コーティング、インク、接着剤、およびカラーペーストの研究開発では、配合エンジニアを常に悩ませる状況があります。実験室の小規模試験では、添加剤は良好に機能し、粘度、細かさ、レベリング、および消泡性はすべて理想に近いものです。しかし、生産ラインに投入されると、その効果にはばらつきが生じ始めます。場合によっては、あるバッチのパフォーマンスが良くても、次のバッチでは違いが見られることがあります。実験室ではまったく問題がない場合もありますが、スケールアップ後には、再粗大化、泡立ち、またはレベリングの低下が発生します。
同じ配合でも生産設備では異なる動作をするのはなぜですか?
研究室では、小型の高速分散機、ビーズミル、または撹拌装置を使用します。材料の量が少なく、温度と速度の制御が簡単です。生産時: 装置の容積が大幅に増加し、材料循環経路が変化し、せん断強度が変化し、システム温度の上昇がより顕著になります。原材料の比率が同じであっても、添加剤が経験する実際の加工条件はすでに変化している可能性があります。
添加物がいつ添加されるかは無関係な質問ではありません。分散剤と湿潤剤の場合、研究室では顔料の添加前に事前分散を行っているが、製造調整により後添加になった場合、添加剤と顔料の間の接触時間と状態が変化し、研究室では良好な分散が行われても、製造時に不安定な細かさまたは再粗大化が現れる可能性があります。
小規模システムは体積が小さく、比較的容易に熱を放散します。生産バッチサイズが増加すると、高速分散と粉砕によって発生する熱がさらに大きくなり、システム温度が継続的に上昇する可能性があります。温度変化は樹脂の粘度、添加剤の状態、顔料表面の吸着バランスに影響を与えます。
「同じ回転数」は「同じせん断条件」を意味するものではありません。実験用装置と大型の生産装置では、羽根車のサイズ、構造、材料の流れの状態が異なります。消泡剤、分散剤、レベリング剤の場合、過剰または長時間のせん断は最終結果に影響を与える可能性があります。
研究室での小規模な試験では、通常、各原材料が正確に計量されます。生産では、原材料の量が増加すると、計量誤差、添加残留物、装置の壁への付着などがすべて増幅されます。特に、添加レベルが低い添加剤の場合、実際の添加率がわずかに異なるだけでも、最終的な性能に影響を与える可能性があります。
配合やプロセスが変わっていない場合でも、生産結果が変動することがあります。樹脂、顔料、溶剤、その他の機能性材料のバッチ変更はすべて、システム内の界面環境を変化させる可能性があります。添加剤は変わっていませんが、それが直面するシステムは微妙に変化しています。
生産のスケールアップ段階では、「どのようなプロセス条件下でこの添加剤がその機能を安定して発揮できるのか」がより重要になります。したがって、添加順序、分散時間、せん断条件、製造温度、設備の違い、原料バッチ、添加剤の添加精度などを同時に検証する必要があります。
生産規模の拡大が不安定であるにもかかわらずラボ用添加剤の性能が優れているとしても、それは必ずしも添加剤自体に問題があることを意味するわけではありません。多くの場合、実際に変わるのは、装置、せん断力、温度、添加方法、原料バッチです。生産の不安定性の問題を解決するには、添加剤の種類と投与量に注目するだけではなく、配合とプロセスを一緒にスケールアップして検証する必要があります。小規模な試験では「機能するか」を検証します。生産のスケールアップでは、「一貫して機能するかどうか」を検証します。
