Аналіз фізичних основ ультразвукової деагломерації пігментів у процесі виробництва суперконцентратів полімерних барвників методом екструзії
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2025.01.06Анотація
У статті проведено аналіз фізичних механізмів ультразвукової деагломерації пігментів у процесі екструзії суперконцентратів полімерних барвників. Розглянуто дію кавітаційних ефектів, шокових хвиль і мікроструменів, що утворюються під впливом ультразвуку в полімерному розплаві та сприяють руйнуванню агломератів пігментів. Обґрунтовано вплив ультразвуку на реологічні властивості полімерної матриці, зокрема зниження в’язкості та покращення плинності розплаву, що забезпечує більш рівномірний розподіл частинок барвника. Представлено математичні моделі динаміки кавітаційних бульбашок, фрагментації агломератів і зміни в’язкості під дією ультразвуку. Наведено приклади застосування ультразвуку для диспергування пігментів TiO₂ та CaCO₃ у поліетилені, поліпропілені та інших полімерах. Встановлено оптимальний діапазон частот (20–40 кГц), за якого спостерігається максимальне зменшення в’язкості та інтенсифікація кавітації. Показано, що ультразвукова екструзія дозволяє покращити якість суперконцентратів, зменшити витрати енергії та підвищити стабільність кольору кінцевих матеріалів. Отримані результати мають практичне значення для вдосконалення технології виробництва полімерних барвників і створення високоефективних композиційних матеріалів.
Посилання
Pigmentation and Degradative Activity of TiO2 on Poly-ethylene Films Using Masterbatches Fabricated Using Var-iable-Frequency Ultrasound-Assisted Melt-Extrusion / C. J. Cabello-Alvarado, Z. V. Quiñones-Jurado, V. J. Cruz-Delgado, C. A. Avila-Orta // Materials. – 2020. – Vol. 13, Is. 17. – Paper ID 3855. – DOI: https://doi.org/10.3390/ma13173855.
Ávila-Orta C. A., González-Morones P., Agüero-Valdez D., González-Sánchez A., Martínez-Colunga J. G., Mata-Padilla J. M., Cruz-Delgado V. J. (2019), “Ultrasound-Assisted Melt Extrusion of Polymer Nanocomposites”, Nanocomposites – Recent Evolutions, ISBN 978-1-78985-012-3, https://doi.org/10.5772/intechopen.80216.
Anan'ev V. V., Chalykh T. I., Sogrina D. A., Pomogova D. A. (2015), “A Study of the Effect of Ultrasound Treatment on the Rheological Properties of Polymers during Their Repeated Processing”, International Polymer Science and Technology, vol. 42, is. 12, pp. 43–46, https://doi.org/10.1177/0307174X1504201208.
Saha A., Mathur M. (2021), “Ultrasound Physics & Over-view”, Ultrasound Fundamentals, pp. 3–16, https://doi.org/10.1007/978-3-030-46839-2_1.
Santha Kumar A. R. S., Padmakumar A., Kalita U., Saman-ta S., Baral A., Singha N. K., Ashokkumar M., Qiao G. G. (2023), “Ultrasonics in Polymer Science: applications and challenges”, Progress in Materials Science, vol. 136, paper ID 101113, https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101113.
Kiil S. (2017), “Mathematical modeling of pigment disper-sion taking into account the full agglomerate particle size distribution”, Journal of Coatings Technology and Re-search, vol. 14, pp. 69–84, https://doi.org/10.1007/s11998-016-9831-3.
