અલ્ટ્રાસોનિક ભીનું મિલિંગ: ચોકસાઈપૂર્વક તૈયાર કરેલા સૂક્ષ્મ કણો

Hielscher સોનિકેટર્સ નિયંત્રિત, ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન દ્વારા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાથી કણોનું કદ ઘટાડવા, નેનો-વિખેરણ કરવા અને ઇમલ્સિફિકેશન કરવા માટેનાં કાર્યક્ષમ મિલિંગ ઉપકરણો છે. સંશોધન અને ઔદ્યોગિક પાયે ઉપયોગ માટે રચાયેલી આ પ્રણાલીઓ ઔષધો, સૌંદર્યપ્રસાધનો, નેનોસામગ્રીઓ અને વિશિષ્ટ રસાયણોના ક્ષેત્રોમાં કણસમૂહોને વિશ્વસનીય રીતે તોડે છે, પાઉડરને વધુ સૂક્ષ્મ બનાવે છે અને સમાનધર્મી નિલંબનો તૈયાર કરે છે.

બરછટ પાઉડરથી એકસમાન સૂક્ષ્મકણો અને નેનોકણો સુધી

Hielscher પ્રોબ-પ્રકારના સોનિકેટર્સ શક્તિશાળી અને ચોકસાઈપૂર્વક નિયંત્રિત કરી શકાય એવું ભીનું મિલિંગ અને સૂક્ષ્મ પીસવાની પ્રક્રિયા પૂરી પાડે છે – મણકા, ગોળા કે અન્ય મિલિંગ માધ્યમો વિના. પ્રક્રિયાનો સમય અને ઊર્જાની જરૂરિયાત ઘટાડવાની સાથે કણોના કદના સંકુચિત વિતરણવાળી, વધુ ઘન પદાર્થ ધરાવતી સમાનધર્મી સ્લરીઓ તૈયાર કરો.
કંપનવિસ્તારના ચોક્કસ નિયંત્રણ અને અદ્યતન ધ્વનિતરંગ પ્રસરણનો ઉપયોગ કરીને સોનિકેટર્સ ન્યૂનતમ ઉષ્મીય અસર સાથે એકસમાન પરિણામો પ્રાપ્ત કરે છે, જેથી સંવેદનશીલ સંયોજનો જળવાઈ રહે છે અને પ્રક્રિયા ક્ષમતા તથા પુનરુત્પાદકતા મહત્તમ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ તમારા ફોર્મ્યુલેશનની કાર્યપ્રવાહ પ્રક્રિયાને કેવી રીતે સુવ્યવસ્થિત કરી શકે છે અને ઉત્પાદનનું પ્રદર્શન કેવી રીતે સુધારી શકે છે તે જાણો.

અલ્ટ્રાસોનિક ભીના મિલિંગનો ઉપયોગ કોણે કરવો જોઈએ?

• કણોનું કદ નિયંત્રિત રીતે માઇક્રોન અથવા નેનોમીટર સુધી ઘટાડવાની જરૂર હોય એવા ઉત્પાદકો
• રંગદ્રવ્યો, શાહી, પેઇન્ટ અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન આપતાં કોટિંગ્સના ઉત્પાદકો
• સિરામિક, ખનિજ, સિમેન્ટ અને ધાતુના ઑક્સાઇડનું પ્રોસેસિંગ કરનારા
• સૂક્ષ્મ નિલંબનો વિકસાવતા ઔષધ અને સૌંદર્યપ્રસાધનના ફોર્મ્યુલેટરો
• બૅટરી, ઉત્પ્રેરક અને અદ્યતન સામગ્રીઓના ઉત્પાદકો
• અત્યંત સાંદ્ર અથવા શ્યાન સ્લરીઓનું પ્રોસેસિંગ કરતી કંપનીઓ
• કણોનું કદ ઘટાડવાની એવી પ્રક્રિયાઓ વિકસાવતી પ્રયોગશાળાઓ, જેનો પાયો વધારી શકાય
• કણોના કદનું સંકુચિત, એકસમાન વિતરણ મેળવવા ઇચ્છતા ઉત્પાદકો
• મિલિંગના મણકા અથવા ગોળાથી થતા દૂષણને ટાળવા ઇચ્છતા ઉત્પાદન એકમો
• મિલિંગનો સમય, ઊર્જાનો વપરાશ અને સફાઈની જરૂરિયાતો ઘટાડવાનું લક્ષ્ય ધરાવતા ઉત્પાદકો

ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી કણોના કદમાં નિયંત્રિત ઘટાડો

