증발

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 4697(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

휘발성 용매에 있는 폴리머 용액의 인장 흐름 특성은 산업과 관련된 많은 코팅 공정을 지배하지만 기존 장비에는 증발을 제어하는 ​​데 필요한 환경이 부족합니다. DoS(기판 위 적하) 인장 유변학 측정 중 증발을 완화하기 위해 용매 증기로 포화된 환경에서 샘플을 둘러싸는 챔버를 개발했습니다. 우리는 챔버 내부와 외부 모두에서 다양한 유기 용매에서 모델 고분자량 폴리에틸렌 산화물(PEO)을 측정하여 증발 제어 DoS 장치를 검증했습니다. 증발은 디클로로메탄 및 클로로포름과 같은 휘발성 용매에서 PEO의 연장 완화 시간 \(\lambda _{E}\)을 크게 증가시켰습니다. PEO/클로로포름 용액은 증발로 인한 표면 필름의 형성으로 인해 \(\lambda _{E}\)가 20배 이상 증가한 것으로 나타났습니다. 증발 연구를 통해 건조 폴리머 용액에서 일반적으로 관찰되는 좌굴 불안정성을 연상시키는 표면 특징과 표피 형성이 확인되었습니다. 마지막으로, 반희석 PEO/클로로포름 용액의 완화 시간은 환경 제어를 통해 측정되었으며, 여기서 \(\lambda _{E}\)는 지수 \(m=0.62\)에 따라 농도에 따라 조정되었습니다. 이러한 측정은 증발 제어 DoS 환경을 검증하고 Flory 지수 \(\nu =0.54\)로 클로로포름이 PEO에 적합한 용매임을 확인합니다. 우리의 결과는 DoS 확장 유변학 중 증발을 제어하는 ​​최초의 것이며 정확한 유변학적 매개변수를 얻기 위해 환경 제어가 필요한 시기를 설정하는 지침을 제공합니다.

인장 흐름은 코팅2,3 및 잉크젯 인쇄4,5에서 연료 분사6에 이르는 산업 공정에서 저점도 휘발성 유체의 전달1, 증착 및 분해에 중요한 역할을 합니다. 포워드 롤 코팅3 및 스프레이7,8과 같은 복잡한 흐름은 필라멘트의 확장 및 분해를 통해 물방울을 생성합니다. 휘발성 유기 용매는 이러한 산업 공정에서 제제 구성 요소를 용해시키고 일단 증착된 코팅의 손쉬운 건조를 가능하게 하기 위해 종종 사용됩니다9,10,11. 적용된 처리 매개변수 외에도 유체 점탄성 및 해당 인장 유변학적 특성은 액적으로 분해되는 유체의 비율, 분해 시간 척도 및 액적 크기 분포를 결정합니다7. 따라서 이러한 유변학적 매개변수는 고분자 용액의 코팅성 및 분무성을 정량화하는 데 사용될 수 있으며, 이는 용매 증발 속도와 결합될 때 코팅 품질을 크게 좌우합니다. 제로 전단 점도와 같은 특성이 이러한 흐름을 제어하는 ​​역할을 하지만 신장 점도와 같은 특성은 유체 방울의 최종 분해를 결정합니다. 또한, 희석 폴리머 용액의 인장 점도는 종종 전단 점도보다 수십 배 더 크며, 이는 코팅 및 인쇄 응용 분야에서 해로울 수 있는 특성입니다. 인장 흐름은 유사한 전단 흐름보다 실질적으로 폴리머 코일과 같은 복잡한 유체 요소의 구조를 파괴하는 변형을 부여하므로 인장 유변학은 저점도 유체에 대한 코팅 공정의 성능을 더 잘 나타낼 수도 있습니다. 산업 공정에서 인장 흐름이 널리 보급되고 고분자 형태에 미치는 강한 영향으로 인해 인장 유변학은 복잡한 유체의 기본적인 재료 특성을 측정하고 규모 확장 전 샘플 제제를 안내하는 데 특히 유용합니다.

이러한 흐름을 특성화하는 데 유용한 인장 점도 및 이완 시간(\(\lambda _{E}\))과 같은 유변학적 매개변수는 전단 거동만으로는 예측할 수 없습니다2,19. 단축 신장 흐름은 미세 유체 장치20 또는 제트16,21에 의해 생성될 수 있지만, 이 두 기술은 모두 맞춤형 제작 장치를 사용하므로 발생하는 확장 속도를 결정하기 위해 신장 점도와 같은 유체 특성에 대한 사전 지식이 필요합니다. 미세유체 장치 또는 제트의 유체 확장 속도는 맞춤형 채널 또는 노즐21,22의 크기에 따라 달라지므로 재료 특성 추출은 복잡하고 반복적인 프로세스가 될 수 있습니다. 더욱이 이러한 기술은 종종 혼합된 전단 흐름과 인장 흐름을 생성하므로 인장 흐름의 특정 영향을 구별하는 것이 어려워집니다.