טחינה רטובה באמצעות אולטרה-סאונד: חלקיקים עדינים, מתוכננים בדייקנות
מכשירים סוניקטוריים של Hielscher הם ציוד טחינה יעיל לצמצום גודל חלקיקים, פיזור ננו-ממדי ויצירת תחליבים ביעילות גבוהה, באמצעות קוויטציה אולטראסונית מבוקרת ובעוצמה גבוהה. מערכות אלו, שתוכננו הן למחקר והן ליישום בקנה מידה תעשייתי, מפרקות באופן אמין אגרגטים, מעדנות אבקות ויוצרות תמיסות הומוגניות בתחומי התרופות, הקוסמטיקה, הננו-חומרים והכימיקלים המיוחדים.
מאבקה גסה ועד מיקרו-חלקיקים וננו-חלקיקים אחידים
מכשירים סוניקטוריים מסוג "פרובה" של Hielscher מספקים טחינה רטובה וטחינה עדינה בעוצמה גבוהה ובשליטה מדויקת – ללא חרוזים, כדורים או חומרי טחינה אחרים. מייצרים תרחיפים הומוגניים בעלי ריכוז מוצקים גבוה עם התפלגות גודל חלקיקים צרה, תוך קיצור זמן העיבוד והפחתת צריכת האנרגיה.
באמצעות בקרה מדויקת על משרעת והתפשטות מתקדמת של גלים אקוסטיים, מכשירי האולטראסוניק משיגים תוצאות אחידות עם השפעה תרמית מינימלית, תוך שמירה על תרכובות רגישות ומקסום התפוקה והיכולת לשחזר את התוצאות. גלו כיצד טחינה אולטראסונית יכולה לייעל את תהליך פיתוח הנוסחאות שלכם ולשפר את ביצועי המוצר.
מי צריך להשתמש בטחינה רטובה באמצעות אולטרסאונד?
- יצרנים הזקוקים להפחתה מבוקרת של חלקיקים לגודל של מיקרון או ננומטר
- יצרני פיגמנטים, דיו, צבעים וציפויים בעלי ביצועים גבוהים
- מעבדים קרמיים, מינרליים, מבטון ומחמצן מתכת
- מפתחי פורמולות בתחום התרופות והקוסמטיקה המפתחים תמיסות עדינות
- יצרני סוללות, זרזים וחומרים מתקדמים
- חברות המעבדות תרחיפים בעלי ריכוז גבוה או צמיגות גבוהה
- מעבדות המפתחות תהליכים הניתנים להרחבה לצמצום גודל החלקיקים
- יצרנים המחפשים התפלגות גודל חלקיקים צרה ואחידה
- תהליכים שרוצים למנוע זיהום מחרוזי טחינה או כדורים
- יצרנים השואפים לצמצם את משך הטחינה, את צריכת האנרגיה ואת דרישות הניקוי
ספר לנו על החומר שלך, על עומס המוצקים ועל גודל החלקיקים הרצוי. צוות המומחים שלנו בתחום הסוניקציה ימליץ לך על מערך סוניקציה שיאפשר טחינה משופרת של החלקיקים.
סוניקטור תעשייתי בהספק 16,000 וואט, דגם UIP16000hdT לטחינה רטובה של פיגמנטים וננו-חלקיקים
הקטנת גודל חלקיקים מבוקרת באמצעות אולטרסאונד עוצמתי
הקטנת גודל החלקיקים לטווח המיקרון או הננומטר יכולה לשנות את הרכב התרכובת. חלקיקים עדינים יותר יכולים לשפר את התגובתיות, היציבות, שטח הפנים, התכונות האופטיות וביצועי המוצר הסופי. עם זאת, טחנות כדוריות, טחנות חרוזים וטחנות מדיה קונבנציונליות עלולות להוביל להכנסת חלקיקי בלאי, לדרוש הפרדת מדיה מייגעת, ולהתקשות לספק עיבוד עקבי בריכוזי מוצקים גבוהים. טחינה רטובה אולטראסונית מציעה חלופה נקייה וניתנת לשליטה.
