Ultrasəslə dispersləşdirmə və deaqlomerasiya

Bərk maddələrin mayelərdə dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası güclü ultrasəsin və zond tipli sonikatorların mühüm tətbiq sahəsidir. Ultrasəs kavitasiyası hissəcik aqlomeratlarını ayrı-ayrı dispersləşdirilmiş hissəciklərə parçalayan fövqəladə yüksək kəsilmə təsiri yaradır. Lokal olaraq cəmlənmiş yüksək kəsilmə qüvvələri sayəsində ultrasəslə emal təcrübələr, tədqiqat və inkişaf, eləcə də, əlbəttə, sənaye istehsalı üçün mikron və nanoölçülü dispersiyalar hazırlamaq baxımından idealdır.

Tozların mayelərə qarışdırılması boya, mürəkkəb, kosmetika, içkilər, hidrogellər və ya cilalama vasitələri kimi müxtəlif məhsulların hazırlanmasında geniş yayılmış mərhələdir. Ayrı-ayrı hissəciklər van der Waals qüvvələri və mayenin səthi gərilməsi də daxil olmaqla, müxtəlif fiziki və kimyəvi xarakterli cazibə qüvvələri ilə bir yerdə saxlanılır. Bu təsir polimerlər və ya qatranlar kimi daha yüksək özlülüklü mayelərdə daha güclüdür. Hissəcikləri deaqlomerasiya etmək və maye mühitlərdə dispersləşdirmək üçün cazibə qüvvələrini aşmaq lazımdır. Ultrasəs homogenizatorlarının laboratoriyada və sənayedə submikron və nanoölçülü hissəciklərin dispersləşdirilməsi üçün nə üçün üstün dispersləşdirmə avadanlığı olduğunu aşağıda oxuyun.

Bərk maddələrin mayelərdə ultrasəslə dispersləşdirilməsi

Ultrasəs homogenizatorlarının iş prinsipi akustik kavitasiya hadisəsinə əsaslanır. Akustik kavitasiyanın çox güclü kəsilmə qüvvələri də daxil olmaqla, intensiv fiziki qüvvələr yaratdığı məlumdur. Mexaniki gərginliyin tətbiqi hissəcik aqlomeratlarını parçalayır. Həmçinin maye təzyiq altında hissəciklərin arasına daxil olur.
Tozların mayelərdə dispersləşdirilməsi üçün yüksək təzyiqli homogenizatorlar, qarışdırıcılı kürəcikli dəyirmanlar, toqquşan şırnaqlı dəyirmanlar və rotor-stator qarışdırıcıları kimi müxtəlif texnologiyalar kommersiya baxımından mövcuddur. Bununla belə, ultrasəs dispersləşdiricilərinin əhəmiyyətli üstünlükləri var. Ultrasəslə dispersləşdirmənin necə işlədiyini və hansı üstünlüklərə malik olduğunu aşağıda oxuyun.

 

Video S24d 22mm zondu ilə təchiz edilmiş UP400St vasitəsilə qırmızı boyanın ultrasəslə dispersləşdirilməsini nümayiş etdirir.

 

