O principal desafio de manter a estabilidade do material em alta dispersão de cisalhamento reside na interação entre seu mecanismo de ação física e as propriedades do material. Isso se manifesta especificamente da seguinte forma:
1. Alterações na energia da superfície das partículas causadas por estresse mecânico
Durante a dispersão de alto cisalhamento, as partículas sofrem forte cisalhamento, impacto e extrusão centrífuga na abertura estator-rotor, aumentando a energia superficial. Aglomerados podem ser quebrados rapidamente, mas partículas de alta energia superficial são propensas à readsorção por forças de van der Waals, levando à aglomeração secundária. Por exemplo, o nanocarbonato de cálcio disperso na matriz de HDPE inicialmente dispersa bem, mas o aumento da atividade superficial causa aglomeração durante o armazenamento.
2. Efeitos térmicos que levam à falha do dispersante ou à mudança de fase
O calor gerado pelo atrito no processo de alto cisalhamento pode exceder 50 °C, especialmente com uma pequena folga estator-rotor. Altas temperaturas podem destruir a camada de adsorção das moléculas dispersantes. Por exemplo, dispersantes de poliéster podem dessorver ou degradar sob o calor, perdendo seu efeito estabilizador. Além disso, materiais sensíveis ao calor, como polímeros de alto peso molecular, podem reticular ou se decompor, alterando as propriedades reológicas do sistema.
3. Distribuição desigual de dispersantes e destruição do equilíbrio dinâmico
A agitação em alta velocidade pode causar distribuição desigual do dispersante. Dispersantes de alto peso molecular podem perder seu efeito estabilizador devido à quebra da cadeia sob cisalhamento. Concentrações excessivas podem levar ao "efeito ponte", promovendo a floculação. Assim que o equipamento para, o equilíbrio dinâmico induzido pelo cisalhamento é perdido, causando migração e agregação de partículas via movimento browniano.
4. Alterações irreversíveis na morfologia das partículas e nas propriedades da interface
O alto cisalhamento pode danificar partículas, aumentando a rugosidade da superfície ou alterando a morfologia do cristal. Por exemplo, pigmentos de talco moídos por alto cisalhamento desenvolvem rachaduras em suas bordas, aumentando a área superficial e acelerando a adsorção de impurezas. Meios de dispersão à base de óleo de silicone também perdem viscoelasticidade após múltiplos cisalhamentos, reduzindo sua capacidade de envolver partículas.
5. Limitações dos parâmetros do processo e do projeto do equipamento
A folga estator-rotor, a velocidade de rotação e o tempo de cisalhamento afetam diretamente a dispersão. Se a folga for muito pequena ou a velocidade muito alta, as partículas podem ser refinadas rapidamente. No entanto, a taxa de cisalhamento pode exceder o valor crítico, aumentando a probabilidade de colisão de partículas na zona turbulenta. Por exemplo, quando misturas de polipropileno/poliestireno excedem 720 rpm, o cisalhamento excessivo enfraquece a resistência da ligação da interface, reduzindo a tenacidade ao impacto.
Sobre a Epic Powder Machinery
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