מכשירים סוניקטוריים מסוג "פרובה" של Hielscher מעבירים גלי קול בעוצמה גבוהה ישירות לנוזל או לתערובת נוזלית. גלי הלחץ המתחלפים יוצרים קוויטציה אקוסטית: בועות מיקרוסקופיות נוצרות וקורסות בעוצמה קיצונית, ויוצרות סילוני נוזל במהירות גבוהה, גלי הלם וכוחות גזירה עוצמתיים. כוחות אלה מאיצים את התנגשותם של החלקיקים המרחפים זה בזה. התנגשויות בין החלקיקים, הפיצול ושחיקת השטח הנוצרים כתוצאה מכך מפחיתים את היווצרות האגרגטים – ובמצבים שבהם העוצמה מספקת, חלקיקים ראשוניים – עד לגודל מיקרו וננו.
אלומינה טרי-הידראט שנטחנה באולטרסאונד
AL(OH)3 סופק על ידי חברת Alcoa World Alumina LLC, פיטסבורג, פנסילבניה, ארה"ב. AL(OH)3 ידוע גם בשמות: סדרת ATH של טריהידרוקסיד אלומיניום, אלומינה מימית של Bayer, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hydragyllite או Gibbsite. הוא בעל קשיות מוהס’ קשיות של 2.5 עד 3.5.
כורי זרימה על-קוליים לייצור תעשייתי מוטבע של תרחיפים ננו-חלקיקים.
התפלגות גודל חלקיקים מדויקת, ניתנת לשחזור ואחידה
טחינה אולטראסונית ניתנת להתאמה רבה. המפעילים יכולים לשלוט במשרעת, בצריכת האנרגיה, בלחץ, בטמפרטורה, בזמן השהייה ובקצב הזרימה, כדי להתאים את התהליך לחומר ולגודל החלקיקים הרצוי. הדבר הופך את התהליך למתאים לכל סוגי העיבוד, החל מפירוק עדין של אגרגטים ועד לטחינה עדינה ואינטנסיבית. תצורות של מחזור חוזר ותא זרימה מובנה חושפות את התרחיף באופן אחיד לאזור הקוויטציה, מה שמאפשר תוצאות ניתנות לשחזור ופיזור גודל חלקיקים צר והומוגני.
רמת בקרה זו חשובה עבור פיגמנטים, דיו, ציפויים, קרמיקה, תחמוצות מתכת, מינרלים, זרזים, תרופות וחומרים מתקדמים אחרים, שבהם חלקיקים גדולים מדי או התפלגות רחבה עלולים לפגוע באיכות. פרמטרי התהליך שנקבעו במעבדה ניתנים ליישום בייצור ניסיוני ותעשייתי, מה שמאפשר פיתוח שיטתי והרחבת היקף הייצור.
עיבוד עם ריכוז גבוה של חומר מוצק ללא שימוש במדיית טחינה
מכיוון שתהליך צמצום החלקיקים מתבצע באמצעות קוויטציה והתנגשויות בין החלקיקים עצמם, אין צורך בשימוש בחרוזים, פנינים או כדורי טחינה. ביטול השימוש בחומרי טחינה מונע מקור פוטנציאלי לזיהום ומבטל את הצורך ברכישה, ניקוי, החלפה והפרדה של חומרי הטחינה מהתערובת המוגמרת. הגיאומטריה הפשוטה של החלקים הבאים במגע עם הנוזל מקלה גם על הניקוי ועל החלפת המוצר.
מכשירים אולטראסוניים של Hielscher מסוגלים לעבד תרחיפים בעלי ריכוז גבוה וצמיגות גבוהה. ריכוז גבוה של חומרים מוצקים פירושו פחות נוזל לטיפול ובמקרים רבים, פחות ריכוז או ייבוש בשלבים הבאים בתהליך. כמו כן, הדבר יכול לחזק את אפקט הטחינה בין החלקיקים על ידי הגברת תדירות ההתנגשויות בין החלקיקים. שילוב זה הופך את הטחינה האולטראסונית לאטרקטיבית במיוחד עבור תערובות-אב מרוכזות ותמיסות בקנה מידה תעשייתי.
