Ultraheli märgjahvatus: peened osakesed, täpselt kujundatud

Hielscheri sonikaatorid on tõhusad jahvatusseadmed osakeste suuruse efektiivseks vähendamiseks, nanodispergeerimiseks ja emulgeerimiseks kontrollitud, suure intensiivsusega ultraheli kavitatsiooni abil. Need süsteemid on loodud nii teadus- kui ka tööstuslikuks mastaabiks ning lõhuvad usaldusväärselt aglomeraate, peenestavad pulbreid ja loovad homogeenseid suspensioone farmaatsias, kosmeetikas, nanomaterjalide ja erikemikaalide valdkonnas.

Jämedast pulbrist ühtlaste mikro- ja nanoosakesteni

Hielscheri sondtüüpi sonikaatorid pakuvad võimsat ja täpselt reguleeritavat märgjahvatust ning peenjahvatust – ilma helmeste, kuulide või muu jahvatuskeskkonnata. Valmistage homogeenseid, kõrge tahkisesisaldusega suspensioone kitsa osakeste suurusjaotusega, lühendades samal ajal töötlusaega ja vähendades energiavajadust.
Täpse amplituudi reguleerimise ja täiustatud akustiliste lainete levimise abil saavutavad sonikaatorid ühtlaseid tulemusi minimaalse termilise mõjuga, säilitades tundlikke ühendeid ning maksimeerides samal ajal läbilaskevõimet ja reprodutseeritavust. Avastage, kuidas ultraheli jahvatus võib sujuvamaks muuta teie koostise väljatöötamise töövoogu ja tõsta toote omadusi.

Kes peaks kasutama ultraheli märgjahvatust?

• Tootjad, kes vajavad kontrollitud osakeste vähendamist mikromeetri või nanomeetri suuruseni
• Pigmentide, tintide, värvide ja kõrgjõudlusega pinnakatete tootjad
• Keraamika-, mineraal-, tsemendi- ja metallioksiidide töötlejad
• Farmaatsia- ja kosmeetikatoodete koostiste arendajad, kes töötavad peente suspensioonidega
• Akude, katalüsaatorite ja täiustatud materjalide tootjad
• Ettevõtted, kes töötlevad kõrge kontsentratsiooniga või viskoosseid suspensioone
• Laboratooriumid, mis arendavad skaleeritavaid osakeste suuruse vähendamise protsesse
• Tootjad, kes soovivad kitsast ja ühtlast osakeste suurusjaotust
• Ettevõtted, kes soovivad vältida jahvatushelmestest või -kuulidest tulenevat saastumist
• Tootjad, kes soovivad lühendada jahvatusaega ning vähendada energiatarbimist ja puhastusvajadust

Kontrollitud osakeste suuruse vähendamine võimsa ultraheliga

Osakeste vähendamine mikromeetri või nanomeetri vahemikku võib koostist oluliselt muuta. Peenemad osakesed võivad parandada reaktsioonivõimet, stabiilsust, pindala, optilisi omadusi ja lõpptoote omadusi. Samas võivad tavapärased kuul-, helmes- ja keskkonnaveskid tekitada kulumisosakesi, nõuda vaevarikast jahvatuskeskkonna eraldamist ning neil on raske tagada ühtlast töötlust kõrge tahkisekontsentratsiooni korral. Ultraheli märgjahvatus pakub puhast ja kontrollitavat alternatiivi.
Hielscheri sondtüüpi sonikaatorid suunavad suure intensiivsusega ultraheli otse vedelikku või suspensiooni. Vahelduvad rõhulained tekitavad akustilise kavitatsiooni: mikroskoopilised mullid tekivad ja kollapseeruvad äärmise intensiivsusega, tekitades kiireid vedelikujugasid, lööklaineid ja võimsaid nihkejõude. Need jõud kiirendavad suspendeeritud osakesi üksteise suunas. Tekkivad osakestevahelised kokkupõrked, killustumine ja pinnaerosioon vähendavad aglomeraate – ja piisavalt intensiivsetes tingimustes ka primaarseid osakesi – mikro- ja nanosuuruseni.

