Settore: Fibre, Filtri e Membrane

Alfatest propone strumentazione scientifica dedicata alla caratterizzazione di fibre, filtri e membrane, in particolare la porometria a flusso capillare (CFP), la microscopia elettronica a scansione (SEM), ma non solo (vedere più avanti). Nei processi di filtrazione e separazione sono di largo impiego materiali porosi, che necessitano di essere caratterizzati sia nell’ambito della Ricerca & Sviluppo sia nel Controllo Qualità. Qui di seguito sono elencate applicazioni specifiche per le quali la strumentazione Alfatest può essere d’interesse: 

  • Le membrane polimeriche sono ampiamente utilizzate in molti processi di filtrazione. Il grado di selettività di una membrana dipende, tra l’altro, dalla dimensione dei pori della membrana e dalla distribuzione delle dimensioni dei pori.
  • I tessuti non tessuti TNT sono comunemente usati come mezzi di filtrazione per ad esempio: l’aria condizionata, le maschere, la depurazione dell’acqua, la filtrazione del sangue, la filtrazione farmaceutica e molti altri. I TNT sono spesso caratterizzati dal modo in cui sono prodotti (spunbond, meltblown, ecc.) e dal loro peso, il che porta a differenze in termini di resistenza e durata. Ma anche le dimensioni dei pori sono un fattore influente nella scelta del tessuto non tessuto più adatto alle diverse esigenze di filtrazione;
  • I filtri ceramici sono generalmente rigidi in superficie, ma porosi all’interno della struttura. Tubi, fogli, membrane porosi realizzati in ceramica sono stati a lungo utilizzati per varie applicazioni industriali. Tali materiali hanno un’ottima resistenza agli shock termici e fisici, bassa caduta di pressione e peso contenuto;
  • I media filtranti a base metallica sono disponibili in molte forme e strutture diverse. Sono molto spesso utilizzati in applicazioni di filtrazione e separazione a causa della loro resistenza alle alte temperature e alla corrosione, all’elevata porosità e permeabilità, nonché alla loro elevata resistenza meccanica e alla lunga durata. Le caratteristiche della struttura dei pori, come le dimensioni dei pori e la distribuzione delle dimensioni dei pori, governano le proprietà di filtrazione di tutti i media filtranti;
  • Le fibre cave vengono utilizzate in molte diverse applicazioni di filtrazione e la determinazione delle dimensioni dei pori è di fondamentale importanza. Un’ulteriore sfida è che le fibre cave sono spesso delicate e soggette a stiramento, deformazione e persino rottura; pertanto la chiave è selezionare lo strumento adeguato per misurare correttamente la fibra cava;
  • La carta da filtro è una barriera di carta semipermeabile, permeabile a uno o più componenti di una sospensione e impermeabile agli altri. Le materie prime per la produzione di carta da filtro sono diverse paste di carta, che possono essere costituite da legno tenero, legno duro, colture fibrose e fibre minerali. La carta o i media fibrosi wet-laid vengono utilizzati per diverse applicazioni di filtrazione, principalmente in laboratori o applicazioni industriali.

La porometria a flusso capillare (CFP) è ampiamente utilizzata nella caratterizzazione dei mezzi porosi ed è un metodo ideale per caratterizzare le membrane incise per qualità e consistenza. Il principio della misura è l’impregnazione di un campione poroso con un liquido bagnante e lo spostamento del liquido fuori dai pori utilizzando gas a pressione crescente. Gli strumenti migliori per queste determinazioni sono i porometri capillari gas-liquido della serie POROLUX di Porometer.

Tuttavia, la CFP presenta dei limiti quando si tratta di misurare le dimensioni dei pori nell’intervallo submicronico e nanometrico, poiché la pressione massima raggiungibile dai dispositivi commerciali CFP (35 bar o 500 psi) non è sufficientemente elevata da spostare il liquido bagnante fuori da pori molto piccoli (diametro inferiore a 15 nm). Si ritiene che anche pressioni superiori a 35 bar causino deformazioni o danni significativi ai materiali sottoposti a prova. Pressioni differenziali elevate su membrane spesso delicate non sono ideali come metodo di caratterizzazione. Fortunatamente, sono stati perfezionati altri metodi che consentono una distorsione molto inferiore e condizioni di misurazione più realistiche.

La porometria a spostamento di liquido (LLDP) è l’alternativa perfetta alla CFP per la caratterizzazione di micro e nanopori. LLDP, consiste sempre nell’impregnazione del campione poroso da parte di un liquido bagnante ma, a differenza della CFP, lo spostamento del liquido bagnante viene effettuato utilizzando un secondo liquido (cosiddetto “liquido di spostamento”) a pressione crescente. Gli strumenti di riferimento per queste determinazioni sono i porometri liquido-liquido POROLIQ di Porometer.

La microscopia elettronica a scansione (SEM) è una tecnica di caratterizzazione basata sull’analisi delle immagini derivata dall’interazione di un fascio focalizzato di elettroni ad alta energia con la superficie di un materiale. Quando tale fascio di elettroni colpisce il campione, gli elettroni decelerano e originano un fascio di elettroni secondari che genera un’immagine SEM. Ciò fornisce informazioni sulla struttura e sulla morfologia del campione. L’utilizzo dei SEM da banco Phenom della Thermo Scientific, accoppiato al software Fibermetric, permette di ottenere in maniera completamente automatica le distribuzioni relative allo spessore delle fibre e all’area dei pori presenti.

Tra le tecniche commercializzate da Alfatest per il settore della filtrazione, si citano anche le seguenti:

  • I reometri rotazionali di Thermo HAAKE per caratterizzare la viscosità di qualunque liquido che debba interagire con filtri, membrane, fibre, etc. o per verificare le proprietà visco-elastiche dei polimeri usati in fase produttiva.
  • I tensiometri dell’azienda Biolin per determinare le caratteristiche di bagnabilità delle superfici.
  • La scelta dei materiali componenti le fibre così come la relativa caratterizzazione coinvolge anche misure di SEC/GPC, light scattering o morfologiche (il Morphologi 4 della Malvern Panalytical è in grado di eseguire misure automatizzate d’immagine e caratterizzare le fibre con un parametro di forma dedicato).

Misurazioni delle curve Wet, Dry e Dry/2 ottenute tramite il porometro gas-liquido POROLUX 1000

 Distribuzione differenziale del flusso ottenuto tramite il porometro gas-liquido POROLUX 1000

Immagine SEM di nanofibre ottenute per Elettrospinning, con spessore nell’ordine dei 100 nm

Fig 1. Immagine SEM di tessuto non tessuto ottenuto per tecnica meltblow
Fig 2. Relativa analisi dimensionale con software Fibermetric
Fig.3 Immagine SEM di nanofibre ottenute per Elettrospinning, con spessore nell’ordine dei 100 nm
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