Dispersion Stability for Coatings Applications – TH version
ความคงสภาพของการกระจายตัวในสี หมึก สารเคลือบพื้นผิว – การพิจารณาผลกระทบของสารโพลิเมอร์พีวีพี (PVP-Polyvinylpyrrolidone) ต่อการตกตะกอนของสารแขวนลอยที่มีแป้งดินขาวเป็นองค์ประกอบหลัก การเตรียมสารแขวนลอยในอุตสาหกรรมสี ยา และอื่นๆ เพื่อให้มีความคงสภาพของสารแขวนลอยที่กระจายตัวอยู่ในวัฏภาคของเหลว มีข้อจำกัดและความยากลำบากพอสมควร เนื่องจากมีการศึกษาวิจัยค่อนข้างจำกัด สีผงและคุณสมบัติของมันมีบทบาทสำคัญต่อความคงสภาพของผลิตภัณฑ์สี ผงสีต้องถูกตีผสมเพื่อทำให้มีการกระจายตัวที่ดี ไม่เช่นนั้นจะเกิดการรวมเป็นก้อนเม็ดสีและทำให้คุณภาพสีลดลง มีหลายวิธีในการวิเคราะห์คุณลักษณะอนุภาค แต่ในบทความนี้จะเน้นเฉพาะการวิเคราะห์การแยกชั้นของสารแขวนลอยโดยวิธีใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ความสำคัญของแร่ดินชนิดดินขาว และความคงสภาพการแขวนลอย แป้งดินขาวถูกใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น กระดาษ สี เซรามิก พลาสติก ยา วัสดุก่อสร้าง เป็นต้น สาเหตุหลักในการเกิดการรวมตัวของอนุภาคคือประจุไฟฟ้าบนอนุภาค การควบคุมประจุไฟฟ้าสามารถกระทำโดยการปรับวัฏภาคของเหลว การเปลี่ยนค่า pH หรือการปรับเปลี่ยนค่าความแข็งแรงของอิออน (ประจุไฟฟ้าบวกและลบ) อีกวิธีหนึ่งคือผสมสารโพลีเมอร์เช่น พีวีพี หรือโพลีไวนิลเพอโรลิดันซึ่งจะไปดูดซึมบนพื้นผิวอนุภาคและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่มีผลต่อความคงสภาพ ในตัวอย่างการทดลองนี้ใช้สารพีวีพียี่ห้อลูวิเทค จาก BASF ที่มีมวลโมเลกุลต่างๆ สำหรับเป็นตัวทำให้คงสภาพในการกระจายตัวของแป้งดินขาว ปกติความคงสภาพของสารแขวนลอยเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของโพลีเมอร์ที่พอเหมาะผสมอยู่ การวิเคราะห์ความคงสภาพนี้ใช้เครื่องวิเคราะห์ที่ใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางหมุนหลอดตัวอย่างทดสอบ ที่มีชื่อว่า LUMiSizer แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเป็นการเร่งอนุภาคให้ตกตะกอน (หรือเกิดครีมมิ่ง กรณีของเหลวอิมัลชั่น) เร็วขึ้น เครื่องวิเคราะห์ LUMiSizer นี้สามารถวิเคราะห์และคำนวณความเร็วในการตกตะกอน และทำนายอายุการเก็บรักษา เครื่องใช้การบันทึกแสงที่ยิงผ่านอนุภาคในหลอดทดสอบ 12 หลอดในเวลาเดียวกัน ด้วยรอบการหมุนของจานโรเตอร์ความเร็วสูงเพื่อสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สามารถเร่งการตกตะกอนของสารแขวนลอย (หรืออิมัลชัน) ในหลอดทดสอบสูงถึง 25,000 เท่าเมื่อเทียบกับการทดสอบแบบตั้งทิ้งไว้ให้ตกตะกอนเองตามแรงโน้มถ่วง และการสังเกตด้วยตา เครื่องมาพร้อมซอฟท์แวร์แสดงการเกิดการแยกชั้นในรูปแบบต่างๆ ตามคุณลักษณะของสารแขวนลอยหรืออิมัลชัน รวมถึงการคำนวณการกระจายตัวของขนาดอนุภาค Figure 1 : Transmission profiles of a) pure kaolin dispersion and b) in the presence of 9% PVP with low mw ; solid content is 1% รูปที่ 1 แสดงโพรไฟล์การผ่านของแสงของอนุภาคดินขาวที่กระจายตัวอยู่ในสารแขวนลอยที่ได้จากเครื่องวิเคราะห์ LUMiSizer เส้นโพรไฟล์เส้นแรก (สีแดง) แสดงค่าแสงที่ผ่านตลอดความยาวหลอดทดสอบ (แกนนอน หรือแกน x) เป็นค่าการผ่านของแสงของสารแขวนลอยที่มีความคงสภาพอยู่ (ที่เวลาทดสอบเริ่มต้นที่ 0) เมื่อจานหมุนเริ่มหมุนเครื่องจะยิงแสงทุก 10 วินาที (ปรับเปลี่ยนช่วงเวลาได้) แล้วบันทึกเส้นโพรไฟล์แสงที่ผ่านเป็นลำดับถัดมาจนสารแขวนลอยเกิดการแยกชั้นที่สมบูรณ์เส้นโพรไฟล์แสง (สีเขียว) รูปที่ 1A แสดงโพรไฟล์การเกิดการตกตะกอนของสารแขวนลอยดินขาวที่ไม่มีโพลีเมอร์พีวีพี ที่ตำแหน่งหลอดทดสอบ 112 (ด้านบนหลอด) ค่าแสงที่ผ่านอนุภาคมีค่าสูงถึง 87% (สารแขวนลอยด้านบนมีความโปร่งแสงมากเนื่องจากอนุภาคตกตะกอนไปด้านล่างหลอดทดสอบ) รูปที่ 1B แสดงโพรไฟล์การเกิดการตกตะกอนของสารแขวนลอยดินขาวที่มีสารพีวีพีผสมอยู่ 9% และเป็นชนิดน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ที่ตำแหน่งหลอด 112 ค่าแสงผ่านอนุภาคอยู่ที่ 29% แสดงถึงอนุภาคดินขาวยังแขวนลอยเต็มหลอดทดสอบนั่นหมายถึงสารแขวนลอยดินขาวที่มีสารพีวีพีผสมอยู่เพิ่มความคงสภาพให้ผลิตภัณฑ์ที่ระยะเวลาการเก็บรักษาหนึ่งๆ Figure 2 : Integrated transmission of kaolin dispersions in presence of PVP with low and high mw รูปที่ 2 แสดงค่ารวมของค่าแสงที่ยิงผ่านอนุภาค ณ เวลาที่ผ่านไปซึ่งได้มาจากการทดสอบเดียวกันจากรูปที่ 1 ที่ความเร็วรอบการหมุนจานโรเตอร์ 1000 รอบต่อนาที เส้นกราฟที่มีความชันต่ำแสดงถึงการตกตะกอนน้อยกว่าเส้นกราฟที่มีความชันสูงกว่า จากผลกราฟสารแขวนลอยดินขาวที่มีสารพีวีพี…
