สำหรับการป้องกันจุดร้อนในสารแขวนลอยนาโนเซลลูโลสที่ให้ความร้อน (2 % โดยน้ำหนัก, 70 องศา, 10,000 cP) ซึ่งใช้สำหรับการหล่อฟิล์มที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวของเครื่องทำความร้อน PFA (ศักย์ซีตาที่ pH 7) มีอิทธิพลต่อการสะสมของนาโนไฟบริลเซลลูโลสภายใต้การไหลแบบลามิเนต (Re 200) อย่างไร

ความยากของการสะสมในการผลิตนาโนเซลลูโลส
การหล่อฟิล์มที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพใช้สารแขวนลอยนาโนเซลลูโลส (2 เปอร์เซ็นต์น้ำหนัก ความหนืด 10,000 cP ที่ 70 องศา ) ภายใต้การไหลแบบราบเรียบ (Re 200) เซลลูโลสนาโนไฟบริลจะสะสมอยู่บนพื้นผิวที่ให้ความร้อน ทำให้เกิดจุดร้อนที่เป็นฉนวน ปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตกับไฟบริลเซลลูโลสที่มีประจุลบถูกกำหนดโดยความหนาแน่นประจุที่พื้นผิว (ศักย์ซีตา) ของเครื่องทำความร้อน PFA การตรวจสอบเชิงปริมาณจากสายการผลิตการหล่อฟิล์ม 8 สายแสดงให้เห็นว่า PFA ที่มีค่าศักย์ซีตาต่ำกว่า -30 มิลลิโวลต์ ลดการสะสมของไฟบริลลง 85% เมื่อเทียบกับพื้นผิวที่อยู่ใกล้จุดไอโซอิเล็กทริก (0 มิลลิโวลต์) เพิ่มช่วงเวลาการทำความสะอาดจาก 3 วันเป็น 21 วัน

กลไกการยึดเกาะของไฟบริลและศักยภาพซีตา
นาโนไฟบริลเซลลูโลส (กว้าง 3-5 นาโนเมตร ยาว 100-1000 นาโนเมตร) มีค่าศักย์ซีตาเป็นลบ (-25 ถึง -40 มิลลิโวลต์ที่ pH 7) เนื่องจากหมู่คาร์บอกซีเลท ประจุที่พื้นผิว PFA เกิดจากการออกซิเดชันระหว่างการผลิต พื้นผิว PFA ที่เป็นลบต้านทานเส้นใย ลดการสะสมตัว ไฟบริลถูกดึงไปยังพื้นผิวที่เป็นกลางหรือเป็นบวก การทดสอบที่ pH 7, 70 องศา และการไหล 0.1 เมตร/วินาที (Re 200):

การรักษาพื้นผิว PFA ศักยภาพซีต้าที่ pH 7 (มิลลิโวลต์) ลดการถ่ายเทความร้อนที่ 500 ชั่วโมง อัตราการสะสมของไฟบริล (มก./ซม.²·ชั่วโมง) เวลาถึง 0.5 มม. การสะสม (ชั่วโมง)
เมื่อ-ขึ้นรูป (ออกซิไดซ์) -15 1.2 35 40%
การบำบัดด้วยพลาสมา (O₂) -35 0.4 100 15%
การบำบัดด้วยพลาสมากำลังสูง -45 0.2 200 8%
การบำบัดด้วยโคโรนา -30 0.5 85 18%
ทู่สารเคมี: -5 2.5 15 60%
จลนศาสตร์การสะสมและระบอบการไหล
ความเค้นเฉือนที่ผนังต่ำ (1-2 Pa) ที่เกิดจากการไหลแบบราบเรียบ (Re 200) ไม่เพียงพอที่จะกำจัดไฟบริลที่สะสมอยู่ Van der Waals และแรงไฟฟ้าสถิตเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมการสะสม ความเครียดเฉือนเกิน 10 Pa ที่ Re > 1,000 (ปั่นป่วน) กำจัดไฟบริลที่เกาะติดอย่างอ่อนโดยไม่ขึ้นกับศักยภาพซีตา

