Ultraheli hajutamine ja deagglomeratsioon

Tahkete ainete hajutamine ja deagglomeratsioon vedelikeks on võimsuse ultraheli ja sondi tüüpi sonikaatorite oluline rakendus. Ultraheli kavitatsioon tekitab erakordselt kõrge nihke, mis lagundab osakeste aglomeraadid üksikuteks dispergeeritud osakesteks. Tänu oma lokaalselt keskendunud kõrgetele nihkejõududele on ultrahelitöötlus ideaalne mirkon- ja nano-suurusega dispersioonide tootmiseks eksperimenteerimiseks, uurimiseks ja arendamiseks ning muidugi tööstuslikuks tootmiseks.

Pulbrite segamine vedelikeks on tavaline samm erinevate toodete, näiteks värvide, tindi, kosmeetika, jookide, hüdrogeelide või poleerimisvahendite valmistamisel. Üksikuid osakesi hoiavad koos erineva füüsikalise ja keemilise iseloomuga tõmbejõud, sealhulgas van der Waalsi jõud ja vedeliku pindpinevus. See efekt on tugevam kõrgema viskoossusega vedelike, näiteks polümeeride või vaigude puhul. Tõmbejõud tuleb ületada, et osakesi deagglomereerida ja hajutada vedelasse keskkonda. Loe allpool, miks ultraheli homogenisaatorid on paremad dispergeerivad seadmed submikroni- ja nano-suurusega osakeste hajutamiseks laboris ja tööstuses.

Tahkete ainete ultraheli hajutamine vedelikeks

Ultraheli homogenisaatorite tööpõhimõte põhineb akustilise kavitatsiooni nähtusel. On teada, et akustiline kavitatsioon tekitab intensiivseid füüsilisi jõude, sealhulgas väga tugevaid nihkejõude. Mehaanilise koormuse rakendamine lõhub osakeste aglomeraadid. Samuti pressitakse osakeste vahele vedelikku.
Kuigi pulbrite hajutamiseks vedelikeks on kaubanduslikult saadaval mitmesugused tehnoloogiad, nagu kõrgsurve homogenisaatorid, segisti helmesveskid, impinging-jugaveskid ja rootor-staator-segisti. Kuid ultraheli dispergeerijatel on märkimisväärsed eelised. Loe allpool, kuidas ultraheli dispersioon toimib ja millised on ultraheli hajutamise eelised.

Ultraheli kavitatsiooni ja dispersiooni tööpõhimõte

Ultrahelitöötluse ajal tekitavad kõrgsageduslikud helilained vedelas keskkonnas vahelduvaid kokkusurumise ja haruldase ala. Kui helilained läbivad keskkonda, tekitavad nad mullid, mis kiiresti laienevad ja seejärel vägivaldselt kokku varisevad. Seda protsessi nimetatakse akustiliseks kavitatsiooniks. Mullide kokkuvarisemine tekitab kõrgsurve lööklaineid, mikrojette ja nihkejõude, mis võivad lagundada suuremad osakesed ja aglomeraadid väiksemateks osakesteks. Ultraheli dispersiooniprotsessides toimivad dispersioonis olevad osakesed ise freesimiskeskkonnana. Ultraheli kavitatsiooni nihkejõudude kiirendamisel põrkuvad osakesed üksteisega ja purunevad väikesteks fragmentideks. Kuna ultraheliga töödeldud dispersioonile ei lisata helmeid ega pärleid, välditakse täielikult aeganõudvat ja töömahukat freessöötmete eraldamist ja puhastamist ning saastumist.
See muudab ultrahelitöötluse nii tõhusaks osakeste hajutamisel ja deagglomereerimisel, isegi nendel, mida on raske teiste meetoditega lagundada. Selle tulemuseks on osakeste ühtlasem jaotumine, mis parandab toote kvaliteeti ja jõudlust.
Lisaks võib ultrahelitöötlus kergesti käsitseda, hajutada ja sünteesida nanomaterjale, nagu nanosfäärid, nanokristallid, nanolehed, nanokiud, nanojuhtmed, südamiku kesta osakesed ja muud keerulised struktuurid.
Lisaks saab ultrahelitöötlust läbi viia suhteliselt lühikese aja jooksul, mis on suur eelis teiste dispersioonitehnikate ees.