תמונות מיקרוסקופ הממחישות את התקדמות תהליך הטחינה האולטראסונית של פיגמנטים מג'נטה על בסיס שמן
דוגמאות: טחינה רטובה של חלקיקים ננומטריים באמצעות אולטרסאונד עוצמתי
טחינה אולטראסונית מתאימה במיוחד לעיבוד חומרים בגודל מיקרון וננו, כגון קרמיקה, אלומינה טריהידראט, סולפט בריום, פחמת סידן ותחמוצות מתכת. הטבלאות שלהלן מציגות תמונות מיקרוסקופיות של טחינת אלומינה טרי-הידראט (מ-150 מיקרון עד 10 מיקרון), קרמיקה (מ-30 מיקרון עד 2 מיקרון) וקרבונט נתרן (מ-70 מיקרון עד 3 מיקרון). התמונות המיקרוסקופיות בעמוד זה מציגות את התקדמות הטחינה האולטראסונית באמצעות דוגמאות של קרמיקה דנטלית, פיגמנטים מג'נטה, פחמת נתרן ואלומינה מימית.
תמונות מיקרוסקופ המראות את התקדמות תהליך הטחינה הקולית של סודיום קרבונט (Na₂CO₃) באיזופרופנול.
צבע גיר סוני על מד ההשחזה מדגים את ההתפלגות האחידה לחלוטין ואת התפלגות גודל החלקיקים של הפיגמנטים
פיזור על-קולי מבטיח הפחתה יעילה של גודל החלקיקים ופיזור אחיד של פיגמנטים שחורים פחמניים בדיו UV.
תפוקה גבוהה יותר בכל שלב בעיבוד
אנרגיה אולטראסונית מועברת ישירות לתוך התרחיף, שם מתרחשת הפחתת גודל החלקיקים. כוחות קוויטציה מהירים יכולים לקצר את מחזורי הטחינה, בעוד שההמרה היעילה של אנרגיה חשמלית לתנועה מכנית יכולה להפחית את צריכת האנרגיה בהשוואה לציוד טחינה קונבנציונלי. עיבוד רציף בקו הייצור תורם אף הוא לתפוקה גבוהה, לאיכות עקבית ולשילוב בקווי ייצור קיימים.
ליצרנים המחפשים חלקיקים קטנים יותר, התפלגויות צרות יותר, עיבוד נקי יותר והגדלת היקף הייצור ביעילות, מכשירי האולטרסאונד מסוג "פרובה" של Hielscher הופכים את הטחינה הרטובה לתהליך מתוכנן בקפידה – מניסויים במעבדה ועד לייצור תעשייתי רציף.
פעולה רציפה לתפוקה גבוהה
הומוגניזרים אולטראסוניים קלים מאוד להתקנה ולתפעול. ישנם שני חלקים בלבד הבאים במגע עם החומר המיועד לטחינה: הסונוטרוד מטיטניום ותא הזרימה מפלדת אל-חלד. הודות לעיצוב הפשוט של תא הזרימה האולטראסוני, ניתן לנקות את היחידות במהירות. מכיוון שמכשירי האולטראסאונד של Hielscher מתאפיינים ביעילות גבוהה מאוד בהמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, בדרך כלל נדרשת פחות אנרגיה לטחינה אולטראסונית מאשר לציוד טחינה קונבנציונלי.
מכשיר סוניקציה תעשייתי UIP6000hdT (6 קילוואט) לפיזור פיגמנטים ולסטריליזציה מיקרוביאלית בו-זמנית של תרכובות צבע וציפוי על בסיס מים [/caption]אפקט טחינת החלקיקים מבוסס על קוויטציה אולטראסונית עוצמתית. בעת טיפול בנוזלים באולטרסאונד בעוצמות גבוהות, גלי הקול המתפשטים לתוך המדיום הנוזלי יוצרים מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (דילול), בקצב התלוי בתדר. במהלך מחזור הלחץ הנמוך, גלי קול בעוצמה גבוהה יוצרים בועות ואקום קטנות או חללים בנוזל. כאשר הבועות מגיעות לנפח שבו הן כבר אינן יכולות לספוג אנרגיה, הן מתפוצצות בעוצמה רבה במהלך מחזור הלחץ הגבוה. תופעה זו מכונה קוויטציה.