કણોનું કદ માઇક્રોન અથવા નેનોમીટરની શ્રેણી સુધી ઘટાડવાથી ફોર્મ્યુલેશનમાં પરિવર્તન આવી શકે છે. વધુ સૂક્ષ્મ કણો પ્રતિક્રિયાશીલતા, સ્થિરતા, સપાટીનું ક્ષેત્રફળ, પ્રકાશીય ગુણધર્મો અને અંતિમ ઉત્પાદનનું પ્રદર્શન સુધારી શકે છે. તેમ છતાં, પરંપરાગત બૉલ, બીડ અને મીડિયા મિલોમાંથી ઘસારાના કણો ભળી શકે છે, મિલિંગ માધ્યમોને અલગ પાડવા માટે શ્રમસાધ્ય પ્રક્રિયાની જરૂર પડી શકે છે અને ઘન પદાર્થની ઊંચી સાંદ્રતાએ સાતત્યપૂર્ણ પ્રક્રિયા પૂરી પાડવામાં મુશ્કેલી પડી શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ભીનું મિલિંગ સ્વચ્છ અને નિયંત્રિત કરી શકાય એવો વિકલ્પ પૂરો પાડે છે.
Hielscher પ્રોબ-પ્રકારના સોનિકેટર્સ ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડને સીધા પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં પહોંચાડે છે. એકાંતરે બદલાતા દબાણના તરંગો ધ્વનિક કેવિટેશન સર્જે છે: સૂક્ષ્મ પરપોટા બને છે અને અત્યંત તીવ્રતાથી તૂટી પડે છે, જેનાથી ઊંચી ગતિવાળા પ્રવાહી જેટ, આઘાત તરંગો અને શક્તિશાળી કર્તન બળો ઉત્પન્ન થાય છે. આ બળો નિલંબિત કણોને એકબીજા તરફ પ્રવેગ આપે છે. પરિણામે થતા આંતરકણ અથડામણો, ખંડન અને સપાટીના ક્ષરણથી કણસમૂહોનું – અને પૂરતી તીવ્ર પરિસ્થિતિઓમાં પ્રાથમિક કણોનું પણ – કદ ઘટીને સૂક્ષ્મ અને નેનો કદનું થાય છે.
 

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે મિલિંગ કરેલું ઍલ્યુમિના ટ્રાઇહાઇડ્રેટ
AL(OH)3 Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA દ્વારા પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું. AL(OH)3 ઍલ્યુમિનિયમ ટ્રાઇહાઇડ્રૉક્સાઇડ ATH Series, Bayer Hydrated Alumina, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, હાઇડ્રાજિલાઇટ અથવા ગિબ્સાઇટ તરીકે પણ ઓળખાય છે. તેની મોહ્સ કઠિનતા 2.5 થી 3.5 છે.

કણોના કદનું ચોક્કસ, પુનરાવર્તનીય અને એકસમાન વિતરણ

અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગમાં પરિમાણોને જરૂરિયાત મુજબ મોટા પ્રમાણમાં સમાયોજિત કરી શકાય છે. સંચાલકો સામગ્રી અને લક્ષિત કણકદને અનુરૂપ કંપનવિસ્તાર, ઊર્જા નિવેશ, દબાણ, તાપમાન, નિવાસ સમય અને પ્રવાહ દરને નિયંત્રિત કરી શકે છે. આથી આ પ્રક્રિયા હળવી રીતે કણોના સમૂહો છૂટા પાડવાથી લઈને સઘન સૂક્ષ્મ પીસણ સુધીની બધી કામગીરી માટે યોગ્ય બને છે. પુનઃપરિભ્રમણ અને ઇનલાઇન ફ્લો-સેલ ગોઠવણો સ્લરીને સમાન રીતે કેવિટેશન ક્ષેત્રના સંપર્કમાં લાવે છે, જેથી પુનરુત્પાદનક્ષમ પરિણામો અને સાંકડું, એકસમાન કણકદ વિતરણ મેળવવામાં મદદ મળે છે.
નિયંત્રણનું આ સ્તર રંગદ્રવ્યો, શાહીઓ, કોટિંગ્સ, સિરામિક્સ, ધાતુના ઑક્સાઇડ્સ, ખનિજો, ઉત્પ્રેરકો, ઔષધિઓ અને અન્ય અદ્યતન સામગ્રીઓ માટે મૂલ્યવાન છે, જ્યાં અતિમોટા કણો અથવા વ્યાપક કણકદ વિતરણ ગુણવત્તાને અસર કરી શકે છે. પ્રયોગશાળામાં સ્થાપિત પ્રક્રિયા પરિમાણોને પાયલોટ અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં લાગુ કરી શકાય છે, જેથી વ્યવસ્થિત વિકાસ અને ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવું શક્ય બને છે.

