Vådformaling med ultralyd: Fine partikler, præcist fremstillet
Hielscher sonikatorer er effektivt formalingsudstyr til højeffektiv reduktion af partikelstørrelse, nanodispergering og emulgering gennem kontrolleret ultralydskavitation med høj intensitet. Disse systemer er udviklet til både forskning og industriel skala og nedbryder pålideligt agglomerater, forfiner pulvere og skaber homogene suspensioner inden for lægemidler, kosmetik, nanomaterialer og specialkemikalier.
Fra groft pulver til ensartede mikro- og nanopartikler
Hielscher sonikatorer af probetypen leverer kraftig, præcist kontrollerbar vådformaling og finformaling – uden perler, kugler eller andre formalingsmedier. Fremstil homogene opslæmninger med højt faststofindhold og snævre partikelstørrelsesfordelinger, samtidig med at behandlingstiden forkortes og energibehovet reduceres.
Ved hjælp af præcis amplitudestyring og avanceret akustisk bølgeudbredelse opnår sonikatorerne ensartede resultater med minimal termisk påvirkning, hvilket bevarer følsomme forbindelser og samtidig maksimerer gennemløb og reproducerbarhed. Se, hvordan ultralydsformaling kan effektivisere din arbejdsgang ved udvikling af formuleringer og forbedre produktets ydeevne.
Hvem bør bruge vådformaling med ultralyd?
- Producenter, der har brug for kontrolleret reduktion af partikler til mikrometer- eller nanometerstørrelse
- Producenter af pigmenter, blæk, maling og belægninger med høj ydeevne
- Virksomheder, der forarbejder keramik, mineraler, cement og metaloxider
- Udviklere af lægemiddel- og kosmetikformuleringer, der udvikler fine suspensioner
- Producenter af batterier, katalysatorer og avancerede materialer
- Virksomheder, der behandler stærkt koncentrerede eller viskøse opslæmninger
- Laboratorier, der udvikler skalerbare processer til reduktion af partikelstørrelse
- Producenter, der ønsker en snæver, ensartet partikelstørrelsesfordeling
- Virksomheder, der ønsker at undgå kontaminering fra formalingsperler eller -kugler
- Producenter, der ønsker at reducere formalingstid, energiforbrug og rengøringsbehov
Fortæl os om dit materiale, faststofindhold og den ønskede partikelstørrelse. Vores team af sonikeringseksperter vil anbefale en sonikeringsopstilling til forbedret partikelformaling.
Industriel sonikator UIP16000hdT på 16.000 watt til vådformaling af pigmenter og nanopartikler
Kontrolleret reduktion af partikelstørrelse med effektultralyd
Reduktion af partikler til mikrometer- eller nanometerområdet kan forandre en formulering. Finere partikler kan forbedre reaktivitet, stabilitet, overfladeareal, optiske egenskaber og slutproduktets ydeevne. Konventionelle kugle-, perle- og mediemøller kan dog tilføre slidpartikler, kræve arbejdskrævende separation af formalingsmedier og have svært ved at sikre ensartet behandling ved høje faststofkoncentrationer. Vådformaling med ultralyd tilbyder et rent, kontrollerbart alternativ.
Hielscher sonikatorer af probetypen overfører ultralyd med høj intensitet direkte til en væske eller opslæmning. De vekslende trykbølger skaber akustisk kavitation: Mikroskopiske bobler dannes og kollapser med ekstrem intensitet og frembringer væskestråler med høj hastighed, chokbølger og kraftige forskydningskræfter. Disse kræfter accelererer suspenderede partikler ind i hinanden. De resulterende kollisioner mellem partikler, fragmentering og overfladeerosion reducerer agglomerater – og under tilstrækkeligt intense betingelser også primærpartikler – til mikro- og nanostørrelse.
Aluminiumoxidtrihydrat formalet med ultralyd
AL(OH)3 blev leveret af Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA. AL(OH)3 er også kendt som aluminiumtrihydroxid i ATH-serien, Bayer-hydratiseret aluminiumoxid, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hydragyllit eller gibbsit. Det har en hårdhed på 2,5 til 3,5 på Mohs-skalaen.