קריסת בועות הקוויטציה גורמת למיקרו-מערבולות ומיקרו-סילונים של עד 1000 קמ"ש. חלקיקים גדולים נתונים לשחיקת פני השטח (באמצעות קריסת קוויטציה בנוזל שמסביב) או להקטנת גודל החלקיקים (עקב ביקוע כתוצאה מהתנגשות בין חלקיקים או קריסת בועות קוויטציה הנוצרות על פני השטח). זה מוביל להאצה חדה של דיפוזיה, תהליכי העברת מסה ותגובות פאזה מוצקה עקב גודל גבישי ושינוי מבנה.
מעבדים אולטראסוניים ותאי זרימה לפיזור ולטחינה רטובה של אבקות זמינים הן ברמת המעבדה והן ברמת הייצור. ניתן לשדרג את המערכות התעשייתיות בקלות כך שיפעלו בקו הייצור. למטרות מחקר ובדיקה של תהליך זה, כמו גם של תהליכים סונוכימיים רבים אחרים, אנו ממליצים על מכשירי המעבדה שלנו או על דגם UIP1000hd.
ננו-יהלומים יכולים להיות יעילים ומפוזרים בצורה אמינה באמצעות אולטרסאונד Hielscher.
שאלות נפוצות בנושא טחינה רטובה באמצעות אולטרסאונד
מהו טחינה רטובה באמצעות אולטרסאונד?
טחינה רטובה באמצעות אולטרסאונד היא תהליך להקטנת גודל החלקיקים, שבמסגרתו מוחל אולטרסאונד בעל עוצמה גבוהה על תרחיף נוזלי. קוויטציה אקוסטית מייצרת כוחות גזירה עזים, גלי הלם והתנגשויות בין חלקיקים, המפרקים אגרגטים ומצמצמים את גודל החלקיקים המוצקים למיקרונים או ננומטרים.
כיצד מכשיר סוניקציה מסוג "פרובה" מקטין את גודל החלקיקים?
המתמר הקולי, או הסונוטרוד, מעביר גלי קול בעוצמה גבוהה ישירות לתוך התרחיף. בועות קוויטציה נוצרות ומתפוצצות, ויוצרות סילוני נוזל במהירות גבוהה המאיצים את החלקיקים זה אל זה. התנגשויות אלה גורמות לפיצול החלקיקים, לשחיקת פני השטח ולפירוק יעיל של האגרגטים.
האם טחינה רטובה באמצעות אולטרה-סאונד יכולה לייצר ננו-חלקיקים?
כן. ניתן להשתמש במכשירי סוניקציה מסוג "פרובה" של Hielscher לצורך מיקרוניזציה מבוקרת ויצירת חלקיקים בגודל ננומטרי. גודל החלקיקים שניתן להשיג תלוי בחומר, בגודל החלקיקים ההתחלתי, בהרכב התרחיף, בריכוז המוצקים, בעוצמת העיבוד, בטמפרטורה, בלחץ ובמשך זמן הסוניקציה.
אילו חומרים ניתן לעבד באמצעות טחינה אולטראסונית?
טחינה רטובה באמצעות אולטרסאונד מתאימה לפיגמנטים, דיו, קרמיקה, תחמוצות מתכת, מינרלים, מלט, זרזים, חומרים לסוללות, תרופות, מוצרי קוסמטיקה וחומרים ננו-מתקדמים. היא מאפשרת לעבד חלקיקים המרחפים במים, בממסים, בשמנים, בשרפים ובמדיומים נוזליים תואמים אחרים.
האם טחינה אולטראסונית מצריכה שימוש בחרוזים או בכדורים לטחינה?
לא. תהליך צמצום גודל החלקיקים באמצעות אולטרה-סאונד אינו מצריך שימוש בחומרי טחינה קונבנציונליים. התנגשויות בין חלקיקים הנגרמות על ידי קוויטציה מספקות את אפקט הטחינה. הוויתור על שימוש בחרוזים וכדורים מפחית את הסיכון לזיהום הנובע מחומרי הטחינה ומבטל את הצורך בהפרדתם, בניקויים, בהחלפתם ובסילוקם.
