آسیاب‌کاری تر فراصوتی: ذرات ریز با مهندسی دقیق
سونیکاتورهای Hielscher تجهیزاتی کارآمد برای آسیاب‌کاری هستند که از طریق کاویتاسیون فراصوتی کنترل‌شده و پرشدت، کاهش اندازهٔ ذرات، نانوپراکنش و امولسیون‌سازی را با بازده بالا انجام می‌دهند. این سامانه‌ها که برای پژوهش و مقیاس صنعتی مهندسی شده‌اند، به‌طور قابل‌اعتماد کلوخه‌ها را می‌شکنند، پودرها را ریزتر می‌کنند و در حوزه‌های دارویی، آرایشی، نانومواد و مواد شیمیایی تخصصی، سوسپانسیون‌های همگن ایجاد می‌کنند.
از پودر درشت تا ریزذرات و نانوذرات یکنواخت
سونیکاتورهای پروبی Hielscher آسیاب‌کاری تر و ریزآسیابی قدرتمند و دقیقاً کنترل‌پذیر را فراهم می‌کنند – بدون مهره، گلوله یا دیگر واسطه‌های آسیاب‌کاری. دوغاب‌های همگن با محتوای جامد بالا و توزیع باریک اندازهٔ ذرات تولید کنید و هم‌زمان زمان فرآوری و نیاز به انرژی را کاهش دهید.
این سونیکاتورها با بهره‌گیری از کنترل دقیق دامنه و انتشار پیشرفتهٔ امواج صوتی، نتایجی یکنواخت با کمترین اثر حرارتی به دست می‌دهند؛ ترکیبات حساس را حفظ می‌کنند و در عین حال ظرفیت پردازش و تکرارپذیری را به حداکثر می‌رسانند. ببینید چگونه آسیاب‌کاری فراصوتی می‌تواند روند کاری فرمولاسیون شما را ساده‌تر کند و عملکرد محصول را ارتقا دهد.
آسیاب‌کاری تر فراصوتی برای چه کسانی مناسب است؟
- تولیدکنندگانی که به کاهش کنترل‌شدهٔ اندازهٔ ذرات تا ابعاد میکرونی یا نانومتری نیاز دارند
- تولیدکنندگان رنگ‌دانه، مرکب، رنگ و پوشش‌های با عملکرد بالا
- فعالان فرآوری سرامیک، مواد معدنی، سیمان و اکسیدهای فلزی
- متخصصان فرمولاسیون دارویی و آرایشی که سوسپانسیون‌های ریزدانه توسعه می‌دهند
- تولیدکنندگان باتری، کاتالیزور و مواد پیشرفته
- شرکت‌هایی که دوغاب‌های بسیار غلیظ یا گران‌رو را فرآوری می‌کنند
- آزمایشگاه‌هایی که فرآیندهای مقیاس‌پذیر کاهش اندازهٔ ذرات را توسعه می‌دهند
- تولیدکنندگانی که به دنبال توزیع باریک و یکنواخت اندازهٔ ذرات هستند
- واحدهایی که می‌خواهند از آلودگی ناشی از مهره‌ها یا گلوله‌های آسیاب جلوگیری کنند
- تولیدکنندگانی که هدفشان کاهش زمان آسیاب‌کاری، مصرف انرژی و نیاز به تمیزکاری است
دربارهٔ ماده، میزان بارگذاری جامدات و اندازهٔ هدف ذرات خود به ما بگویید. تیم متخصص فراصوت‌دهی ما، آرایش مناسبی از تجهیزات فراصوت‌دهی را برای بهبود آسیاب‌کاری ذرات به شما پیشنهاد خواهد کرد.
سونیکاتور صنعتی 16٬000 وات مدل UIP16000hdT برای آسیاب‌کاری تر رنگ‌دانه‌ها و نانوذرات
کاهش کنترل‌شدهٔ اندازهٔ ذرات با فراصوت پرتوان
کاهش اندازهٔ ذرات تا محدودهٔ میکرونی یا نانومتری می‌تواند فرمولاسیون را متحول کند. ذرات ریزتر می‌توانند واکنش‌پذیری، پایداری، مساحت سطح، خواص نوری و عملکرد محصول نهایی را بهبود دهند. بااین‌حال، آسیاب‌های متداول گلوله‌ای، مهره‌ای و دارای واسطهٔ آسیاب‌کاری ممکن است ذرات ناشی از سایش را وارد محصول کنند، به جداسازی پرزحمت واسطه‌های آسیاب‌کاری نیاز داشته باشند و در غلظت‌های بالای جامدات برای فرآوری یکنواخت با مشکل مواجه شوند. آسیاب‌کاری تر فراصوتی جایگزینی پاک و کنترل‌پذیر ارائه می‌دهد.
