्रिल जमाव को 85% कम कर देता है, जिससे सफाई अंतराल 3 दिनों से 21 दिनों तक बढ़ जाता है।
जीटा पोटेंशियल और फाइब्रिल आसंजन तंत्र
सेल्युलोज नैनोफाइब्रिल्स (3-5 एनएम चौड़ा, 100-1000 एनएम लंबा) में कार्बोक्सिलेट समूहों के कारण नकारात्मक जेट क्षमता (पीएच 7 पर -25 से -40 एमवी) होती है। पीएफए सतह चार्ज प्रसंस्करण के दौरान ऑक्सीकरण से उत्पन्न होता है। नकारात्मक पीएफए सतहें तंतुओं को पीछे हटाती हैं, जिससे जमाव कम हो जाता है। सकारात्मक या तटस्थ सतह तंतुओं को आकर्षित करती हैं। 70 डिग्री, pH 7, 0.1 m/s प्रवाह पर परीक्षण (Re 200):
| पीएफए भूतल उपचार | पीएच 7 (एमवी) पर जीटा क्षमता | फाइब्रिल जमाव दर (मिलीग्राम/सेमी²·घंटा) | 0.5 मिमी जमा करने का समय (घंटे) | 500h पर हीट ट्रांसफर में कमी |
|---|---|---|---|---|
| जैसा कि -ढाला गया (ऑक्सीकृत) | -15 | 1.2 | 35 | 40% |
| प्लाज्मा उपचार (O₂) | -35 | 0.4 | 100 | 15% |
| प्लाज्मा उपचार (उच्च शक्ति) | -45 | 0.2 | 200 | 8% |
| कोरोना का इलाज | -30 | 0.5 | 85 | 18% |
| रासायनिक निष्क्रियता | -5 | 2.5 | 15 | 60% |
प्रवाह व्यवस्था और जमाव कैनेटीक्स
लामिना का प्रवाह (Re 200) कम दीवार कतरनी तनाव (1-2 Pa) बनाता है, जो जमा हुए तंतुओं को हटाने के लिए अपर्याप्त है। जमाव को मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक और वैन डेर वाल्स बलों द्वारा नियंत्रित किया जाता है। Re > 1000 (अशांत) पर, कतरनी तनाव 10 Pa से अधिक हो जाता है, जो ज़ेटा क्षमता की परवाह किए बिना कमजोर रूप से जुड़े हुए तंतुओं को हटा देता है।
| प्रवाह वेग | दोबारा | दीवार कतरनी (पा) | प्रमुख निक्षेपण तंत्र | जीटा संभावित महत्व |
|---|---|---|---|---|
| 0.05 m/s | 100 | 0.8 | इलेक्ट्रोस्टैटिक | गंभीर |
| 0.10 m/s | 200 | 1.5 | इलेक्ट्रोस्टैटिक + प्रसार | उच्च |
| 0.20 m/s | 400 | 3.0 | मिश्रित | मध्यम |
| 0.50 m/s | 1000 | 8.0 | कतरनी-नियंत्रित | कम |
70 डिग्री पर सतह चार्ज स्थिरता
प्लाज़्मा -पीएफए उपचारित सतहें गर्म पानी में ख़राब हो जाती हैं, जिससे समय के साथ नकारात्मक चार्ज ख़त्म हो जाता है। उपचारित पीएफए (प्रारंभिक -35 एमवी) के प्लाज्मा की जेटा क्षमता 500 घंटों के बाद -25 एमवी तक कम हो जाती है, पानी में 70 डिग्री पर 1000 घंटों के बाद -18 एमवी हो जाती है। लंबी अवधि की नैनोसेल्यूलोज सेवा के लिए, कोरोना उपचार निर्दिष्ट करें जो गहरी चार्ज परत (प्लाज्मा के लिए 10-20 एनएम बनाम . 2-5 एनएम) उत्पन्न करता है, जो 2000+ घंटों के लिए -30 एमवी बनाए रखता है।