Ultrahelijahvatatud alumiiniumtrihüdraat
AL(OH)3 tarnis Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA. AL(OH)3 on tuntud ka kui alumiiniumtrihüdroksiid ATH Series, Bayeri hüdraatunud alumiiniumoksiid, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hüdrargilliit või gibbsiit. Selle Mohsi kõvadus on 2,5 kuni 3,5.

Täpne, korratav ja ühtlane osakeste suurusjaotus

Ultraheli jahvatamine on hästi reguleeritav. Operaatorid saavad juhtida amplituudi, energiasisendit, rõhku, temperatuuri, viibeaega ja vooluhulka, et need vastaksid materjalile ja sihtosakeste suurusele. See muudab protsessi sobivaks kõigeks alates õrnast deaglomeratsioonist kuni intensiivse peenjahvatuseni. Retsirkulatsiooni- ja liinisiseste läbivoolukambritega konfiguratsioonid avavad suspensiooni ühtlaselt kavitatsioonitsoonile, toetades reprodutseeritavaid tulemusi ning kitsast ja homogeenset osakeste suuruse jaotust.
See kontrollitaseme on väärtuslik pigmentide, tintide, katete, keraamika, metallioksiidide, mineraalide, katalüsaatorite, ravimite ja teiste täiustatud materjalide puhul, kus ülemõõdulised osakesed või lai jaotus võivad kvaliteeti kahjustada. Laboris kindlaks määratud protsessiparameetreid saab üle kanda pilootmastaabis ja tööstuslikku tootmisse, mis võimaldab süstemaatilist arendust ja skaleerimist.

Kõrge tahkisesisaldusega töötlus ilma jahvatuskeskkonnata

Kuna osakeste vähendamist põhjustavad kavitatsioon ja osakeste omavahelised kokkupõrked, ei ole vaja helmeid, pärleid ega jahvatuskuule. Jahvatuskeskkonna kõrvaldamine väldib potentsiaalset saasteallikat ning kaotab vajaduse jahvatuskeskkonda osta, puhastada, asendada ja valmis suspensioonist eraldada. Lihtne märgade pindade geomeetria hõlbustab ka puhastamist ja toote vahetust.
Hielscheri sonikaatorid suudavad töödelda väga kontsentreeritud ja viskoosseid suspensioone. Kõrge tahkisesisaldus tähendab vähem käsitsetavat vedelikku ning paljudel juhtudel vähem hilisemat kontsentreerimist või kuivatamist. See võib tugevdada ka osakestevahelist jahvatusefekti, suurendades osakeste kokkupõrgete sagedust. See kombinatsioon muudab ultraheli jahvatamise eriti atraktiivseks kontsentreeritud lähtesegude (masterbatch) ja tootmismastaabis suspensioonide jaoks.

Mikroskoobipildid, mis näitavad õlipõhiste magenta pigmentide ultraheli jahvatamise edenemist

Näited: nanoosakeste märgjahvatus võimsa ultraheliga

Ultraheli jahvatamine sobib eriti mikromeetri- ja nanomeetri-suuruste materjalide töötlemiseks, näiteks keraamika, alumiiniumoksiidi trihüdraadi, baariumsulfaadi, kaltsiumkarbonaadi ja metallioksiidide puhul. Allolevad tabelid näitavad mikroskoopilisi pilte alumiiniumoksiidi trihüdraadi jahvatamisest (150 mikromeetrilt 10 mikromeetrini), keraamika jahvatamisest (30 mikromeetrilt 2 mikromeetrini) ja naatriumkarbonaadi jahvatamisest (70 mikromeetrilt 3 mikromeetrini). Sellel lehel olevad mikroskoopilised pildid näitavad ultraheli jahvatamise edenemist hambakeraamika, magenta pigmentide, naatriumkarbonaadi ja hüdreeritud alumiiniumoksiidi näitel.