سونیکاتورهای پروبی Hielscher فراصوت پرشدت را مستقیماً به مایع یا دوغاب منتقل می‌کنند. امواج فشار متناوب، کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند: حباب‌های میکروسکوپی تشکیل می‌شوند و با شدت بسیار زیاد فرومی‌پاشند و جت‌های پرسرعت مایع، امواج ضربه‌ای و نیروهای برشی قدرتمند ایجاد می‌کنند. این نیروها ذرات معلق را به‌سوی یکدیگر شتاب می‌دهند. برخوردهای بین‌ذره‌ای، تکه‌تکه‌شدن و فرسایش سطحی حاصل، اندازهٔ کلوخه‌ها – و در شرایط با شدت کافی، ذرات اولیه – را تا ابعاد میکرو و نانو کاهش می‌دهند.
آلومینا تری‌هیدرات آسیاب‌شده با فراصوت
AL(OH)3 توسط Alcoa World Alumina LLC، پیتسبورگ، پنسیلوانیا، ایالات متحدهٔ آمریکا تأمین شد. AL(OH)3 با نام‌های تری‌هیدروکسید آلومینیوم سری ATH، آلومینای هیدراتهٔ بایر، C-30، KB-30، KC-30، KH-30، هیدراژیلیت یا گیبسیت نیز شناخته می‌شود. سختی آن در مقیاس موس از 2٫5 تا 3٫5 است.
راکتورهای فراصوتی جریان‌گذر برای تولید صنعتی درون‌خطی دوغاب‌های نانوذرات.
توزیع دقیق، تکرارپذیر و یکنواخت اندازهٔ ذرات
آسیاب‌کاری فراصوتی قابلیت تنظیم بالایی دارد. اپراتورها می‌توانند دامنه، انرژی ورودی، فشار، دما، زمان ماند و دبی را متناسب با ماده و اندازهٔ هدف ذرات کنترل کنند. این ویژگی، فرآیند را برای طیفی از کاربردها، از کلوخه‌زدایی ملایم تا ریزآسیابی شدید، مناسب می‌سازد. پیکربندی‌های گردش مجدد و سلول جریان درون‌خطی، دوغاب را به‌طور یکنواخت در معرض ناحیهٔ کاویتاسیون قرار می‌دهند و به دستیابی به نتایج تکرارپذیر و توزیع باریک و همگن اندازهٔ ذرات کمک می‌کنند.
این سطح از کنترل برای رنگ‌دانه‌ها، مرکب‌ها، پوشش‌ها، سرامیک‌ها، اکسیدهای فلزی، مواد معدنی، کاتالیزورها، مواد دارویی و دیگر مواد پیشرفته ارزشمند است؛ موادی که در آن‌ها ذرات بیش‌ازحد درشت یا توزیع گستردهٔ اندازه می‌تواند کیفیت را به خطر بیندازد. پارامترهای فرآیندی تعیین‌شده در آزمایشگاه را می‌توان به تولید پایلوت و صنعتی منتقل کرد و بدین‌ترتیب توسعه و افزایش مقیاس نظام‌مند را امکان‌پذیر ساخت.
فرآوری با محتوای جامد بالا بدون واسطه‌های آسیاب‌کاری
ازآنجاکه کاهش اندازهٔ ذرات بر اثر کاویتاسیون و برخورد خود ذرات با یکدیگر رخ می‌دهد، به مهره، دانه‌های کروی یا گلوله‌های آسیاب نیازی نیست. حذف واسطه‌های آسیاب‌کاری از یک منبع بالقوهٔ آلودگی جلوگیری می‌کند و نیاز به خرید، تمیزکاری، تعویض و جداسازی آن‌ها از دوغاب نهایی را از بین می‌برد. هندسهٔ سادهٔ بخش‌های در تماس با سیال نیز تمیزکاری و تغییر محصول تولیدی را تسهیل می‌کند.
سونیکاتورهای Hielscher می‌توانند دوغاب‌های بسیار غلیظ و گران‌رو را فرآوری کنند. بارگذاری بالای جامدات به معنای حجم کمتر مایع برای جابه‌جایی و فرآوری و، در بسیاری موارد، نیاز کمتر به تغلیظ یا خشک‌کردن در مراحل پایین‌دستی است. همچنین می‌تواند با افزایش بسامد برخورد ذرات، اثر آسیاب‌کاری بین‌ذره‌ای را تقویت کند. این ترکیب ویژگی‌ها، آسیاب‌کاری فراصوتی را به‌ویژه برای مستربچ‌های غلیظ و سوسپانسیون‌ها در مقیاس تولید جذاب می‌سازد.