האם מכשירי הסוניקציה של Hielscher יכולים לעבד תרחיפים בעלי תכולת מוצקים גבוהה?
כן. מעבדי הקול של Hielscher מסוגלים לטפל בתמיסות מרוכזות וצמיגות מאוד. ריכוז גבוה של חומרים מוצקים מקטין את נפח הנוזל שיש לעבד, ויכול להגביר את ההתנגשויות בין החלקיקים, מה שהופך את הטחינה הקולית לאופציה אטרקטיבית עבור תמיסות מרוכזות וייצור תערובות בסיס.
האם טחינה באמצעות גלי קול מביאה לפיזור גודל חלקיקים צר?
חשיפה אחידה לאזור הקוויטציה האולטראסונית תורמת לפיזור גודל חלקיקים צר ואחיד. מחזור חוזר ועיבוד רציף בקו הייצור תורמים להבטחת טיפול אחיד בכל התרחיף, תוך צמצום מספר החלקיקים הגדולים מדי או שלא עברו עיבוד מספיק.
אילו פרמטרים של טחינה אולטראסונית ניתן לשלוט בהם?
הפרמטרים החשובים כוללים משרעת אולטראסונית, צריכת אנרגיה, לחץ, טמפרטורה, קצב זרימה, זמן שהייה וריכוז החומרים המוצקים. בקרה מדויקת מאפשרת להתאים את התהליך לפירוק עדין של אגרגטים, טחינה עדינה ואינטנסיבית או פיזור ננו-ממדי שניתן לשחזר.
האם טחינה רטובה באמצעות אולטרה-סאונד היא חסכונית באנרגיה?
אנרגיה אולטראסונית מועברת ישירות לתערובת הנוזלית, שם מתרחשת הפחתת גודל החלקיקים. כוחות קוויטציה מהירים יכולים לקצר את מחזורי העיבוד ולהפחית את צריכת האנרגיה בהשוואה לכמה שיטות טחינה מסורתיות. צריכת האנרגיה בפועל תלויה בחומר, בגודל החלקיקים הרצוי, בתפוקה ובתצורת התהליך.
האם ניתן להפעיל את הטחינה האולטראסונית ברציפות?
כן. ניתן לשלב את מכשירי האולטרסאונד של Hielscher עם כורים בעלי תא זרימה לצורך טחינה רטובה רציפה בתהליך מובנה. העיבוד המובנה מאפשר שליטה על זמן השהייה, איכות מוצר עקבית, תפוקה גבוהה ושילוב פשוט בקווי ייצור תעשייתיים קיימים.
האם ניתן להגדיל את היקף תהליך הטחינה האולטראסונית?
ניתן לפתח טחינה אולטראסונית באמצעות מכשיר סוניקטור מעבדתי ולהעביר את התהליך לציוד פיילוט או תעשייתי באמצעות פרמטרים מוגדרים של התהליך ותשומת אנרגיה ספציפית. חברת Hielscher מציעה מכשירי סוניקטור מסוג בדיקה (probe-type) לביצוע בדיקות בקנה מידה קטן, פיתוח תהליכים וייצור מסחרי רציף.
כיצד לבחור את מכשיר הסוניקציה המתאים של Hielscher?
בחירת הסוניקטור תלויה בחומר, בנפח התרחיף, בריכוז המוצקים, בצמיגות, בגודל החלקיקים ההתחלתי, בגודל הסופי הנדרש ובתפוקה הרצויה. ניסוי טחינה יכול לסייע בקביעת המשרעת האופטימלית, דרישות האנרגיה, צורת החיישן, וכן תצורת הטעינה או התצורה המקוונת.
קראו עוד על מעבדת התהליכים של Hielscher לצורך בדיקות היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים.
ספרות / מקורות
- 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
תמונות מיקרוסקופ הממחישות את התקדמות תהליך הטחינה הקולית של קרמיקה דנטלית