Ultrahangos diszpergálás és deagglomeráció
A szilárd anyagok folyadékokká történő diszpergálása és deagglomerációja a teljesítmény ultrahang és szonda típusú szonda típusú szondák fontos alkalmazása. Az ultrahangos kavitáció rendkívül nagy nyírást generál, amely a részecskék agglomerátumait egyetlen diszpergált részecskékre bontja. A helyileg összpontosított nagy nyíróerők miatt az ultrahangos kezelés ideális mircon- és nanoméretű diszperziók előállításához kísérletezéshez, kutatáshoz és fejlesztéshez, és természetesen ipari termeléshez.
A porok folyadékokká keverése gyakori lépés a különböző termékek, például festék, tinta, kozmetikumok, italok, hidrogélek vagy polírozó közegek előállításában. Az egyes részecskéket különböző fizikai és kémiai természetű vonzerők, köztük van der Waals-erők és folyékony felületi feszültség tartják össze. Ez a hatás erősebb a nagyobb viszkozitású folyadékok, például polimerek vagy gyanták esetében. A vonzerőt le kell győzni annak érdekében, hogy a részecskéket deagglomerálják és folyékony közegbe diszpergálják. Olvassa el alább, hogy az ultrahangos homogenizátorok miért a kiváló diszpergáló berendezések a szubmikron és nano méretű részecskék diszperziójához a laboratóriumban és az iparban.
Ultrahangos UP400St nanorészecskék diszperzióinak tételekben történő előállítására.
A szilárd anyagok ultrahangos diszpergálása folyadékokba
Az ultrahangos homogenizátorok működési elve az akusztikus kavitáció jelenségén alapul. Az akusztikus kavitációról ismert, hogy intenzív fizikai erőket hoz létre, beleértve a nagyon erős nyíróerőket is. A mechanikai feszültség hatására a részecske agglomerátumokat széttöri. A részecskék között folyadékot is préselnek.
Míg a porok folyadékká történő diszpergálásához különféle technológiák állnak rendelkezésre, mint például nagynyomású homogenizátorok, keverőgyöngymalmok, ütköző fúvókák és rotor-állórész-keverő. Az ultrahangos diszpergálószereknek azonban jelentős előnyei vannak. Olvassa el alább, hogyan működik az ultrahangos diszperzió és milyen előnyei vannak az ultrahangos diszperziónak.
Az ultrahangos kavitáció és diszperzió működési elve
Az ultrahangos kezelés során a nagyfrekvenciás hanghullámok váltakozó tömörítési és ritkasági területeket hoznak létre a folyékony közegben. Ahogy a hanghullámok áthaladnak a közegen, buborékokat hoznak létre, amelyek gyorsan kitágulnak, majd hevesen összeomlanak. Ezt a folyamatot akusztikus kavitációnak nevezik. A buborékok összeomlása nagynyomású lökéshullámokat, mikrofúvókákat és nyíróerőket generál, amelyek nagyobb részecskéket bonthatnak le és kisebb részecskékre agglomerálódnak. Az ultrahangos diszperziós folyamatokban maguk a részecskék a diszperzióban maróközegként működnek. Az ultrahangos kavitáció nyíróerői által felgyorsítva a részecskék ütköznek egymással, és apró darabokra törnek. Mivel az ultrahanggal kezelt diszperzióhoz nem adnak gyöngyöket vagy gyöngyöket, a maróközegek időigényes és munkaigényes elválasztása és tisztítása, valamint a szennyeződés teljesen elkerülhető.
Ez teszi az ultrahangos kezelést olyan hatékonnyá a részecskék diszpergálásában és deagglomerálásában, még akkor is, ha más módszerekkel nehéz lebontani. Ez a részecskék egyenletesebb eloszlását eredményezi, ami jobb termékminőséghez és teljesítményhez vezet.
Ezenkívül az ultrahangos kezelés könnyen kezelheti, diszpergálhatja és szintetizálhatja a nanoanyagokat, például nanoszférákat, nanokristályokat, nanolemezeket, nanoszálakat, nanoszálakat, maghéj részecskéket és más összetett struktúrákat.
Továbbá, szonikáció lehet elvégezni viszonylag rövid időkeret, ami nagy előnye más diszperziós technikák.
Az ultrahangos diszpergálószerek előnyei az alternatív keverési technológiákkal szemben
Az ultrahangos diszpergálószerek számos előnyt kínálnak az alternatív keverési technológiákkal szemben, mint például a nagynyomású homogenizátorok, gyöngymarás vagy rotor-állórész keverés. A legjelentősebb előnyök közé tartoznak a következők:
- Továbbfejlesztett szemcseméret-csökkentés: Az ultrahangos diszpergálószerek hatékonyan csökkenthetik a részecskeméreteket a nanométeres tartományba, ami sok más keverési technológiával nem lehetséges. Ez ideálissá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, ahol a finom szemcseméret kritikus fontosságú.
- Gyorsabb keverés: Az ultrahangos diszpergálószerek gyorsabban keverhetik és diszpergálhatják az anyagokat, mint sok más technológia, ami időt takarít meg és növeli a termelékenységet.
