El principal desafío para mantener la estabilidad del material en condiciones de dispersión de alto cizallamiento reside en la interacción entre su mecanismo de acción física y sus propiedades. Esto se manifiesta específicamente de la siguiente manera:
1. Cambios en la energía superficial de las partículas causados por el estrés mecánico.
Durante la dispersión de alto cizallamiento, las partículas experimentan un fuerte cizallamiento, impacto y extrusión centrífuga en el espacio entre el estator y el rotor, lo que aumenta la energía superficial. Los aglomerados pueden romperse rápidamente, pero las partículas con alta energía superficial son propensas a la readsorción por las fuerzas de van der Waals, lo que provoca una aglomeración secundaria. Por ejemplo, el nanocarbonato de calcio disperso en la matriz de HDPE se dispersa bien inicialmente, pero una mayor actividad superficial provoca aglomeración durante el almacenamiento.
2. Efectos térmicos que provocan fallos en el dispersante o cambios de fase.
El calor generado por la fricción en el proceso de alto cizallamiento puede superar los 50 °C, especialmente con una pequeña separación entre el estator y el rotor. Las altas temperaturas pueden destruir la capa de adsorción de las moléculas dispersantes. Por ejemplo, los dispersantes de poliéster pueden desorberse o degradarse con el calor, perdiendo su efecto estabilizador. Además, los materiales sensibles al calor, como los polímeros de alto peso molecular, pueden reticularse o descomponerse, alterando las propiedades reológicas del sistema.
3. Distribución desigual de dispersantes y destrucción del equilibrio dinámico.
La agitación a alta velocidad puede causar una distribución desigual del dispersante. Los dispersantes de alto peso molecular pueden perder su efecto estabilizador debido a la rotura de la cadena bajo cizallamiento. Una concentración excesiva puede provocar el "efecto puente", que promueve la floculación. Una vez que el equipo se detiene, se pierde el equilibrio dinámico impulsado por el cizallamiento, lo que provoca la migración y agregación de partículas mediante el movimiento browniano.
4. Cambios irreversibles en la morfología de las partículas y las propiedades de la interfaz.
El alto cizallamiento puede dañar las partículas, aumentando la rugosidad superficial o alterando la morfología cristalina. Por ejemplo, los pigmentos de talco molidos mediante alto cizallamiento desarrollan grietas en sus bordes, lo que aumenta el área superficial y acelera la adsorción de impurezas. Los medios de dispersión a base de aceite de silicona también pierden viscoelasticidad tras múltiples cizallamientos, lo que reduce su capacidad para envolver las partículas.
5. Limitaciones de los parámetros del proceso y del diseño del equipo
La separación entre el estator y el rotor, la velocidad de rotación y el tiempo de cizallamiento afectan directamente la dispersión. Si la separación es demasiado pequeña o la velocidad demasiado alta, las partículas pueden refinarse rápidamente. Sin embargo, la velocidad de cizallamiento puede superar el valor crítico, lo que aumenta la probabilidad de colisión de partículas en la zona turbulenta. Por ejemplo, cuando las mezclas de polipropileno y poliestireno superan las 720 rpm, un cizallamiento excesivo debilita la resistencia de la unión de la interfaz, lo que reduce la tenacidad al impacto.
Acerca de Epic Powder Machinery
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