פיזור קולי ופירוק

פיזור ופירוק של מוצקים לנוזלים הוא יישום חשוב של אולטרסאונד כוח וסוניקטורים מסוג בדיקה. קוויטציה על-קולית יוצרת גזירה גבוהה במיוחד ששוברת את האגלומרטים של החלקיקים לחלקיקים מפוזרים בודדים. בשל כוחות הגזירה הגבוהים הממוקדים באופן מקומי, סוניקציה אידיאלית לייצור פיזורים בגודל מירקון וננו לניסויים, מחקר ופיתוח, וכמובן לייצור תעשייתי.

ערבוב אבקות לנוזלים הוא שלב נפוץ בגיבוש מוצרים שונים, כגון צבע, דיו, קוסמטיקה, משקאות, הידרוג'לים או חומרי ליטוש. החלקיקים הבודדים מוחזקים יחד על ידי כוחות משיכה בעלי אופי פיזיקלי וכימי שונים, כולל כוחות ואן דר ואלס ומתח פנים נוזלי. השפעה זו חזקה יותר עבור נוזלים בעלי צמיגות גבוהה יותר, כגון פולימרים או שרפים. יש להתגבר על כוחות המשיכה על מנת להתפרק ולפזר את החלקיקים למדיה נוזלית. קרא להלן מדוע הומוגנייזרים על-קוליים הם ציוד הפיזור הטוב ביותר לפיזור חלקיקים תת-מיקרוניים וננומטריים במעבדה ובתעשייה.

פיזור אולטראסוני של מוצקים לנוזלים

עקרון העבודה של הומוגנייזרים קוליים מבוסס על תופעת הקוויטציה האקוסטית. קוויטציה אקוסטית ידועה כיוצרת כוחות פיזיקליים עזים, כולל כוחות גזירה חזקים מאוד. היישום של מתח מכני שובר את agglomerates חלקיק לגזרים. כמו כן, נוזל נלחץ בין החלקיקים.
בעוד לפיזור אבקות לנוזלים, טכנולוגיות שונות כגון הומוגנייזרים בלחץ גבוה, טחנות חרוזים מתסיסים, מפעלי סילון פוגעים ורוטור-סטטור-מערבל זמינים מסחרית. עם זאת, מפיצים קוליים יש יתרונות משמעותיים. קרא להלן כיצד פועל פיזור קולי ומה היתרונות של פיזור קולי.

עקרון העבודה של קביטציה קולית ופיזור

במהלך סוניקציה, גלי קול בתדר גבוה יוצרים אזורים מתחלפים של דחיסה וררפקציה בתווך הנוזלי. כאשר גלי הקול עוברים דרך התווך, הם יוצרים בועות שמתרחבות במהירות ואז קורסות באלימות. תהליך זה נקרא קוויטציה אקוסטית. קריסת הבועות יוצרת גלי הלם בלחץ גבוה, מיקרו-סילונים וכוחות גזירה שיכולים לפרק חלקיקים גדולים יותר ולהצטבר לחלקיקים קטנים יותר. בתהליכי פיזור על-קוליים, החלקיקים עצמם בפיזור מתפקדים כאמצעי כרסום. מואצים על ידי כוחות הגזירה של קוויטציה קולית, החלקיקים מתנגשים זה בזה ומתנפצים לרסיסים זעירים. מכיוון שלא מוסיפים חרוזים או פנינים לפיזור המטופל באולטרסאונד, ההפרדה והניקוי הגוזלים זמן ועבודה אינטנסיבית של אמצעי הטחינה כמו גם זיהום נמנעים לחלוטין.
זה הופך את הסוניקציה ליעילה כל כך בפיזור ובפירוק חלקיקים, אפילו כאלה שקשה לפרק בשיטות אחרות. התוצאה היא פיזור אחיד יותר של חלקיקים, המוביל לשיפור איכות המוצר וביצועיו.
בנוסף, סוניקציה יכולה לטפל, לפזר ולסנתז בקלות ננו-חומרים כגון ננו-כדורים, ננו-גבישים, ננו-גיליונות, ננו-סיבים, ננו-חוטים, חלקיקי מעטפת ליבה ומבנים מורכבים אחרים.
יתר על כן, סוניקציה יכולה להתבצע במסגרת זמן קצרה יחסית, וזה יתרון גדול על פני טכניקות פיזור אחרות.