Ultraheli dispergeerijate eelised alternatiivsete segamistehnoloogiate ees

Ultraheli dispergeerijad pakuvad mitmeid eeliseid võrreldes alternatiivsete segamistehnoloogiatega, nagu kõrgsurve homogenisaatorid, helmeste freesimine või rootor-staatori segamine. Mõned silmapaistvamad eelised on järgmised:

• Parem osakeste suuruse vähendamine: Ultraheli dispergeerijad võivad tõhusalt vähendada osakeste suurust nanomeetri vahemikku, mis ei ole paljude teiste segamistehnoloogiatega võimalik. See muudab need ideaalseks rakendusteks, kus peenosakeste suurus on kriitiline.
• Kiirem segamine: Ultraheli dispergeerijad võivad materjale segada ja hajutada kiiremini kui paljud teised tehnoloogiad, mis säästab aega ja suurendab tootlikkust.
• Saastumine puudub: Ultraheli dispergeerijad ei nõua freesimisvahendite kasutamist helmeste või pärlitena, mis saastavad dispersiooni hõõrdumise teel.
• Parem toote kvaliteet: Ultraheli dispergeerijad võivad toota ühtlasemaid segusid ja suspensioone, mille tulemuseks on parem toote kvaliteet ja konsistents. Eriti läbivoolurežiimis läbib dispersiooni läga ultraheli kavitatsioonitsooni väga kontrollitud viisil, tagades väga ühtlase ravi.
• Väiksem energiatarbimine: Ultraheli dispergeerijad vajavad tavaliselt vähem energiat kui teised tehnoloogiad, mis vähendab tegevuskulusid.
• Mitmekülgsus: Ultraheli dispergeerijaid saab kasutada mitmesugustes rakendustes, sealhulgas homogeniseerimine, emulgeerimine, dispersioon ja deagglomeratsioon. Samuti saavad nad hakkama mitmesuguste materjalidega, sealhulgas abrasiivsete materjalide, kiudude, söövitavate vedelike ja isegi gaasidega.

Nende protsessi eeliste, samuti usaldusväärsuse ja lihtsa töö tõttu ületavad ultraheli dispergeerijad alternatiivseid segamistehnoloogiaid, muutes need populaarseks valikuks paljude tööstuslike rakenduste jaoks.

Aurustatud ränidioksiidi ultraheli dispersioon vees: Enne ultraheliuuringut on aglomeeritud ränidioksiidi osakeste suurus üle 200 mikroni (D50). Pärast aurustatud ränidioksiidi ultraheli dispersiooni vähendati enamikku osakesi vähem kui 200 nanomeetrini.

Ultraheli hajutamine ja deagglomeratsioon mis tahes skaalal

Hielscher pakub ultraheli seadmeid mis tahes mahu hajutamiseks ja deagglomeratsiooniks partii või inline töötlemiseks. Ultraheli laboriseadmeid kasutatakse mahtudes 1,5 ml kuni umbes 2L. Tööstuslikke ultraheli seadmeid kasutatakse protsessi arendamisel ja tootmisel partiidele 0,5 kuni umbes 2000L või voolukiirusega 0,1L kuni 20m³ tunnis.

Hielscher Ultrasonics tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi, hajutades ja jahvatades osakesi usaldusväärselt nano-skaalale. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.

Ultraheli dispersiooni eelised: lihtne suurendada

Erinevalt teistest hajutavatest tehnoloogiatest saab ultraheliuuringut laborist kergesti suurendada tootmise suurusele. Laboratoorsed testid võimaldavad täpselt valida vajaliku seadme suuruse. Lõplikus skaalas kasutamisel on protsessi tulemused identsed laboritulemustega.

Ultrasonikaatorid: vastupidav ja kergesti puhastatav

Ultraheli võimsus edastatakse vedelikku sonotrode kaudu. See on tavaliselt pöörlev sümmeetriline osa, mis on töödeldud tahke õhusõiduki kvaliteediga titaanist. See on ka ainus liikuv / vibreeriv niisutatud osa. See on ainus osa, mis on kulunud ja mida saab mõne minuti jooksul hõlpsasti asendada. Võnkumise lahtisidumise äärikud võimaldavad sonotrode paigaldada avatud või suletud survestatavatesse mahutitesse või voolurakkudesse mis tahes suunas. Laagreid pole vaja. Kõik muud niisutatud osad on tavaliselt valmistatud roostevabast terasest. Vooluelemendireaktoritel on lihtsad geomeetriad ning neid saab hõlpsasti lahti võtta ja puhastada, näiteks loputades ja pühkides. Puuduvad väikesed avad või peidetud nurgad.

Ultraheli puhastaja paigas

Ultraheli on tuntud oma puhastusrakenduste, näiteks pinna, osade puhastamise poolest. Rakenduste hajutamiseks kasutatav ultraheli intensiivsus on palju suurem kui tüüpilise ultraheli puhastamise puhul. Kui tegemist on ultraheli seadme niisutatud osade puhastamisega, saab ultraheli võimsust kasutada puhastamiseks loputamise ja loputamise ajal, kuna ultraheli / akustiline kavitatsioon eemaldab osakesed ja vedelad jäägid sonotrode'ist ja voolu rakuseintest.

Kirjandus / Viited