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Facolta: Ingegneria
Corso: Ingegneria Chimica
Anteprima dell’appunto:

La gelazione rapida di colloidi polimerici (lattici) in una colonna meccanicamente agitata è stata studiata sperimentalmente ed, in particolare, ne abbiamo proposto e costruito una possibile configurazione, come mostrato schematicamente in Figura 2.1. Questa colonna di gelazione può operare sia in modo continuo sia in modo discontinuo. Il principio operativo si basa su una prima riempitura della colonna con acqua ad una desiderata concentrazione di acido ( o sale), che porta ad una completa destabilizzazione del lattice e, quindi, ad una gelazione rapida. Successivamente si pone in agitazione il sistema, ed il lattice ,ad un data frazione volumetrica di particelle, è alimentato attraverso un tubo nella regione di scarica delle pale dell’agitatore, qui incontra l’acido (o il sale) generando piccoli fiocchi di gel sotto l’effetto dell’agitazione. Durante la gelazione, l’acido (o sale) e l’acqua sono alimentati in continuo dalla coda della colonna per mantenere costante la concentrazione di acido (o sale). Se le particelle del polimero hanno una densità maggiore rispetto a quella del mezzo, i fiocchi di gel formati precipitano verso il basso a causa della gravitazione e quindi vengono trascinati fuori dalla colonna per ulteriori trattamenti o applicazioni dirette.
Per verificare le potenzialità della nostra apparecchiatura abbiamo condotto la gelazione rapida a diverse condizioni operative, usando un polimero fluorurato, MFA®, sotto forma di lattice con particelle primarie del diametro di 75 nm. La densità del polimero è 2.15 x 10 3 kg/m3. In tali condizioni i fiocchi possono depositarsi in coda alla colonna. L’acido nitrico è usato come destabilizzante per la gelazione. I risultati sperimentali mostrano che la colonna può essere usata per condurre la gelazione rapida e la dimensione dei fiocchi può essere controllata attraverso la velocità dell’agitatore grazie alla rottura indotta dalla turbolenza.
Gli effetti di altri parametri su tale processo e sulla struttura del gel, assieme ai loro intervalli operativi sono stati investigati ed identificati.
E’ stato trovato che, a causa degli effetti fluidodinamica, la minima concentrazione critica di acido in colonna è più elevata rispetto a quella in condizioni statiche. Se la concentrazione è inferiore al valore critico, la gelazione è incompleta e piccoli fiocchi di gel e particelle primarie sono trasportati fuori dalla colonna attraverso la corrente di uscita superiore dell’acqua.
La gelazione del lattice MFA® può risultare sia in un’espansione che in una contrazione del sistema a seconda del valore assunto dalla frazione volumetrica di particelle nel lattice, f0. In generale quando f0 >0.05 la gelazione si presenta come processo di espansione, cioè il volume del gel formato è maggiore del volume del lattice alimentato, mentre quando f0 < 0.05 si ha un processo di contrazione. Nel caso dell’espansione il volume specifico del gel, VG, cresce con il decrescere della concentrazione di acido, cioè il gel formato ad una più bassa concentrazione di acido ha una struttura più aperta. Nel caso della contrazione l’effetto della concentrazione di acido su VG è particolare e dipende da sottointervalli della concentrazione di acido.
La frazione volumetrica di particelle nel lattice, f0, è un parametro fondamentale per il cambiamento della struttura dei gel. E’ stato trovato che per l’intervallo di f0 tra 0.03 e 0.07 il valore di VG cresce con il decrescere di f0, cioè una struttura di gel più aperta è ottenuta a frazioni volumetriche più basse.
Anche la temperatura ha mostrato una certa influenza, ma solo quando la concentrazione di acido non sia troppo elevata. In tal caso, un incremento della temperatura del sistema genera un gel più compatto. Ciò può esser dovuto all’aumento della velocità di aggregazione e della diffusione, parallelamente ad un decremento dell’adsorbimento del surfattante sulla superficie della particella. Tutto questo accelera la velocità di gelazione e concede meno tempo al lattice per espandere. Se la concentrazione di acido è estremamente elevata allora il tempo di gelazione è molto breve e l’effetto della temperatura sulla struttura risulta insignificante.
Benchè l’agitazione condizioni la dimensione dei fiocchi di gel attraverso la rottura indotta dalla turbolenza, i suoi effetti sulla struttura sono insignificanti. Ciò è relazionato alla posizione relativa dell’agitatore rispetto all’orifizio di alimentazione del lattice. Quindi, future differenti configurazioni di agitazione e alimentazione del lattice dovrebbero essere studiate in modo piu’ dettagliato.


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