تصاویر میکروسکوپی نشان‌دهندهٔ پیشرفت آسیاب‌کاری فراصوتی رنگ‌دانه‌های ماژنتای پایه‌روغنی
نمونه‌ها: آسیاب‌کاری تر نانوذرات با فراصوت پرتوان
آسیاب‌کاری فراصوتی به‌ویژه برای فرآوری مواد با اندازهٔ میکرونی و نانومتری، مانند سرامیک‌ها، آلومینا تری‌هیدرات، سولفات باریم، کربنات کلسیم و اکسیدهای فلزی مناسب است. جدول‌های زیر تصاویر میکروسکوپی آسیاب‌کاری آلومینا تری‌هیدرات (از 150 میکرون تا 10 میکرون)، سرامیک‌ها (از 30 میکرون تا 2 میکرون) و کربنات سدیم (از 70 میکرون تا 3 میکرون) را نشان می‌دهند. تصاویر میکروسکوپی این صفحه، پیشرفت آسیاب‌کاری فراصوتی را در نمونه‌های سرامیک‌های دندان‌پزشکی، رنگ‌دانه‌های ماژنتا، کربنات سدیم و آلومینای هیدراته به شما نشان می‌دهند.
تصاویر میکروسکوپی نشان‌دهندهٔ پیشرفت آسیاب‌کاری فراصوتی کربنات سدیم (Na2CO3) در ایزوپروپانول.
رنگ گچی فراصوت‌دهی‌شده روی گرایندومتر، کلوخه‌زدایی و توزیع اندازهٔ کاملاً یکنواخت ذرات رنگ‌دانه‌ها را نشان می‌دهد
پراکنش فراصوتی، کاهش مؤثر اندازهٔ ذرات و توزیع یکنواخت رنگ‌دانه‌های کربن‌بلک را در مرکب UV تضمین می‌کند.
خروجی بیشتر از هر مرحلهٔ فرآوری
انرژی فراصوتی مستقیماً به دوغاب، یعنی محل کاهش اندازهٔ ذرات، منتقل می‌شود. نیروهای سریع ناشی از کاویتاسیون می‌توانند چرخه‌های آسیاب‌کاری را کوتاه کنند، درحالی‌که تبدیل پربازده انرژی الکتریکی به حرکت مکانیکی می‌تواند نیاز به انرژی را در مقایسه با تجهیزات متداول آسیاب‌کاری کاهش دهد. فرآوری پیوستهٔ درون‌خطی نیز به ظرفیت پردازش بالا، کیفیت ثابت و ادغام در خطوط تولید موجود کمک می‌کند.
برای تولیدکنندگانی که به دنبال ذرات کوچک‌تر، توزیع‌های باریک‌تر، فرآوری پاک‌تر و افزایش مقیاس کارآمد هستند، سونیکاتورهای پروبی Hielscher آسیاب‌کاری تر را به فرآیندی با مهندسی دقیق تبدیل می‌کنند – از آزمون‌های آزمایشگاهی تا تولید صنعتی پیوسته.
کارکرد پیوسته برای ظرفیت پردازش بالا
نصب و کار با هموژنایزرهای فراصوتی بسیار آسان است. تنها دو قطعه با ماده‌ای که باید آسیاب شود تماس دارند: سونوتْرود تیتانیومی و سلول جریان از جنس فولاد زنگ‌نزن. به‌دلیل طراحی سادهٔ سلول جریان فراصوتی، دستگاه‌ها را می‌توان به‌سرعت تمیز کرد. ازآنجاکه دستگاه‌های فراصوتی Hielscher در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی بازده بسیار بالایی دارند، آسیاب‌کاری فراصوتی معمولاً نسبت به تجهیزات متداول آسیاب‌کاری به توان کمتری نیاز دارد.
سونیکاتور صنعتی UIP6000hdT (6kW) برای پراکنش هم‌زمان رنگ‌دانه و استریل‌سازی میکروبی فرمولاسیون‌های رنگ و پوشش پایه‌آب اثر آسیاب‌کاری ذرات بر کاویتاسیون شدید فراصوتی استوار است. هنگام فراصوت‌دهی مایعات با شدت بالا، امواج صوتی منتشرشونده در محیط مایع، چرخه‌های متناوب فشار بالا (تراکم) و فشار پایین (انبساط) ایجاد می‌کنند که آهنگ آن‌ها به فرکانس بستگی دارد. در چرخهٔ فشار پایین، امواج فراصوتی پرشدت، حباب‌های کوچک خلأ یا حفره‌هایی در مایع ایجاد می‌کنند. هنگامی که حباب‌ها به حجمی می‌رسند که دیگر نمی‌توانند انرژی جذب کنند، در یک چرخهٔ فشار بالا به‌شدت فرومی‌پاشند. این پدیده کاویتاسیون نام دارد.