Ultralydsgennemstrømningsreaktorer til industriel inlineproduktion af nanopartikelopslæmninger.
Præcis, gentagelig og ensartet partikelstørrelsesfordeling
Ultralydsformaling kan justeres i høj grad. Operatører kan styre amplitude, energitilførsel, tryk, temperatur, opholdstid og flowhastighed, så de passer til materialet og den ønskede partikelstørrelse. Det gør processen egnet til alt fra skånsom deagglomerering til intensiv finformaling. Recirkulation og opstillinger med inlineflowceller udsætter opslæmningen ensartet for kavitationszonen, hvilket understøtter reproducerbare resultater og en snæver, homogen partikelstørrelsesfordeling.
Dette kontrolniveau er værdifuldt for pigmenter, blæk, belægninger, keramik, metaloxider, mineraler, katalysatorer, lægemidler og andre avancerede materialer, hvor for store partikler eller en bred fordeling kan forringe kvaliteten. Procesparametre fastlagt i laboratoriet kan overføres til pilotproduktion og industriel produktion, hvilket muliggør systematisk udvikling og opskalering.
Behandling ved højt faststofindhold uden formalingsmedier
Da partikelreduktionen drives af kavitation og kollisioner mellem selve partiklerne, er der ikke behov for perler, små kugler eller formalingskugler. Ved at eliminere formalingsmedier undgår man en potentiel kilde til kontaminering og fjerner behovet for at købe, rengøre og udskifte medier samt separere dem fra den færdige opslæmning. Den enkle geometri af de væskeberørte dele letter også rengøring og produktskift.
Hielscher sonikatorer kan behandle stærkt koncentrerede og viskøse opslæmninger. Et højt faststofindhold betyder mindre væske at håndtere og i mange tilfælde mindre efterfølgende opkoncentrering eller tørring. Det kan også forstærke formalingseffekten mellem partiklerne ved at øge hyppigheden af partikelkollisioner. Denne kombination gør ultralydsformaling særligt attraktiv til koncentrerede masterbatcher og suspensioner i produktionsskala.
Mikroskopbilleder, der viser udviklingen under ultralydsformaling af oliebaserede magentapigmenter
Eksempler: Vådformaling af nanopartikler med effektultralyd
Ultralydsformaling er særligt velegnet til behandling af materialer i mikrometer- og nanometerstørrelse, såsom keramik, aluminiumoxidtrihydrat, bariumsulfat, calciumcarbonat og metaloxider. Tabellerne nedenfor viser mikroskopbilleder af formaling af aluminiumoxidtrihydrat (fra 150 mikrometer ned til 10 mikrometer), keramik (fra 30 mikrometer ned til 2 mikrometer) og natriumcarbonat (fra 70 mikrometer ned til 3 mikrometer). Mikroskopbillederne på denne side viser udviklingen under ultralydsformaling med dentalkeramik, magentapigmenter, natriumcarbonat og hydratiseret aluminiumoxid som eksempler.
Mikroskopbilleder, der viser udviklingen under ultralydsformaling af natriumcarbonat (Na2CO3) i isopropanol.
Sonikeret kalkmaling på grindometeret demonstrerer pigmenternes perfekt ensartede deagglomerering og partikelstørrelsesfordeling
Ultralydsdispergering sikrer en effektiv reduktion af partikelstørrelsen og ensartet fordeling af carbon black-pigmenter i UV-blæk.
Større udbytte af hvert behandlingstrin
Ultralydsenergi tilføres direkte til opslæmningen, hvor reduktionen af partikelstørrelse finder sted. Hurtigt virkende kavitationskræfter kan forkorte formalingscyklusser, mens den effektive omdannelse af elektrisk energi til mekanisk bevægelse kan reducere energibehovet sammenlignet med konventionelt formalingsudstyr. Kontinuerlig inlinebehandling understøtter yderligere et højt gennemløb, ensartet kvalitet og integration i eksisterende produktionslinjer.