היתרונות של מפיצים קוליים על פני טכנולוגיות ערבוב חלופיות

מפיצים קוליים מציעים מספר יתרונות על פני טכנולוגיות ערבוב חלופיות כגון הומוגנייזרים בלחץ גבוה, כרסום חרוזים או ערבוב רוטור-סטטור. כמה מהיתרונות הבולטים כוללים:

• הפחתת גודל חלקיקים משופרת: מפיצים על-קוליים יכולים להפחית ביעילות את גודל החלקיקים לטווח הננומטרי, דבר שאינו אפשרי עם טכנולוגיות ערבוב רבות אחרות. זה הופך אותם לאידיאליים עבור יישומים שבהם גודל חלקיקים דק הוא קריטי.
• ערבוב מהיר יותר: מפיצים קוליים יכולים לערבב ולפזר חומרים מהר יותר מאשר טכנולוגיות רבות אחרות, מה שחוסך זמן ומגביר את הפרודוקטיביות.
• ללא זיהום: מפיצים קוליים אינם דורשים שימוש במדיה כרסום auch כמו חרוזים או פנינים, אשר מזהמים את הפיזור על ידי שחיקה.
• איכות מוצר טובה יותר: מפיצים על-קוליים יכולים לייצר תערובות ומתלים אחידים יותר, וכתוצאה מכך איכות מוצר ועקביות טובה יותר. במיוחד במצב זרימה, תרחיף הפיזור עובר את אזור הקוויטציה העל-קולי בצורה מבוקרת ביותר ומבטיח טיפול אחיד מאוד.
• צריכת אנרגיה נמוכה יותר: מפיצים קוליים בדרך כלל דורשים פחות אנרגיה מאשר טכנולוגיות אחרות, מה שמפחית את עלויות התפעול.
• צדדיות: ניתן להשתמש במפיצים על-קוליים למגוון רחב של יישומים, כולל הומוגניזציה, תחלוב, פיזור ודה-אגלומרציה. הם יכולים גם להתמודד עם מגוון רחב של חומרים, כולל חומרים שוחקים, סיבים, נוזלים קורוזיביים, ואפילו גזים.

בשל יתרונות תהליך אלה, כמו גם אמינות ותפעול פשוט, מפיצים קוליים מתחרים בטכנולוגיות ערבוב חלופיות, מה שהופך אותם לבחירה פופולרית עבור יישומים תעשייתיים רבים.

פיזור על-קולי של סיליקה במים: לפני אולטרה-סוניקציה גודל חלקיקי הסיליקה המצטברים הוא יותר מ-200 מיקרון (D50). לאחר פיזור על-קולי של הסיליקה המפוצצת, רוב החלקיקים הופחתו לפחות מ-200 ננומטר.

פיזור קולי ו deagglomeration בכל קנה מידה

Hielscher מציעה מכשירים קוליים עבור פיזור deagglomeration של כל נפח עבור אצווה או עיבוד בתוך השורה. מכשירי מעבדה אולטראסוניים משמשים לנפחים מ -1.5 מ"ל לכ. 2L. התקנים קוליים תעשייתיים משמשים בתהליך פיתוח וייצור עבור אצוות מ 0.5 עד כ 2000L או קצבי זרימה מ 0.1L ל 20m³ לשעה.

Hielscher Ultrasonics תעשייתי מעבדים קוליים יכול לספק אמפליטודות גבוהות מאוד ובכך אמין פיזור וכרסום חלקיקים בקנה מידה ננומטרי. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.

היתרונות של פיזור קולי: קל להגדיל

בשונה מטכנולוגיות פיזור אחרות, ניתן להגדיל את האולטרסוניקציה בקלות ממעבדה לגודל ייצור. בדיקות מעבדה יאפשרו לבחור את גודל הציוד הנדרש במדויק. כאשר משתמשים בהם בקנה מידה סופי, תוצאות התהליך זהות לתוצאות המעבדה.

אולטרסוניקטורים: חזקים וקלים לניקוי

כוח קולי מועבר לתוך הנוזל באמצעות sonotrode. זהו חלק סימטרי סיבובי טיפוסי, המיוצר מטיטניום באיכות מטוסים מוצקים. זהו גם החלק הרטוב היחיד הנע / רוטט. זהו החלק היחיד, כי הוא נתון ללבוש וזה יכול להיות מוחלף בקלות בתוך דקות. אוגנים לניתוק תנודות מאפשרים להרכיב את הסונוטרודה למיכלים פתוחים או סגורים הניתנים ללחץ או לתאי זרימה בכל כיוון. אין צורך במיסבים. כל שאר החלקים הרטובים עשויים בדרך כלל מפלדת אל-חלד. לכורי תאי זרימה יש גיאומטריות פשוטות וניתן לפרק ולנקות אותם בקלות, למשל על ידי שטיפה וניקוי. אין פתחים קטנים או פינות נסתרות.

מנקה אולטרסאונד במקום

אולטרסאונד ידוע ביישומי הניקוי שלו, כגון משטח, ניקוי חלק. העוצמה העל-קולית המשמשת לפיזור יישומים גבוהה בהרבה מאשר לניקוי על-קולי טיפוסי. כשמדובר בניקוי החלקים הרטובים של המכשיר האולטרסוני, ניתן להשתמש בכוח האולטרסוני כדי לסייע בניקוי במהלך שטיפה ושטיפה, שכן הקוויטציה האולטרסונית / אקוסטית מסירה חלקיקים ושאריות נוזלים מהסונוטרודה ומקירות תאי הזרימה.

ספרות / מקורות