فروپاشی درونی حباب‌های کاویتاسیون، ریزآشفتگی‌ها و ریزجت‌هایی با سرعت تا 1000km/hr ایجاد می‌کند. ذرات بزرگ دچار فرسایش سطحی (از طریق فروپاشی کاویتاسیونی در مایع پیرامون) یا کاهش اندازه (بر اثر شکافته‌شدن ناشی از برخورد بین‌ذره‌ای یا فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون تشکیل‌شده روی سطح) می‌شوند. این امر، به‌دلیل تغییر اندازه و ساختار بلورک‌ها، به شتاب‌گیری شدید نفوذ، فرآیندهای انتقال جرم و واکنش‌های فاز جامد منجر می‌شود.
پردازشگرهای فراصوتی و سلول‌های جریان برای پراکنش و آسیاب‌کاری تر پودرها در مقیاس آزمایشگاهی و تولیدی در دسترس هستند. سامانه‌های صنعتی را می‌توان به‌آسانی برای کارکرد درون‌خطی بازتجهیز کرد. برای پژوهش و آزمودن این فرآیند و نیز بسیاری از فرآیندهای سونوشیمیایی، دستگاه‌های آزمایشگاهی خود یا UIP1000hd را توصیه می‌کنیم.
با استفاده از دستگاه‌های فراصوتی Hielscher می‌توان نانوالماس‌ها را به‌طور کارآمد و قابل‌اعتماد پراکنده کرد.
پرسش‌های متداول دربارهٔ آسیاب‌کاری تر فراصوتی
آسیاب‌کاری تر فراصوتی چیست؟
آسیاب‌کاری تر فراصوتی فرآیندی برای کاهش اندازهٔ ذرات است که در آن فراصوت پرتوان به یک دوغاب مایع اعمال می‌شود. کاویتاسیون آکوستیکی، نیروهای برشی شدید، امواج ضربه‌ای و برخوردهای بین‌ذره‌ای ایجاد می‌کند که کلوخه‌ها را می‌شکنند و اندازهٔ ذرات جامد را تا ابعاد میکرونی یا نانومتری کاهش می‌دهند.
سونیکاتور پروبی چگونه اندازهٔ ذرات را کاهش می‌دهد؟
پروب فراصوتی، یا سونوتْرود، فراصوت پرشدت را مستقیماً به دوغاب منتقل می‌کند. حباب‌های کاویتاسیون تشکیل می‌شوند و فرومی‌پاشند و جت‌های پرسرعت مایع ایجاد می‌کنند که ذرات را به‌سوی یکدیگر شتاب می‌دهند. این برخوردها موجب تکه‌تکه‌شدن ذرات، فرسایش سطحی و کلوخه‌زدایی مؤثر می‌شوند.
آیا آسیاب‌کاری تر فراصوتی می‌تواند نانوذرات تولید کند؟
بله. سونیکاتورهای پروبی Hielscher را می‌توان برای میکرونیزه‌کردن و رساندن اندازه به مقیاس نانو به‌صورت کنترل‌شده به کار برد. اندازهٔ قابل‌دستیابی ذرات به ماده، اندازهٔ اولیهٔ ذرات، فرمولاسیون دوغاب، غلظت جامدات، شدت فرآوری، دما، فشار و زمان فراصوت‌دهی بستگی دارد.
چه موادی را می‌توان با آسیاب‌کاری فراصوتی فرآوری کرد؟
آسیاب‌کاری تر فراصوتی برای رنگ‌دانه‌ها، مرکب‌ها، سرامیک‌ها، اکسیدهای فلزی، مواد معدنی، سیمان، کاتالیزورها، مواد باتری، مواد دارویی، محصولات آرایشی و نانومواد پیشرفته مناسب است. این روش می‌تواند ذرات معلق در آب، حلال‌ها، روغن‌ها، رزین‌ها و دیگر محیط‌های مایع سازگار را فرآوری کند.
آیا آسیاب‌کاری فراصوتی به مهره یا گلولهٔ آسیاب نیاز دارد؟
خیر. کاهش اندازهٔ ذرات با فراصوت به واسطه‌های متداول آسیاب‌کاری نیاز ندارد. برخورد ذرات ناشی از کاویتاسیون، اثر آسیاب‌کاری را ایجاد می‌کند. حذف مهره‌ها و گلوله‌ها خطر آلودگی ناشی از واسطه‌های آسیاب‌کاری را کاهش می‌دهد و نیاز به جداسازی، تمیزکاری، تعویض و دفع آن‌ها را از بین می‌برد.