For producenter, der ønsker mindre partikler, snævrere fordelinger, renere behandling og effektiv opskalering, gør Hielscher sonikatorer af probetypen vådformaling til en præcist tilrettelagt proces – fra laboratorieforsøg til kontinuerlig industriel produktion.
Kontinuerlig drift med højt gennemløb
Ultralydshomogenisatorer er meget nemme at installere og betjene. Kun to dele er i kontakt med det materiale, der skal formales: sonotroden af titanium og flowcellen af rustfrit stål. På grund af ultralydsflowcellens enkle konstruktion kan enhederne rengøres hurtigt. Da Hielschers ultralydsapparater har en meget høj virkningsgrad ved omdannelse af elektrisk til mekanisk energi, kræves der generelt mindre effekt til ultralydsformaling end til konventionelt formalingsudstyr.
Industriel sonikator UIP6000hdT (6kW) til samtidig pigmentdispergering og mikrobiel sterilisering af vandbaserede malings- og belægningsformuleringer Partikelformalingseffekten er baseret på intens ultralydskavitation. Ved sonikering af væsker med høj intensitet medfører lydbølgerne, der udbreder sig i væskemedierne, skiftende højtrykscyklusser (kompression) og lavtrykscyklusser (fortynding), hvis gentagelseshastighed afhænger af frekvensen. Under lavtrykscyklussen skaber ultralydsbølger med høj intensitet små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan absorbere energi, kollapser de voldsomt under en højtrykscyklus. Dette fænomen kaldes kavitation.
Kavitationsboblernes implosion medfører mikroturbulens og mikrostråler med hastigheder på op til 1000km/hr. Store partikler udsættes for overfladeerosion (via kavitationskollaps i den omgivende væske) eller reduktion af partikelstørrelse (som følge af spaltning ved kollision mellem partikler eller kollaps af kavitationsbobler dannet på overfladen). Dette fører til en kraftig acceleration af diffusion, masseoverførselsprocesser og fastfasereaktioner som følge af ændringer i krystallitstørrelse og -struktur.
Ultralydsprocessorer og flowceller til dispergering og vådformaling af pulvere fås til laboratorie- og produktionsskala. De industrielle systemer kan nemt eftermonteres til inlinedrift. Til forskning og afprøvning af denne proces samt til mange sonokemiske processer anbefaler vi vores laboratorieapparater eller UIP1000hd.
Nanodiamanter kan dispergeres effektivt og pålideligt med Hielscher sonikatorer.
Ofte stillede spørgsmål om vådformaling med ultralyd
Hvad er vådformaling med ultralyd?
Vådformaling med ultralyd er en proces til reduktion af partikelstørrelse, hvor ultralyd med høj effekt tilføres en flydende opslæmning. Akustisk kavitation frembringer intense forskydningskræfter, chokbølger og kollisioner mellem partikler, som nedbryder agglomerater og reducerer faste partikler til mikrometer- eller nanometerdimensioner.
Hvordan reducerer en sonikator af probetypen partikelstørrelsen?
Ultralydsproben, eller sonotroden, overfører ultralyd med høj intensitet direkte til opslæmningen. Kavitationsbobler dannes og kollapser og skaber væskestråler med høj hastighed, som accelererer partikler ind i hinanden. Disse kollisioner medfører partikelfragmentering, overfladeerosion og effektiv deagglomerering.
Kan vådformaling med ultralyd producere nanopartikler?
Ja. Hielscher sonikatorer af probetypen kan bruges til kontrolleret mikronisering og reduktion til nanostørrelse. Den opnåelige partikelstørrelse afhænger af materialet, den oprindelige partikelstørrelse, opslæmningens formulering, faststofkoncentrationen, behandlingsintensiteten, temperaturen, trykket og sonikeringstiden.
Hvilke materialer kan behandles ved ultralydsformaling?
