Dispersing dan deagglomeration padatan menjadi cairan adalah aplikasi penting dari ultrasound daya dan probe-type sonicators. Kavitasi ultrasonik menghasilkan geser luar biasa tinggi yang memecah aglomerat partikel menjadi partikel terdispersi tunggal. Karena gaya geser tinggi yang terfokus secara lokal, sonikasi sangat ideal untuk menghasilkan dispersi berukuran mircon dan nano untuk eksperimen, penelitian dan pengembangan, dan tentu saja untuk produksi industri.

Pencampuran bubuk ke dalam cairan adalah langkah umum dalam formulasi berbagai produk, seperti cat, tinta, kosmetik, minuman, hidrogel, atau media pemoles. Partikel-partikel individu disatukan oleh gaya tarik dari berbagai sifat fisik dan kimia, termasuk gaya van der Waals dan tegangan permukaan cair. Efek ini lebih kuat untuk cairan viskositas yang lebih tinggi, seperti polimer atau resin. Gaya tarik harus diatasi untuk mendeagglomerate dan membubarkan partikel ke dalam media cair. Baca di bawah ini mengapa homogenizers ultrasonik adalah peralatan dispersi unggul untuk dispersi partikel berukuran submikron dan nano di laboratorium dan industri.

Ultrasonic Dispersing Padatan ke dalam Cairan

Prinsip kerja homogenizers ultrasonik didasarkan pada fenomena kavitasi akustik. Kavitasi akustik diketahui menciptakan kekuatan fisik yang intens, termasuk gaya geser yang sangat kuat. Penerapan tekanan mekanis memecah aglomerat partikel. Juga, cairan ditekan di antara partikel.
Sementara untuk penyebaran bubuk menjadi cairan, berbagai teknologi seperti homogenizer tekanan tinggi, pabrik manik-manik agitator, pabrik jet impinging dan rotor-stator-mixer tersedia secara komersial. Namun disperser ultrasonik memiliki keuntungan yang signifikan. Baca di bawah ini bagaimana dispersi ultrasonik bekerja dan apa keuntungan dari disperse ultrasonik.

 

 

Prinsip Kerja Kavitasi Ultrasonik dan Dispersi

Selama sonikasi, gelombang suara frekuensi tinggi menciptakan area kompresi dan penghalusan bergantian dalam media cair. Saat gelombang suara melewati medium, mereka menciptakan gelembung yang mengembang dengan cepat dan kemudian runtuh dengan keras. Proses ini disebut kavitasi akustik. Runtuhnya gelembung menghasilkan gelombang kejut bertekanan tinggi, mikrojet, dan gaya geser yang dapat memecah partikel yang lebih besar dan menggumpal menjadi partikel yang lebih kecil. Dalam proses dispersi ultrasonik, partikel itu sendiri dalam dispersi berfungsi sebagai media penggilingan. Dipercepat oleh gaya geser kavitasi ultrasonik, partikel-partikel bertabrakan satu sama lain dan pecah menjadi fragmen-fragmen kecil. Karena tidak ada manik-manik atau mutiara yang ditambahkan ke dispersi yang dirawat secara ultrasonik, pemisahan dan pembersihan media penggilingan yang memakan waktu dan padat karya serta kontaminasi benar-benar dihindari.
Hal ini membuat sonikasi sangat efektif dalam menyebarkan dan mendeagglomerasi partikel, bahkan yang sulit dipecah dengan metode lain. Ini menghasilkan distribusi partikel yang lebih seragam, yang mengarah pada peningkatan kualitas dan kinerja produk.
Selain itu, sonikasi dapat dengan mudah menangani, membubarkan dan mensintesis nanomaterial seperti nanosphere, nanocrystals, nanosheets, nanofibres, nanowires, partikel core-shell dan struktur kompleks lainnya.
Selain itu, sonikasi dapat dilakukan dalam jangka waktu yang relatif singkat, yang merupakan keuntungan utama dibandingkan teknik dispersi lainnya.

