Ultrazvučno raspršivanje i deaglomeracija

Raspršivanje i deaglomeracija krutih tvari u tekućine važna je primjena snažnog ultrazvuka i sonikatora. Ultrazvučna kavitacija stvara izvanredno visoko smicanje koje razbija nakupine čestica u pojedinačne raspršene čestice. Zbog svojih lokalno usmjerenih velikih sila smicanja, sonikacija je idealna za proizvodnju disperzija mirkona i nano veličine za eksperimentiranje, istraživanje i razvoj, i naravno za industrijsku proizvodnju.

Miješanje praha u tekućine uobičajeni je korak u formuliranju različitih proizvoda, poput boja, tinte, kozmetike, pića, hidrogelova ili medija za poliranje. Pojedinačne čestice drže zajedno privlačne sile različite fizičke i kemijske prirode, uključujući van der Waalsove sile i površinsku napetost tekućine. Ovaj učinak je jači za tekućine veće viskoznosti, kao što su polimeri ili smole. Sile privlačenja moraju se nadvladati kako bi se čestice deaglomerirale i raspršile u tekući medij. U nastavku pročitajte zašto su ultrazvučni homogenizatori vrhunska oprema za disperziju za disperziju čestica submikronske i nano veličine u laboratoriju i industriji.

Ultrazvučno raspršivanje krutih tvari u tekućine

Princip rada ultrazvučnih homogenizatora temelji se na fenomenu akustične kavitacije. Poznato je da akustična kavitacija stvara intenzivne fizičke sile, uključujući vrlo jake sile smicanja. Primjena mehaničkog naprezanja razbija aglomerate čestica. Također, tekućina se utisne između čestica.
Dok su za disperziju praha u tekućine komercijalno dostupne različite tehnologije kao što su visokotlačni homogenizatori, perlasti mlinovi s miješalicom, udarni mlazni mlinovi i rotor-stator-mješalice. Međutim, ultrazvučni raspršivači imaju značajne prednosti. U nastavku pročitajte kako radi ultrazvučna disperzija i koje su prednosti ultrazvučne disperzije.

Princip rada ultrazvučne kavitacije i disperzije

Tijekom sonikacije, visokofrekventni zvučni valovi stvaraju izmjenična područja kompresije i razrijeđenosti u tekućem mediju. Dok zvučni valovi prolaze kroz medij, stvaraju mjehuriće koji se brzo šire, a zatim se naglo kolabiraju. Ovaj proces se naziva akustična kavitacija. Kolaps mjehurića stvara visokotlačne udarne valove, mikromlaznice i sile smicanja koje mogu razbiti veće čestice i nakupine u manje čestice. U ultrazvučnim procesima disperzije, same čestice u disperziji funkcioniraju kao medij za mljevenje. Ubrzane silama smicanja ultrazvučne kavitacije, čestice se sudaraju jedna s drugom i razbijaju se u sitne fragmente. Budući da se u ultrazvučno obrađenu disperziju ne dodaju kuglice ili perle, potpuno je izbjegnuto dugotrajno i radno intenzivno odvajanje i čišćenje medija za mljevenje, kao i kontaminacija.
Zbog toga je sonikacija tako učinkovita u raspršivanju i deaglomeraciji čestica, čak i onih koje je teško razgraditi drugim metodama. To rezultira ravnomjernijom raspodjelom čestica, što dovodi do poboljšane kvalitete i učinka proizvoda.
Uz to, ultrazvukom se može lako rukovati, raspršiti i sintetizirati nanomaterijale kao što su nanosfere, nanokristali, nanoplohe, nanovlakna, nanožice, čestice jezgra-ljuska i druge složene strukture.
Nadalje, sonikacija se može izvesti u relativno kratkom vremenskom roku, što je velika prednost u odnosu na druge tehnike disperzije.