آیا سونیکاتورهای Hielscher می‌توانند دوغاب‌های با محتوای جامد بالا را فرآوری کنند؟
بله. پردازشگرهای فراصوتی Hielscher می‌توانند سوسپانسیون‌های بسیار غلیظ و گران‌رو را فرآوری کنند. بارگذاری بالای جامدات، حجم مایعی را که باید فرآوری شود کاهش می‌دهد و می‌تواند برخوردهای بین‌ذره‌ای را تشدید کند؛ به همین دلیل، آسیاب‌کاری فراصوتی برای دوغاب‌های غلیظ و تولید مستربچ جذاب است.
آیا آسیاب‌کاری فراصوتی توزیع باریک اندازهٔ ذرات ایجاد می‌کند؟
قرارگیری یکنواخت در معرض ناحیهٔ کاویتاسیون فراصوتی به ایجاد توزیع باریک و همگن اندازهٔ ذرات کمک می‌کند. گردش مجدد و فرآوری پیوستهٔ درون‌خطی به اطمینان از فرآوری یکنواخت کل دوغاب کمک می‌کنند و هم‌زمان تعداد ذرات بیش‌ازحد درشت یا ناکافی فرآوری‌شده را کاهش می‌دهند.
کدام پارامترهای آسیاب‌کاری فراصوتی قابل‌کنترل هستند؟
پارامترهای مهم شامل دامنهٔ فراصوت، انرژی ورودی، فشار، دما، دبی، زمان ماند و غلظت جامدات هستند. کنترل دقیق امکان تنظیم فرآیند را برای کلوخه‌زدایی ملایم، ریزآسیابی شدید یا نانوپراکنش تکرارپذیر فراهم می‌کند.
آیا آسیاب‌کاری تر فراصوتی از نظر مصرف انرژی کارآمد است؟
انرژی فراصوتی مستقیماً به دوغاب، یعنی محل کاهش اندازهٔ ذرات، منتقل می‌شود. نیروهای سریع ناشی از کاویتاسیون می‌توانند چرخه‌های فرآوری را کوتاه کنند و نیاز به انرژی را در مقایسه با برخی روش‌های متداول آسیاب‌کاری کاهش دهند. مصرف واقعی انرژی به ماده، اندازهٔ هدف ذرات، ظرفیت پردازش و پیکربندی فرآیند بستگی دارد.
آیا آسیاب‌کاری فراصوتی می‌تواند به‌صورت پیوسته انجام شود؟
بله. سونیکاتورهای Hielscher را می‌توان با راکتورهای سلول جریان یکپارچه کرد تا آسیاب‌کاری تر پیوستهٔ درون‌خطی انجام شود. فرآوری درون‌خطی امکان کنترل زمان ماند، کیفیت ثابت محصول، ظرفیت پردازش بالا و ادغام آسان در خطوط تولید صنعتی موجود را فراهم می‌کند.
آیا می‌توان مقیاس فرآیند آسیاب‌کاری فراصوتی را افزایش داد؟
آسیاب‌کاری فراصوتی را می‌توان با یک سونیکاتور آزمایشگاهی توسعه داد و با استفاده از پارامترهای فرآیندی تعریف‌شده و انرژی ورودی ویژه، به تجهیزات پایلوت یا صنعتی انتقال داد. Hielscher سونیکاتورهای پروبی را برای آزمون در مقیاس کوچک، توسعهٔ فرآیند و تولید تجاری پیوسته ارائه می‌دهد.
چگونه سونیکاتور مناسب Hielscher را انتخاب کنم؟
انتخاب سونیکاتور به ماده، حجم دوغاب، بارگذاری جامدات، گران‌روی، اندازهٔ اولیهٔ ذرات، اندازهٔ نهایی موردنیاز و ظرفیت پردازش مطلوب بستگی دارد. یک آزمون آسیاب‌کاری می‌تواند به تعیین دامنهٔ بهینه، انرژی موردنیاز، هندسهٔ پروب و پیکربندی ناپیوسته یا درون‌خطی کمک کند.
دربارهٔ آزمایشگاه فرآیند Hielscher برای آزمون‌های امکان‌سنجی و بهینه‌سازی فرآیند خود بیشتر بدانید.
منابع علمی / مراجع
- 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
تصاویر میکروسکوپی نشان‌دهندهٔ پیشرفت آسیاب‌کاری فراصوتی سرامیک دندان‌پزشکی