दीवार की मोटाई और जमा थर्मल प्रतिरोध
एक बार जब तंतु जमा हो जाते हैं, तो मोटी पीएफए दीवारें थर्मल बफरिंग प्रदान करती हैं लेकिन जमाव को रोकती नहीं हैं। 35 घंटों के बाद 0.5 मिमी जमा के साथ मानक पीएफए (जीटा -15 एमवी) के लिए:
| दीवार की मोटाई | 500 घंटे पर मोटाई जमा करें | कुल थर्मल प्रतिरोध (पीएफए + जमा) | सतह के तापमान में वृद्धि | सफ़ाई आवश्यक (घंटे) |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 मिमी | 4.2 मिमी | 0.025 m²·K/W | +35 डिग्री | 40 |
| 2.0 मिमी | 4.2 मिमी | 0.028 | +39 डिग्री | 40 |
| 2.5 मिमी | 4.2 मिमी | 0.031 | +43 डिग्री | 40 |
न्यूनतम जमाव (500 घंटे पर 0.2 मिमी) के साथ उच्च {{0}ज़ेटा पीएफए (-35 एमवी) के लिए, दीवार की मोटाई की परवाह किए बिना सफाई अंतराल 200+ घंटे तक बढ़ाया जाता है।
पीएच और निलंबन रसायन विज्ञान प्रभाव
उच्च पीएच पर नैनोसेल्युलोज ज़ेटा क्षमता अधिक नकारात्मक हो जाती है। pH 8 पर, तंतु -45 mV तक पहुँच जाते हैं, जिससे मध्यम आवेशित PFA से प्रतिकर्षण बढ़ जाता है। पीएच 6 (अवशिष्ट एसिड से संभव) पर, तंतु -15 एमवी तक गिर जाते हैं, जिससे जमाव बढ़ जाता है। स्थिर कास्टिंग संचालन के लिए, पीएच 7-8 बनाए रखें। कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज (0.1%) मिलाने से सस्पेंशन की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, लेकिन नकारात्मक चार्ज भी बढ़ जाता है, जिससे मानक पीएफए पर जमाव 50% कम हो जाता है।
नैनोसेल्युलोज़ हीटर के लिए विशिष्टता मार्गदर्शन
70 डिग्री, पीएच 7 पर 2% नैनोसेल्यूलोज निलंबन के लिए, कोरोना उपचार के साथ पीएफए हीटर निर्दिष्ट करें जो कि जेटा क्षमता को -30 एमवी (70 डिग्री पर इलेक्ट्रोकेनेटिक विश्लेषक द्वारा मापा जाता है) से कम प्राप्त करता है। 70 डिग्री पानी में 1000 - घंटे के विसर्जन के बाद जीटा क्षमता के आपूर्तिकर्ता प्रमाणीकरण की आवश्यकता है। दीवार की मोटाई के लिए, जमाव नियंत्रित होने पर 2.0 मिमी पर्याप्त है। लैमिनर फ्लो सिस्टम (रे <500) के लिए, -35 एमवी से नीचे जीटा क्षमता निर्दिष्ट करें। कोरोना-उपचारित पीएफए (मानक से 15-25%) के लिए प्रीमियम को निरंतर नैनोसेल्यूलोज फिल्म कास्टिंग में सफाई अंतराल को 3 दिनों से 3 सप्ताह तक बढ़ाकर उचित ठहराया जाता है, जहां जमा हटाने के लिए डाउनटाइम की लागत प्रति घटना $ 5,000-20,000 होती है। अनुसंधान एवं विकास प्रणालियों के लिए, साप्ताहिक सफाई के साथ प्लाज्मा-उपचारित पीएफए स्वीकार्य हो सकता है। अशांत प्रवाह (Re> 1000) के लिए, 2.5 मिमी दीवारों के साथ मानक पीएफए पर्याप्त है।