Prednosti ultrazvučnih raspršivača u odnosu na alternativne tehnologije miješanja

Ultrazvučni raspršivači nude nekoliko prednosti u odnosu na alternativne tehnologije miješanja kao što su visokotlačni homogenizatori, mljevenje kuglica ili miješanje rotor-stator. Neke od najistaknutijih prednosti uključuju:

• Poboljšano smanjenje veličine čestica: Ultrazvučni raspršivači mogu učinkovito smanjiti veličinu čestica na nanometarski raspon, što nije moguće s mnogim drugim tehnologijama miješanja. To ih čini idealnim za primjene u kojima je kritična veličina finih čestica.
• Brže miješanje: Ultrazvučni raspršivači mogu miješati i raspršivati materijale brže od mnogih drugih tehnologija, što štedi vrijeme i povećava produktivnost.
• Nema kontaminacije: Ultrazvučni raspršivači ne zahtijevaju upotrebu medija za mljevenje kao što su kuglice ili biseri, koji zagađuju disperziju abrazijom.
• Bolja kvaliteta proizvoda: Ultrazvučni raspršivači mogu proizvesti jednoličnije smjese i suspenzije, što rezultira boljom kvalitetom i konzistencijom proizvoda. Osobito u protočnom načinu rada, disperzijska kaša prolazi zonu ultrazvučne kavitacije na visoko kontroliran način osiguravajući vrlo ujednačenu obradu.
• Niža potrošnja energije: Ultrazvučni raspršivači obično zahtijevaju manje energije od drugih tehnologija, što smanjuje operativne troškove.
• Svestranost: Ultrazvučni raspršivači mogu se koristiti za širok raspon primjena, uključujući homogenizaciju, emulzifikaciju, disperziju i deaglomeraciju. Također se mogu nositi s raznim materijalima, uključujući abrazivne materijale, vlakna, korozivne tekućine, pa čak i plinove.

Zbog ovih prednosti procesa, kao i pouzdanosti i jednostavnog rada, ultrazvučni raspršivači nadmašuju alternativne tehnologije miješanja, što ih čini popularnim izborom za mnoge industrijske primjene.

Ultrazvučna disperzija silicijevog dioksida u vodi: Prije ultrazvučne obrade veličina čestica aglomeriranog silicija je veća od 200 mikrona (D50). Nakon ultrazvučne disperzije silicijevog dioksida većina čestica je smanjena na manje od 200 nanometara.

Ultrazvučno raspršivanje i deaglomeracija u bilo kojoj mjeri

Hielscher nudi ultrazvučne uređaje za raspršivanje i deaglomeraciju bilo kojeg volumena za šaržnu ili inline obradu. Ultrazvučni laboratorijski uređaji koriste se za volumene od 1,5mL do cca. 2L. Industrijski ultrazvučni uređaji koriste se u razvoju procesa i proizvodnji za šarže od 0,5 do približno 2000L ili brzine protoka od 0,1L do 20m³ na sat.

Industrijski ultrazvučni procesori Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude čime pouzdano raspršuju i mljevenje čestica do nanomjere. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.

Prednosti ultrazvučne disperzije: Lako se povećava

Za razliku od drugih tehnologija raspršivanja, ultrazvučna obrada može se lako proširiti od laboratorija do veličine proizvodnje. Laboratorijska ispitivanja omogućit će točan odabir potrebne veličine opreme. Kada se koriste u konačnom mjerilu, rezultati procesa identični su rezultatima laboratorija.

Ultrasonicators: robusni i laki za čišćenje

Ultrazvučna snaga se prenosi u tekućinu preko sonotrode. Ovo je tipično rotirajući simetrični dio, koji je strojno izrađen od čvrstog titana zrakoplovne kvalitete. Ovo je ujedno i jedini mokri dio koji se kreće/vibrira. To je jedini dio koji je podložan habanju i može se lako zamijeniti u roku od nekoliko minuta. Prirubnice za odvajanje oscilacija omogućuju montažu sonotrode u otvorene ili zatvorene posude pod pritiskom ili protočne ćelije u bilo kojem smjeru. Nisu potrebni ležajevi. Svi ostali dijelovi koji su u kontaktu s vodom općenito su izrađeni od nehrđajućeg čelika. Reaktori s protočnim ćelijama imaju jednostavnu geometriju i mogu se lako rastaviti i očistiti, npr. ispiranjem i brisanjem. Nema malih otvora ili skrivenih uglova.

Ultrazvučni čistač na mjestu

Ultrazvuk je dobro poznat po svojim aplikacijama čišćenja, kao što je čišćenje površina, dijelova. Intenzitet ultrazvuka koji se koristi za raspršivanje puno je veći nego za tipično ultrazvučno čišćenje. Kada je riječ o čišćenju mokrih dijelova ultrazvučnog uređaja, ultrazvučna snaga može se koristiti za pomoć pri čišćenju tijekom ispiranja i ispiranja, budući da ultrazvučna? akustična kavitacija uklanja čestice i ostatke tekućine iz sonotrode i sa stijenki protočne ćelije.

Literatura? Reference