મિલિંગ માધ્યમો વિના ઘન પદાર્થનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતી સામગ્રીનું પ્રોસેસિંગ

કણકદમાં ઘટાડો કેવિટેશન અને કણો વચ્ચેની પરસ્પર અથડામણોથી થતો હોવાથી બીડ્સ, મોતી જેવા મણકા અથવા પીસવાના દડાઓની જરૂર પડતી નથી. મિલિંગ માધ્યમોનો ઉપયોગ દૂર કરવાથી દૂષણના સંભવિત સ્રોતને ટાળી શકાય છે અને માધ્યમો ખરીદવાની, સાફ કરવાની, બદલવાની તથા તૈયાર સ્લરીમાંથી અલગ કરવાની જરૂર રહેતી નથી. પ્રવાહીના સંપર્કમાં આવતા ભાગોની સરળ ભૌમિતિક રચના સફાઈ અને એક ઉત્પાદનમાંથી બીજા ઉત્પાદન પર બદલાવને પણ સરળ બનાવે છે.
Hielscher સોનિકેટર્સ અત્યંત સાંદ્ર અને શ્યાન સ્લરીઓનું પ્રોસેસિંગ કરી શકે છે. ઘન પદાર્થનું ઊંચું પ્રમાણ હોવાથી ઓછા પ્રવાહીને સંભાળવું પડે છે અને ઘણા કિસ્સાઓમાં પછીના તબક્કામાં સાંદ્રીકરણ અથવા સૂકવણીની જરૂર ઓછી પડે છે. કણોની અથડામણોની આવૃત્તિ વધારીને તે કણો વચ્ચેની મિલિંગ અસરને પણ મજબૂત બનાવી શકે છે. આ સંયોજન સાંદ્ર માસ્ટરબેચ અને ઉત્પાદનના પાયે તૈયાર કરાતા સસ્પેન્શનો માટે અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગને ખાસ આકર્ષક બનાવે છે.
 

તેલ આધારિત મેજેન્ટા રંગદ્રવ્યોના અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગની પ્રગતિ દર્શાવતી સૂક્ષ્મદર્શકીય છબીઓ

ઉદાહરણો: ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વડે નેનોકણોનું વેટ-મિલિંગ

અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગ ખાસ કરીને માઇક્રોન કદની અને નેનો કદની સામગ્રીઓ, જેમ કે સિરામિક્સ, એલ્યુમિના ટ્રાઇહાઇડ્રેટ, બેરિયમ સલ્ફેટ, કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ અને ધાતુના ઑક્સાઇડ્સનું પ્રોસેસિંગ કરવા માટે યોગ્ય છે. નીચેના કોષ્ટકો એલ્યુમિના ટ્રાઇહાઇડ્રેટ (150 માઇક્રોનથી ઘટાડીને 10 માઇક્રોન સુધી), સિરામિક્સ (30 માઇક્રોનથી ઘટાડીને 2 માઇક્રોન સુધી) અને સોડિયમ કાર્બોનેટ (70 માઇક્રોનથી ઘટાડીને 3 માઇક્રોન સુધી)ના મિલિંગની સૂક્ષ્મદર્શકીય છબીઓ દર્શાવે છે. આ પૃષ્ઠ પરની સૂક્ષ્મદર્શકીય છબીઓ દંતચિકિત્સામાં વપરાતા સિરામિક્સ, મેજેન્ટા રંગદ્રવ્યો, સોડિયમ કાર્બોનેટ અને હાઇડ્રેટેડ એલ્યુમિનાનાં ઉદાહરણો દ્વારા તમને અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગની પ્રગતિ દર્શાવે છે.
 

આઇસોપ્રોપેનોલમાં સોડિયમ કાર્બોનેટ (Na2CO3)ના અલ્ટ્રાસોનિક મિલિંગની પ્રગતિ દર્શાવતી સૂક્ષ્મદર્શકીય છબીઓ.

પ્રોસેસિંગના દરેક તબક્કામાંથી વધુ ઉત્પાદન

અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા સીધી સ્લરીમાં પહોંચાડવામાં આવે છે, જ્યાં કણકદમાં ઘટાડો થાય છે. ઝડપી કેવિટેશન બળો મિલિંગ ચક્રોને ટૂંકા કરી શકે છે, જ્યારે વિદ્યુત ઊર્જાનું યાંત્રિક ગતિમાં કાર્યક્ષમ રૂપાંતર પરંપરાગત મિલિંગ સાધનોની સરખામણીમાં ઊર્જાની જરૂરિયાત ઘટાડી શકે છે. સતત ઇનલાઇન પ્રોસેસિંગ વધુમાં ઊંચી ઉત્પાદન ક્ષમતા, સાતત્યપૂર્ણ ગુણવત્તા અને હાલની ઉત્પાદન લાઇનોમાં એકીકરણને ટેકો આપે છે.
નાના કણો, વધુ સાંકડું કણકદ વિતરણ, વધુ સ્વચ્છ પ્રોસેસિંગ અને કાર્યક્ષમ રીતે ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવા ઇચ્છતા ઉત્પાદકો માટે Hielscher પ્રોબ-પ્રકારના સોનિકેટર્સ વેટ-મિલિંગને ચોકસાઈપૂર્વક રચાયેલી પ્રક્રિયામાં ફેરવે છે – પ્રયોગશાળાના પરીક્ષણોથી લઈને સતત ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી.

