Ուլտրաձայնային թաց աղացում. ճշգրտորեն մշակված մանր մասնիկներ

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը արդյունավետ աղացման սարքավորումներ են՝ վերահսկվող, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով մասնիկների չափերի բարձր արդյունավետությամբ փոքրացման, նանոդիսպերգման և էմուլգացման համար։ Հետազոտական և արդյունաբերական մասշտաբների համար նախագծված այս համակարգերը հուսալիորեն քայքայում են ագլոմերատները, մանրացնում փոշիները և ստեղծում համասեռ կախույթներ դեղագործության, կոսմետիկայի, նանոնյութերի և հատուկ նշանակության քիմիական նյութերի ոլորտներում։

Խոշորահատիկ փոշուց մինչև համասեռ միկրո- և նանոմասնիկներ

Hielscher զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերն ապահովում են հզոր, ճշգրիտ վերահսկվող թաց աղացում և նուրբ մանրացում՝ առանց ուլունքների, գնդերի կամ աղացնող այլ մարմինների։ Ստացեք համասեռ, պինդ նյութի բարձր պարունակությամբ խյուսեր՝ մասնիկների չափերի նեղ բաշխմամբ՝ միաժամանակ կրճատելով մշակման ժամանակը և նվազեցնելով էներգիայի պահանջը։
Ամպլիտուդի ճշգրիտ կառավարման և ակուստիկ ալիքների տարածման առաջադեմ տեխնոլոգիայի շնորհիվ ուլտրաձայնային սարքերն ապահովում են համասեռ արդյունքներ՝ նվազագույն ջերմային ազդեցությամբ՝ պահպանելով զգայուն միացությունները և միաժամանակ առավելագույնի հասցնելով արտադրողականությունն ու վերարտադրելիությունը։ Բացահայտեք, թե ինչպես կարող է ուլտրաձայնային աղացումը պարզեցնել ձեր բաղադրակազմերի մշակման աշխատանքային գործընթացը և բարելավել արտադրանքի բնութագրերը։

Ո՞ւմ համար է նախատեսված ուլտրաձայնային թաց աղացումը

• Արտադրողների, որոնց անհրաժեշտ է մասնիկների չափերի վերահսկվող փոքրացում մինչև միկրոմետրային կամ նանոմետրային չափեր
• Գունանյութերի, թանաքների, ներկերի և բարձր գործառնական բնութագրերով ծածկույթների արտադրողների
• Կերամիկա, հանքանյութեր, ցեմենտ և մետաղների օքսիդներ մշակող ձեռնարկությունների
• Մանրադիսպերս կախույթներ մշակող դեղագործական և կոսմետիկ բաղադրակազմերի մասնագետների
• Մարտկոցների, կատալիզատորների և առաջադեմ նյութերի արտադրողների
• Բարձր խտությամբ կամ մածուցիկ խյուսեր մշակող ընկերությունների
• Մասնիկների չափերի փոքրացման մասշտաբավորվող գործընթացներ մշակող լաբորատորիաների
• Մասնիկների չափերի նեղ, համասեռ բաշխում ստանալու ձգտող արտադրողների
• Արտադրամասերի, որոնք ցանկանում են խուսափել աղացնող ուլունքներից կամ գնդերից առաջացող աղտոտումից
• Արտադրողների, որոնք նպատակ ունեն կրճատելու աղացման ժամանակը, էներգիայի սպառումը և մաքրման անհրաժեշտությունը

Մասնիկների չափերի վերահսկվող փոքրացում հզոր ուլտրաձայնի միջոցով

Մասնիկների չափերի փոքրացումը մինչև միկրոմետրային կամ նանոմետրային տիրույթ կարող է վերափոխել բաղադրակազմը։ Ավելի մանր մասնիկները կարող են բարելավել ռեակցիոն ունակությունը, կայունությունը, մակերևույթի մակերեսը, օպտիկական հատկությունները և վերջնական արտադրանքի բնութագրերը։ Սակայն սովորական գնդային, ուլունքային և այլ աղացնող մարմիններով աղացները կարող են ներմուծել մաշման մասնիկներ, պահանջել աղացնող մարմինների աշխատատար տարանջատում և դժվարությամբ ապահովել հավասարաչափ մշակում պինդ նյութի բարձր խտությունների դեպքում։ Ուլտրաձայնային թաց աղացումն առաջարկում է մաքուր, վերահսկվող այլընտրանք։
Hielscher զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը փոխանցում են անմիջապես հեղուկի կամ խյուսի մեջ։ Ճնշման փոփոխական ալիքներն առաջացնում են ակուստիկ կավիտացիա. մանրադիտակային պղպջակներ են ձևավորվում և ծայրահեղ ինտենսիվությամբ փլուզվում՝ առաջացնելով հեղուկի բարձր արագությամբ շիթեր, հարվածային ալիքներ և սահքի հզոր ուժեր։ Այս ուժերն արագացնում են կախված մասնիկները՝ ուղղելով դրանք միմյանց ընդառաջ։ Դրա հետևանքով առաջացող միջմասնիկային բախումները, մասնատումը և մակերևութային էրոզիան փոքրացնում են ագլոմերատները, իսկ բավականաչափ ինտենսիվ պայմաններում՝ նաև առաջնային մասնիկները, մինչև միկրո- և նանոչափեր։
 