- Nincs szennyeződés: Az ultrahangos diszpergálószerek nem igényelnek maróközeget gyöngyökként vagy gyöngyökként, amelyek kopással szennyezik a diszperziót.
- Jobb termékminőség: Az ultrahangos diszpergálószerek egyenletesebb keverékeket és szuszpenziókat állíthatnak elő, ami jobb termékminőséget és konzisztenciát eredményez. Különösen átfolyási módban a diszperziós szuszpenzió erősen ellenőrzött módon halad át az ultrahangos kavitációs zónán, biztosítva a nagyon egyenletes kezelést.
- Alacsonyabb energiafogyasztás: Az ultrahangos diszpergálószerek általában kevesebb energiát igényelnek, mint más technológiák, ami csökkenti az üzemeltetési költségeket.
- Sokoldalúság: Az ultrahangos diszpergálószerek széles körben alkalmazhatók, beleértve a homogenizálást, az emulgeálást, a diszperziót és a deagglomerációt. Számos anyagot képesek kezelni, beleértve a csiszolóanyagokat, szálakat, maró folyadékokat és még gázokat is.
Ezeknek a folyamatelőnyöknek, valamint a megbízhatóságnak és az egyszerű működésnek köszönhetően az ultrahangos diszpergálószerek felülmúlják az alternatív keverési technológiákat, így számos ipari alkalmazáshoz népszerű választást jelentenek.
UIP1000hdT (1000 watt) ultrahangos nanofillerek diszpergálása lakkokban
A füstölt szilícium-dioxid ultrahangos diszperziója vízben: Az ultrahangos kezelés előtt az agglomerált szilícium-dioxid részecskeméret több mint 200 mikron (D50). A füstölt szilícium-dioxid ultrahangos diszperziója után a részecskék többsége kevesebb, mint 200 nanométerre csökkent.
Ultrahangos diszpergálás és deagglomeráció bármilyen skálán
A Hielscher ultrahangos készülékeket kínál bármilyen térfogat diszpergálására és deagglomerációjára kötegelt vagy inline feldolgozásra. Az ultrahangos laboratóriumi eszközöket 1,5 ml-től kb. 2 L-ig terjedő térfogatokhoz használják. Az ipari ultrahangos készülékeket a folyamatfejlesztésben és a gyártásban 0.5 és kb. 2000L közötti tételekhez vagy 0.1L és 20m³ / óra közötti áramlási sebességhez használják.
A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorok nagyon nagy amplitúdókat tudnak szállítani, ezáltal megbízhatóan diszpergálva és őrölve a részecskéket nano-skálára. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
MultiSonoReactor ipari ultrahangos rendszer ipari inline diszperzióhoz: A nagy teljesítményű ultrahangos készülékek megbízható és rendkívül hatékony inline keverőrendszerek nanodiszperziók előállításához.
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó | 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
UIP1000hdT (1000 watt) ultrahangos nanofillerek diszpergálása lakkokban
Az ultrahangos diszperzió előnyei: könnyen méretezhető
A többi diszpergáló technológiától eltérően az ultrahangos kezelés könnyen méretezhető laboratóriumból termelési méretre. A laboratóriumi vizsgálatok lehetővé teszik a szükséges berendezésméret pontos kiválasztását. A végső skálán használva a folyamat eredményei megegyeznek a laboratóriumi eredményekkel.
Ultrahangos készülékek: robusztus és könnyen tisztítható
Az ultrahangos teljesítményt egy sonotrode segítségével továbbítják a folyadékba. Ez egy tipikusan forgó szimmetrikus alkatrész, amelyet szilárd repülőgép-minőségű titánból munkálnak meg. Ez is az egyetlen mozgó / rezgő nedvesített rész. Ez az egyetlen alkatrész, amely kopásnak van kitéve, és percek alatt könnyen cserélhető. Az oszcilláció-leválasztó karimák lehetővé teszik a sonotrode felszerelését nyitott vagy zárt nyomás alatt álló tartályokba vagy áramlási cellákba bármilyen irányban. Nincs szükség csapágyakra. Az összes többi nedvesített alkatrész általában rozsdamentes acélból készül. Az áramlási cellás reaktorok egyszerű geometriájúak, könnyen szétszerelhetők és tisztíthatók, például öblítéssel és törléssel. Nincsenek kis nyílások vagy rejtett sarkok.
Ultrahangos tisztító a helyén
Az ultrahang jól ismert tisztítási alkalmazásairól, például felületről, alkatrésztisztításról. A diszpergáló alkalmazásokhoz használt ultrahangos intenzitás sokkal magasabb, mint a tipikus ultrahangos tisztításnál. Amikor az ultrahangos készülék nedvesített részeinek tisztításáról van szó, az ultrahangos teljesítmény felhasználható a tisztítás elősegítésére öblítés és öblítés közben, mivel az ultrahangos / akusztikus kavitáció eltávolítja a részecskéket és a folyadékmaradványokat a sonotrode-ból és az áramlási cella falaiból.
Irodalom / Hivatkozások
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Ultrahangos homogenizátor UIP6000hdT nagy áteresztőképességű ipari inline feldolgozáshoz.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.