Ultrasəs kavitasiyasının və dispersləşdirmənin iş prinsipi

Ultrasəslə emal zamanı yüksək tezlikli səs dalğaları maye mühitdə növbələşən sıxılma və seyrəkləşmə sahələri yaradır. Səs dalğaları mühitdən keçərkən sürətlə genişlənən və sonra şiddətlə çökən qabarcıqlar yaradır. Bu proses akustik kavitasiya adlanır. Qabarcıqların çökməsi daha böyük hissəcikləri və aqlomeratları daha kiçik hissəciklərə parçalaya bilən yüksək təzyiqli zərbə dalğaları, mikroşırnaqlar və kəsilmə qüvvələri yaradır. Ultrasəslə dispersləşdirmə proseslərində dispersiyadakı hissəciklərin özləri üyütmə mühiti rolunu oynayır. Ultrasəs kavitasiyasının kəsilmə qüvvələri ilə sürətləndirilən hissəciklər bir-biri ilə toqquşur və xırda fraqmentlərə parçalanır. Ultrasəslə emal olunan dispersiyaya kürəciklər və ya muncuqlar əlavə edilmədiyindən, üyütmə mühitinin vaxt aparan və çox əmək tələb edən ayrılması və təmizlənməsi, eləcə də çirklənmə tamamilə aradan qaldırılır.
Bu, ultrasəslə emalı hissəciklərin, hətta digər üsullarla parçalanması çətin olan hissəciklərin dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası üçün çox effektiv edir. Nəticədə hissəciklər daha bərabər paylanır və bu, məhsulun keyfiyyətini və iş göstəricilərini yaxşılaşdırır.
Bundan əlavə, ultrasəslə emal nanosferlər, nanokristallar, nanotəbəqələr, nanoliflər, nanotellər, nüvə-qabıq quruluşlu hissəciklər və digər mürəkkəb strukturlar kimi nanomaterialları asanlıqla emal edə, dispersləşdirə və sintez edə bilər.
Həmçinin ultrasəslə emal nisbətən qısa müddətdə həyata keçirilə bilər ki, bu da digər dispersləşdirmə üsulları ilə müqayisədə böyük üstünlükdür.

Ultrasəs dispersləşdiricilərinin alternativ qarışdırma texnologiyaları ilə müqayisədə üstünlükləri

Ultrasəs dispersləşdiriciləri yüksək təzyiqli homogenizatorlar, kürəcikli üyütmə və ya rotor-stator qarışdırması kimi alternativ qarışdırma texnologiyaları ilə müqayisədə bir sıra üstünlüklər təklif edir. Ən nəzərəçarpan üstünlüklərdən bəziləri bunlardır:

• Hissəcik ölçüsünün daha effektiv kiçildilməsi: Ultrasəs dispersləşdiriciləri hissəcik ölçülərini effektiv şəkildə nanometr diapazonuna qədər kiçildə bilər ki, bu da bir çox digər qarışdırma texnologiyaları ilə mümkün deyil. Bu, onları kiçik hissəcik ölçüsünün həlledici əhəmiyyət daşıdığı tətbiqlər üçün ideal edir.
• Daha sürətli qarışdırma: Ultrasəs dispersləşdiriciləri materialları bir çox digər texnologiyalardan daha sürətlə qarışdıra və dispersləşdirə bilər ki, bu da vaxta qənaət edir və məhsuldarlığı artırır.
• Çirklənmənin olmaması: Ultrasəs dispersləşdiriciləri aşınma nəticəsində dispersiyanı çirkləndirən kürəciklər və ya muncuqlar kimi üyütmə mühitlərindən istifadəni tələb etmir.
• Daha yaxşı məhsul keyfiyyəti: Ultrasəs dispersləşdiriciləri daha bərabər qarışıqlar və suspenziyalar hazırlaya bilər ki, bu da məhsulun keyfiyyətini və xüsusiyyətlərinin vahidliyini yaxşılaşdırır. Xüsusilə axınlı rejimdə dispersiya suspenziyası ultrasəs kavitasiyası zonasından yüksək səviyyədə nəzarət olunan şəkildə keçir və bununla çox bərabər emal təmin olunur.
• Daha az enerji sərfiyyatı: Ultrasəs dispersləşdiriciləri adətən digər texnologiyalardan daha az enerji tələb edir ki, bu da istismar xərclərini azaldır.
• Çoxfunksiyalılıq: Ultrasəs dispersləşdiriciləri homogenləşdirmə, emulsiyalaşdırma, dispersləşdirmə və deaqlomerasiya daxil olmaqla geniş tətbiq sahələrində istifadə edilə bilər. Onlar həmçinin abraziv materiallar, liflər, korroziyaya səbəb olan mayelər və hətta qazlar daxil olmaqla müxtəlif materialları emal edə bilər.