Ուլտրաձայնով աղացված ալյումինի օքսիդի տրիհիդրատ
AL(OH)3-ը տրամադրել է Alcoa World Alumina LLC ընկերությունը, Փիթսբուրգ, Փենսիլվանիա, ԱՄՆ։ AL(OH)3-ը հայտնի է նաև որպես ATH շարքի ալյումինի տրիհիդրօքսիդ, Բայերի հիդրատացված ալյումինի օքսիդ, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, հիդրարգիլիտ կամ գիբսիտ։ Դրա կարծրությունը Մոոսի սանդղակով 2,5-ից 3,5 է։

Մասնիկների չափերի ճշգրիտ, կրկնելի և համասեռ բաշխում

Ուլտրաձայնային աղացման պարամետրերը կարգավորելու լայն հնարավորություններ կան։ Օպերատորները կարող են վերահսկել տատանման լայնույթը, ներմուծվող էներգիան, ճնշումը, ջերմաստիճանը, մշակման գոտում մնալու ժամանակը և ծավալային հոսքի արագությունը՝ դրանք համապատասխանեցնելով նյութին և մասնիկների նպատակային չափին։ Սա գործընթացը հարմար է դարձնում ինչպես մեղմ ապաագլոմերացման, այնպես էլ ինտենսիվ նուրբ աղացման համար։ Վերաշրջանառությամբ և արտադրական հոսքագծում տեղադրված հոսքային բջջով համակարգերն ապահովում են կախույթի միատեսակ ենթարկումը կավիտացիոն գոտու ազդեցությանը՝ նպաստելով վերարտադրելի արդյունքների և մասնիկների չափերի նեղ, համասեռ բաշխման ստացմանը։
Վերահսկման այս մակարդակը արժեքավոր է գունանյութերի, թանաքների, ծածկույթների, կերամիկայի, մետաղների օքսիդների, հանքանյութերի, կատալիզատորների, դեղագործական նյութերի և այլ առաջադեմ նյութերի համար, որոնցում չափազանց խոշոր մասնիկները կամ չափերի լայն բաշխումը կարող են վատթարացնել որակը։ Լաբորատորիայում հաստատված գործընթացի պարամետրերը կարող են փոխանցվել փորձնական և արդյունաբերական արտադրություն՝ հնարավորություն տալով համակարգված մշակել գործընթացը և մեծացնել դրա մասշտաբը։

Պինդ նյութի բարձր պարունակությամբ կախույթների մշակում՝ առանց աղացնող մարմինների

Քանի որ մասնիկների մանրացումն ապահովվում է կավիտացիայով և հենց մասնիկների միջև բախումներով, մանր գնդիկներ, մարգարտաձև հատիկներ կամ աղացնող գնդեր չեն պահանջվում։ Աղացնող մարմինների բացակայությունը թույլ է տալիս խուսափել աղտոտման հնարավոր աղբյուրից և վերացնում է դրանք գնելու, մաքրելու, փոխարինելու ու պատրաստի կախույթից առանձնացնելու անհրաժեշտությունը։ Հեղուկի հետ շփվող հատվածների պարզ երկրաչափությունը նաև հեշտացնում է մաքրումը և մի արտադրանքից մյուսին անցումը։
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը կարող են մշակել բարձր խտությամբ և մածուցիկ կախույթներ։ Պինդ նյութի բարձր պարունակությունը նշանակում է մշակման ենթակա հեղուկի ավելի փոքր քանակ և, շատ դեպքերում, հետագա խտացման կամ չորացման ավելի փոքր անհրաժեշտություն։ Այն կարող է նաև ուժեղացնել մասնիկների փոխազդեցությամբ աղացման ազդեցությունը՝ մեծացնելով մասնիկների բախումների հաճախականությունը։ Այս համակցությունը ուլտրաձայնային աղացումը հատկապես գրավիչ է դարձնում խտացված մայր խառնուրդների և արտադրական մասշտաբի կախույթների համար։
 

Մանրադիտակային պատկերներ, որոնք ցույց են տալիս յուղային հիմքով մաջենտա գունանյութերի ուլտրաձայնային աղացման ընթացքը

Օրինակներ. նանոմասնիկների թաց աղացում՝ բարձր հզորության ուլտրաձայնով

Ուլտրաձայնային աղացումը հատկապես հարմար է միկրոմետրային և նանոմետրային չափերի նյութերի մշակման համար, ինչպիսիք են կերամիկան, ալյումինի օքսիդի տրիհիդրատը, բարիումի սուլֆատը, կալցիումի կարբոնատը և մետաղների օքսիդները։ Ստորև բերված աղյուսակներում ներկայացված են ալյումինի օքսիդի տրիհիդրատի (150 միկրոմետրից մինչև 10 միկրոմետր), կերամիկայի (30 միկրոմետրից մինչև 2 միկրոմետր) և նատրիումի կարբոնատի (70 միկրոմետրից մինչև 3 միկրոմետր) աղացման մանրադիտակային պատկերները։ Այս էջի մանրադիտակային պատկերները ցույց են տալիս ուլտրաձայնային աղացման ընթացքը՝ ատամնաբուժական կերամիկայի, մաջենտա գունանյութերի, նատրիումի կարբոնատի և հիդրատացված ալյումինի օքսիդի օրինակներով։
 