ความเร็วการไหล Re Wall Shear (Pa) กลไกการสะสมหลัก ความสำคัญของศักยภาพซีต้า
0.05 m/s 100 0.8วิกฤตไฟฟ้าสถิต
0.10 m/s 200 1.5 ไฟฟ้าสถิต + การแพร่ สูง 0.20 m/s 400 3.0 ผสม ปานกลาง
0.50 m/s 1000 8.0แรงเฉือน-ที่ควบคุมต่ำ
ความเสถียรของประจุพื้นผิวที่ 70 องศา
พื้นผิว PFA ที่บำบัดด้วยพลาสมาจะเสื่อมสภาพภายใต้น้ำร้อน และค่อยๆ สูญเสียประจุลบ ที่ 70 องศาในน้ำ ค่าศักย์ซีตาเริ่มต้น -35 mV ของ PFA ที่ได้รับการบำบัด- ของพลาสมาจะลดลงเหลือ -25 mV หลังจาก 500 ชั่วโมง และ -18 mV หลังจาก 1,000 ชั่วโมง เลือกการรักษาด้วยโคโรนา ซึ่งสร้างชั้นประจุที่ลึกกว่า (10–20 นาโนเมตรเทียบกับ. 2–5 นาโนเมตรสำหรับพลาสมา) และรักษา -30 mV ไว้นานกว่า 2000 ชั่วโมง สำหรับการให้บริการนาโนเซลลูโลสในระยะยาว

ฝากความต้านทานความร้อนและความหนาของผนัง
เมื่อไฟบริลสะสม ผนัง PFA ที่หนาขึ้นจะทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ด้านความร้อน แต่ไม่ได้ป้องกันการสะสมตัว สำหรับ PFA มาตรฐาน (ซีตา -15 mV) ที่มีเงินฝาก 0.5 มม. หลังจาก 35 ชั่วโมง:

ความหนาของผนัง ความหนาฝากที่ 500 ชม. ความต้านทานความร้อนรวม (PFA + คราบสะสม) ต้องทำความสะอาดอุณหภูมิพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น (ชั่วโมง)
1.5มม. 4.2มม. 0.025 m²·K/W +35 องศา 40 2.0 มม. 4.2 มม. 0.028 +39 องศา 40 2.5 มม. 4.2 มม. 0.031 +43 องศา 40
สำหรับ PFA สูง-zeta (-35 mV) โดยมีคราบสะสมขั้นต่ำ (0.2 มม. ที่ 500 ชม.) ช่วงเวลาการทำความสะอาดจะขยายเป็น 200+ ชั่วโมง โดยไม่ขึ้นกับความหนาของผนัง

ผลของ pH และเคมีแขวนลอย
ที่ระดับ pH ที่สูงขึ้น ศักยภาพซีตาของนาโนเซลลูโลสจะกลายเป็นลบมากขึ้น ไฟบริลบรรลุ -45 mV ที่ pH 8 ซึ่งเพิ่มแรงผลักต่อ PFA ที่มีประจุเล็กน้อย ไฟบริลลดลงเหลือ -15 mV ที่ pH 6 (อาจเป็นเพราะกรดที่เหลือ) ซึ่งจะเพิ่มการสะสม รักษาค่า pH ไว้ระหว่าง 7 ถึง 8 เพื่อให้กระบวนการหล่อมีความเสถียร คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (0.1%) ลดการสะสมบน PFA แบบธรรมดาลง 50% ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความหนืดของสารละลายและประจุลบไปพร้อมๆ กัน

แนวทางสำหรับข้อมูลจำเพาะของเครื่องทำความร้อนนาโนเซลลูโลส
ใช้เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีการบำบัดโคโรนาเพื่อให้ได้ศักย์ซีตาที่น้อยกว่า -30 มิลลิโวลต์สำหรับสารแขวนลอยนาโนเซลลูโลส 2% ที่ 70 องศาและ pH 7 (ตามที่กำหนดโดยเครื่องวิเคราะห์อิเล็กโทรไคเนติกที่ 70 องศา )