Bu proses üstünlükləri, eləcə də etibarlılıq və sadə istismar sayəsində ultrasəs dispersləşdiriciləri alternativ qarışdırma texnologiyalarını üstələyir və bir çox sənaye tətbiqləri üçün geniş seçilən avadanlığa çevrilir.

İstənilən miqyasda ultrasəslə dispersləşdirmə və deaqlomerasiya

Hielscher istənilən həcmdə materialın partiyalı və ya axın xəttində emalı zamanı dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası üçün ultrasəs cihazları təklif edir. Laboratoriya ultrasəs cihazları 1,5mL-dən təxminən 2L-ə qədər həcmlər üçün istifadə olunur. Sənaye ultrasəs cihazları proseslərin hazırlanmasında və istehsalda 0,5-dən təxminən 2000L-ə qədər partiyalar və ya saatda 0,1L-dən 20m³-ə qədər axın sərfləri üçün istifadə olunur.

Hielscher Ultrasonics sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir və bununla hissəcikləri etibarlı şəkildə nanoölçüyə qədər dispersləşdirir və üyüdür. 200µm-ə qədər amplitudalarda 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Karbon nanoborularının ultrasəslə dispersləşdirilməsi – Hielscher UP400S (400W) ultrasəs cihazı CNT-ləri sürətlə və səmərəli şəkildə dispersləşdirir və dolaşıqlıqlarını açaraq ayrı-ayrı nanoborulara ayırır.

Ultrasəslə dispersləşdirmənin üstünlükləri: Miqyasın asanlıqla böyüdülməsi

Digər dispersləşdirmə texnologiyalarından fərqli olaraq, ultrasəslə emalın miqyası laboratoriya miqyasından istehsal miqyasına asanlıqla böyüdülə bilər. Laboratoriya sınaqları tələb olunan avadanlığın ölçüsünü dəqiq seçməyə imkan verəcək. Son miqyasda tətbiq edildikdə prosesin nəticələri laboratoriya nəticələri ilə eyni olur.

Ultrasəs cihazları: Möhkəm və asan təmizlənən

Ultrasəs gücü mayeyə sonotrod vasitəsilə ötürülür. Bu hissə adətən fırlanma simmetriyasına malikdir. O, bütöv, aviasiya keyfiyyətli titandan mexaniki emalla hazırlanır. Bu, həmçinin maye ilə təmasda olan yeganə hərəkət edən / titrəyən hissədir. O, aşınmaya məruz qalan yeganə hissədir və bir neçə dəqiqə ərzində asanlıqla dəyişdirilə bilər. Rəqsləri izolyasiya edən flanşlar sonotrodu açıq və ya qapalı, təzyiq altında işləyə bilən qablara və ya axın hüceyrələrinə istənilən istiqamətdə quraşdırmağa imkan verir. Heç bir podşipnik tələb olunmur. Maye ilə təmasda olan bütün digər hissələr ümumiyyətlə paslanmayan poladdan hazırlanır. Axın hüceyrəli reaktorlar sadə həndəsi quruluşa malikdir və asanlıqla sökülüb təmizlənə bilər, məsələn, maye axını ilə yuyulmaqla və içərisi silinməklə. Kiçik dəliklər və ya gizli künclər yoxdur.

Yerində ultrasəslə təmizləmə

Ultrasəs səthlərin və hissələrin təmizlənməsi kimi təmizləmə tətbiqləri ilə yaxşı tanınır. Dispersləşdirmə tətbiqlərində istifadə olunan ultrasəs intensivliyi adi ultrasəslə təmizləmədə istifadə olunandan xeyli yüksəkdir. Ultrasəs cihazının maye ilə təmasda olan hissələrinin təmizlənməsi zamanı ultrasəs gücü axınla yuma və yaxalama proseslərində təmizləməyə kömək etmək üçün istifadə oluna bilər, çünki ultrasəs / akustik kavitasiya sonotroddan və axın hüceyrəsinin divarlarından hissəcikləri və maye qalıqlarını uzaqlaşdırır.

---

---

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
• Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
• László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
• Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.