Vådformaling med ultralyd er egnet til pigmenter, blæk, keramik, metaloxider, mineraler, cement, katalysatorer, batterimaterialer, lægemidler, kosmetik og avancerede nanomaterialer. Processen kan behandle partikler suspenderet i vand, opløsningsmidler, olier, harpikser og andre kompatible væskemedier.
Kræver ultralydsformaling formalingsperler eller -kugler?
Nej. Reduktion af partikelstørrelse med ultralyd kræver ikke konventionelle formalingsmedier. Kavitationsdrevne partikelkollisioner skaber formalingseffekten. Ved at eliminere perler og kugler reduceres risikoen for kontaminering fra formalingsmedier, og behovet for separation, rengøring, udskiftning og bortskaffelse af medier fjernes.
Kan Hielscher sonikatorer behandle opslæmninger med højt faststofindhold?
Ja. Hielschers ultralydsprocessorer kan håndtere stærkt koncentrerede og viskøse suspensioner. Et højt faststofindhold reducerer den væskemængde, der skal behandles, og kan intensivere kollisioner mellem partikler, hvilket gør ultralydsformaling attraktiv til koncentrerede opslæmninger og produktion af masterbatcher.
Giver ultralydsformaling en snæver partikelstørrelsesfordeling?
Ensartet eksponering for ultralydskavitationszonen understøtter en snæver og homogen partikelstørrelsesfordeling. Recirkulation og kontinuerlig inlinebehandling bidrager til at sikre ensartet behandling af hele opslæmningen og reducerer samtidig antallet af for store eller utilstrækkeligt behandlede partikler.
Hvilke parametre for ultralydsformaling kan styres?
Vigtige parametre omfatter ultralydsamplitude, energitilførsel, tryk, temperatur, flowhastighed, opholdstid og faststofkoncentration. Præcis styring gør det muligt at tilpasse processen til skånsom deagglomerering, intensiv finformaling eller reproducerbar nanodispergering.
Er vådformaling med ultralyd energieffektiv?
Ultralydsenergi overføres direkte til opslæmningen, hvor reduktionen af partikelstørrelse finder sted. Hurtigt virkende kavitationskræfter kan forkorte behandlingscyklusser og reducere energibehovet sammenlignet med visse konventionelle formalingsmetoder. Det faktiske energiforbrug afhænger af materialet, den ønskede partikelstørrelse, gennemløbet og proceskonfigurationen.
Kan ultralydsformaling foregå kontinuerligt?
Ja. Hielscher sonikatorer kan integreres med flowcellereaktorer til kontinuerlig inlinevådformaling. Inlinebehandling muliggør kontrolleret opholdstid, ensartet produktkvalitet, højt gennemløb og enkel integration i eksisterende industrielle produktionslinjer.
Kan en ultralydsformalingsproces opskaleres?
Ultralydsformaling kan udvikles med en laboratoriesonikator og overføres til pilotudstyr eller industrielt udstyr ved hjælp af definerede procesparametre og specifik energitilførsel. Hielscher tilbyder sonikatorer af probetypen til forsøg i lille skala, procesudvikling og kontinuerlig kommerciel produktion.
Hvordan vælger jeg den rette Hielscher sonikator?
Valget af sonikator afhænger af materialet, opslæmningens volumen, faststofindholdet, viskositeten, den oprindelige partikelstørrelse, den krævede slutstørrelse og det ønskede gennemløb. Et formalingsforsøg kan hjælpe med at fastlægge den optimale amplitude, energibehovet, probegeometrien og en batch- eller inlinekonfiguration.
Læs mere om Hielschers proceslaboratorium til dine gennemførlighedsforsøg og din procesoptimering.
Litteratur / Referencer
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Bhagawat, L.I., Patil, V.S., Kale, B.B., Sonawane, S.H., Bhanvase, B.A., Pinjari, D.V. and Ashokkumar, M. (2016): Sonoprocessing of LiFePO4 nanoparticles and nanocomposites for cathode material in lithium ion batteries. Polymer Composites 37, 2026. 1874-1880.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
UIP1000hd
Mikroskopbilleder, der viser udviklingen under ultralydsformaling af dentalkeramik