Մանրադիտակային պատկերներ, որոնք ցույց են տալիս իզոպրոպանոլում նատրիումի կարբոնատի (Na2CO3) ուլտրաձայնային աղացման ընթացքը։

Ավելի մեծ արտադրանք՝ մշակման յուրաքանչյուր փուլից

Ուլտրաձայնային էներգիան հաղորդվում է անմիջապես կախույթին, որտեղ տեղի է ունենում մասնիկների չափերի նվազեցումը։ Արագ գործող կավիտացիոն ուժերը կարող են կրճատել աղացման ցիկլերը, մինչդեռ էլեկտրական էներգիայի արդյունավետ փոխակերպումը մեխանիկական շարժման կարող է նվազեցնել էներգիայի պահանջարկը՝ համեմատած սովորական աղացնող սարքավորումների հետ։ Արտադրական հոսքագծում շարունակական մշակումը լրացուցիչ նպաստում է բարձր արտադրողականությանը, կայուն որակին և առկա արտադրական գծերում ինտեգրմանը։
Ավելի փոքր մասնիկների, չափերի ավելի նեղ բաշխման, ավելի մաքուր մշակման և մասշտաբի արդյունավետ մեծացման ձգտող արտադրողների համար Hielscher զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը թաց աղացումը վերածում են ճշգրիտ նախագծված գործընթացի՝ լաբորատոր փորձարկումներից մինչև շարունակական արդյունաբերական արտադրություն։

Շարունակական աշխատանք՝ բարձր արտադրողականության համար

Ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները շատ հեշտ է տեղադրել և շահագործել։ Աղացվող նյութի հետ շփվում են միայն երկու մաս՝ տիտանե սոնոտրոդը և չժանգոտվող պողպատից հոսքային բջիջը։ Ուլտրաձայնային հոսքային բջջի պարզ կառուցվածքի շնորհիվ սարքերը կարելի է արագ մաքրել։ Քանի որ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի են փոխակերպում շատ բարձր արդյունավետությամբ, ուլտրաձայնային աղացման համար սովորաբար ավելի քիչ հզորություն է պահանջվում, քան սովորական աղացման սարքավորումների համար։

Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարք UIP6000hdT (6kW)՝ ջրային հիմքով ներկերի և ծածկույթների բաղադրակազմերում գունանյութերի միաժամանակյա դիսպերսման և մանրէաբանական ստերիլացման համար Մասնիկների աղացման ազդեցությունը հիմնված է ինտենսիվ ուլտրաձայնային կավիտացիայի վրա։ Հեղուկները բարձր ինտենսիվությամբ ուլտրաձայնով մշակելիս հեղուկ միջավայրում տարածվող ձայնային ալիքներն առաջացնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (նոսրացման) հերթագայվող ցիկլեր, որոնց կրկնման արագությունը կախված է հաճախականությունից։ Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային պղպջակներ կամ խոռոչներ։ Երբ պղպջակները հասնում են այնպիսի ծավալի, որի դեպքում այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում դրանք ուժգին փլուզվում են։ Այս երևույթը կոչվում է կավիտացիա։
Կավիտացիոն պղպջակների ներսուղղված փլուզումն առաջացնում է միկրոտուրբուլենտություն և մինչև 1000km/hr արագությամբ միկրոշիթեր։ Խոշոր մասնիկները ենթարկվում են մակերևութային էրոզիայի (շրջապատող հեղուկում կավիտացիոն փլուզման հետևանքով) կամ դրանց չափերը փոքրանում են (միջմասնիկային բախումների կամ մակերևույթին առաջացած կավիտացիոն պղպջակների փլուզման հետևանքով մասնատման պատճառով)։ Բյուրեղիկների չափերի և կառուցվածքի փոփոխության շնորհիվ սա հանգեցնում է դիֆուզիայի, զանգվածափոխանակության գործընթացների և պինդ փուլում ռեակցիաների կտրուկ արագացման։

Փոշիների դիսպերսման և թաց աղացման համար հասանելի են լաբորատոր և արտադրական մասշտաբների ուլտրաձայնային մշակման սարքեր ու հոսքային բջիջներ։ Արդյունաբերական համակարգերը հեշտությամբ կարելի է վերազինել՝ արտադրական գծում աշխատելու համար։ Այս գործընթացի հետազոտման և փորձարկման, ինչպես նաև բազմաթիվ սոնաքիմիական գործընթացների համար խորհուրդ ենք տալիս մեր լաբորատոր սարքերը կամ UIP1000hd-ը։

Նանոադամանդները կարելի է արդյունավետ և հուսալիորեն դիսպերսել՝ օգտագործելով Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը։

Գրականություն / Հղումներ

• 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.