Mikroskoobipildid, mis näitavad naatriumkarbonaadi (Na2CO3) ultraheli jahvatamise edenemist isopropanoolis.

Rohkem väljundit igast töötlusetapist

Ultraheli energia viiakse otse suspensiooni, kus toimub osakeste suuruse vähendamine. Kiired kavitatsioonijõud võivad lühendada jahvatustsükleid, samas kui elektrienergia tõhus muundamine mehaaniliseks liikumiseks võib vähendada energiavajadust võrreldes tavapäraste jahvatusseadmetega. Pidev liinisisene töötlus toetab lisaks suurt läbilaskevõimet, ühtlast kvaliteeti ja integreerimist olemasolevatesse tootmisliinidesse.
Tootjatele, kes soovivad väiksemaid osakesi, kitsamaid jaotusi, puhtamat töötlust ja tõhusat skaleerimist, muudavad Hielscheri sondtüüpi sonikaatorid märgjahvatuse täpselt projekteeritud protsessiks – laboratoorsetest katsetest pideva tööstusliku tootmiseni.

Pidev töö suure läbilaskevõime jaoks

Ultraheli homogenisaatorid on väga lihtsad paigaldada ja kasutada. Jahvatatava materjaliga puutub kokku vaid kaks osa: titaanist sonotrood ja roostevabast terasest läbivoolukamber. Ultraheli läbivoolukambri lihtsa konstruktsiooni tõttu saab seadmeid kiiresti puhastada. Kuna Hielscheri ultraheliseadmed muudavad elektrienergia mehaaniliseks energiaks väga suure kasuteguriga, on ultraheli jahvatamiseks üldiselt vaja vähem võimsust kui tavapäraste jahvatusseadmete puhul.

Tööstuslik sonikaator UIP6000hdT (6 kW) pigmentide samaaegseks dispergeerimiseks ning veepõhiste värvi- ja katteretseptuuride mikroobide steriliseerimiseks Osakeste jahvatamise efekt põhineb intensiivsel ultraheli kavitatsioonil. Vedelike ultraheli töötlemisel (sonikeerimisel) suurtel intensiivsustel tekitavad vedelikku levivad helilained vahelduvaid kõrgrõhu- (kokkusurumise) ja madalrõhutsükleid (hõrenemise), mille sagedus sõltub ultraheli sagedusest. Madalrõhutsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultrahelilained vedelikus väikesi vaakumimulle ehk õõnsusi. Kui mullid saavutavad mahu, mille juures nad ei suuda enam energiat neelata, kukuvad nad kõrgrõhutsükli ajal vägivaldselt kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks.
Kavitatsioonimullide implosioon tekitab mikroturbulentse voolu ja mikrojoad kiirusega kuni 1000km/hr. Suurte osakeste pinda erodeerib kavitatsiooniline kollaps ümbritsevas vedelikus või need vähenevad suuruselt (osakeste omavahelise põrkumise või pinnal tekkinud kavitatsioonimullide kollapsi põhjustatud killustumise tõttu). See põhjustab difusiooni, massiülekande protsesside ja tahkefaasi reaktsioonide järsu kiirenemise kristalliitide suuruse ja struktuuri muutumise tõttu.

Dispergeerimiseks ja pulbrite märgjahvatuseks mõeldud ultrahelitöötlusseadmed ja läbivoolukambrid on saadaval laboratoorses ja tootmismastaabis. Tööstussüsteeme saab hõlpsalt ümber ehitada töötama inline-režiimis. Selle protsessi uurimiseks ja testimiseks ning paljude sonokeemiliste protsesside jaoks soovitame meie laboriseadmeid või UIP1000hd.

Nanogramme saab Hielscheri ultrahelisonikaatoritega tõhusalt ja usaldusväärselt dispergeerida.

Kirjandus / viited

• 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.

UIP1000hd

• 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.