ઊંચી ઉત્પાદન ક્ષમતા માટે સતત સંચાલન

અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરો સ્થાપિત કરવા અને ચલાવવા ખૂબ જ સરળ છે. પીસવાની સામગ્રીના સંપર્કમાં માત્ર બે ભાગો આવે છે: ટાઇટેનિયમ સોનોટ્રોડ અને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ફ્લો સેલ. અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલની સરળ રચનાને કારણે, ઉપકરણોને ઝડપથી સાફ કરી શકાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોમાં વિદ્યુત ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવાની કાર્યક્ષમતા ખૂબ ઊંચી હોવાથી, સામાન્ય રીતે પરંપરાગત પીસવાના ઉપકરણોની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક પીસણ માટે ઓછી શક્તિની જરૂર પડે છે.

જળ-આધારિત પેઇન્ટ અને કોટિંગ ફોર્મ્યુલેશનોમાં એકસાથે રંજકનું વિક્ષેપણ અને સૂક્ષ્મજીવી નિર્જંતુકરણ કરવા માટે ઔદ્યોગિક સોનિકેટર UIP6000hdT (6kW) કણોના પીસણની અસર તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન પર આધારિત છે. પ્રવાહીઓનું ઊંચી તીવ્રતાએ સોનિકેશન કરવામાં આવે ત્યારે, પ્રવાહી માધ્યમોમાં પ્રસરી રહેલાં ધ્વનિ તરંગો વારાફરતી ઉચ્ચ દબાણ (સંકોચન) અને નીચા દબાણ (વિરલન)નાં ચક્રો ઉત્પન્ન કરે છે, જેનો દર આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે. નીચા દબાણના ચક્ર દરમિયાન, ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં નાના શૂન્યાવકાશી પરપોટા અથવા પોલાણો બનાવે છે. જ્યારે પરપોટા એવા કદ સુધી પહોંચે છે કે તેઓ વધુ ઊર્જા શોષી શકતા નથી, ત્યારે ઉચ્ચ દબાણના ચક્ર દરમિયાન તેઓ પ્રચંડ રીતે તૂટી પડે છે. આ ઘટનાને કેવિટેશન કહેવામાં આવે છે.
કેવિટેશન પરપોટાના અંદરની તરફ થતા વિસ્ફોટથી સૂક્ષ્મ વમળો અને 1000km/hr સુધીની ઝડપ ધરાવતી સૂક્ષ્મ પ્રવાહી ધારાઓ ઉત્પન્ન થાય છે. મોટા કણોનું સપાટી ધોવાણ થાય છે (આસપાસના પ્રવાહીમાં કેવિટેશન પરપોટા તૂટી પડવાથી) અથવા તેમના કદમાં ઘટાડો થાય છે (કણો વચ્ચેની અથડામણથી થતા વિખંડનને કારણે અથવા સપાટી પર બનેલા કેવિટેશન પરપોટા તૂટી પડવાથી). સ્ફટિકકણોના કદ અને રચનામાં ફેરફાર થવાને કારણે, આના પરિણામે વિસરણ, દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણની પ્રક્રિયાઓ અને ઘન અવસ્થાની પ્રતિક્રિયાઓમાં તીવ્ર વેગવૃદ્ધિ થાય છે.

પાઉડરના વિક્ષેપણ અને ભીના પીસણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો અને ફ્લો સેલ પ્રયોગશાળા તથા ઉત્પાદન સ્તર માટે ઉપલબ્ધ છે. ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓને ઇનલાઇન કામ કરવા માટે સરળતાથી અનુકૂલિત કરી શકાય છે. આ પ્રક્રિયાના સંશોધન અને પરીક્ષણ માટે તેમજ ઘણી સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ માટે અમે અમારા પ્રયોગશાળાનાં ઉપકરણો અથવા UIP1000hd ની ભલામણ કરીએ છીએ.

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનો ઉપયોગ કરીને નેનો હીરાનું કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય રીતે વિક્ષેપણ કરી શકાય છે.

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.