Keuntungan dari Disperser Ultrasonik atas Teknologi Pencampuran Alternatif

Disperser ultrasonik menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan teknologi pencampuran alternatif seperti homogenizers tekanan tinggi, penggilingan manik-manik atau pencampuran rotor-stator. Beberapa keuntungan yang paling menonjol meliputi:

• Peningkatan Pengurangan Ukuran Partikel: Disperser ultrasonik dapat secara efektif mengurangi ukuran partikel ke kisaran nanometer, yang tidak mungkin dilakukan dengan banyak teknologi pencampuran lainnya. Ini membuatnya ideal untuk aplikasi di mana ukuran partikel halus sangat penting.
• Pencampuran Lebih Cepat: Disperser ultrasonik dapat mencampur dan membubarkan bahan lebih cepat daripada banyak teknologi lain, yang menghemat waktu dan meningkatkan produktivitas.
• Tidak Ada Kontaminasi: Disperser ultrasonik tidak memerlukan penggunaan media penggilingan auch sebagai manik-manik atau mutiara, yang mencemari dispersi dengan abrasi.
• Kualitas Produk Lebih Baik: Disperser ultrasonik dapat menghasilkan campuran dan suspensi yang lebih seragam, menghasilkan kualitas dan konsistensi produk yang lebih baik. Terutama dalam mode flow-through, bubur dispersi melewati zona kavitasi ultrasonik dengan cara yang sangat terkontrol memastikan perawatan yang sangat seragam.
• Konsumsi Energi Lebih Rendah: Disperser ultrasonik biasanya membutuhkan lebih sedikit energi daripada teknologi lain, yang mengurangi biaya operasi.
• Fleksibilitas: Disperser ultrasonik dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, termasuk homogenisasi, emulsifikasi, dispersi, dan deagglomeration. Mereka juga dapat menangani berbagai bahan, termasuk bahan abrasif, serat, cairan korosif, dan bahkan gas.

Karena keunggulan proses ini serta keandalan dan operasi sederhana, disperser ultrasonik mengungguli teknologi pencampuran alternatif, menjadikannya pilihan populer untuk banyak aplikasi industri.

Ultrasonic Dispersing dan Deagglomeration dalam Skala Apapun

Hielscher menawarkan perangkat ultrasonik untuk dispersing dan deagglomeration volume apapun untuk batch atau inline pengolahan. Perangkat laboratorium ultrasonik digunakan untuk volume dari 1.5mL hingga sekitar 2L. Perangkat ultrasonik industri digunakan dalam pengembangan proses dan produksi untuk batch dari 0,5 hingga sekitar 2000L atau laju aliran dari 0,1L hingga 20m³ per jam.

Hielscher Ultrasonics prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi sehingga andal menyebarkan dan menggiling partikel ke skala nano. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus dijalankan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Keuntungan dari Dispersi Ultrasonik: Mudah untuk Meningkatkan

Berbeda dari teknologi dispersi lainnya, ultrasonication dapat ditingkatkan dengan mudah dari laboratorium ke ukuran produksi. Tes laboratorium akan memungkinkan untuk memilih ukuran peralatan yang diperlukan secara akurat. Ketika digunakan dalam skala akhir, hasil proses identik dengan hasil lab.

Ultrasonicators: Kuat dan Mudah Dibersihkan

Kekuatan ultrasonik ditransmisikan ke dalam cairan melalui sonotrode. Ini adalah bagian simetris yang biasanya berputar, yang dikerjakan dari titanium kualitas pesawat padat. Ini juga satu-satunya bagian yang dibasahi bergerak / bergetar. Ini adalah satu-satunya bagian, yang dapat dipakai dan dapat dengan mudah diganti dalam beberapa menit. Flensa osilasi-decoupling memungkinkan untuk memasang sonotrode ke dalam wadah bertekanan terbuka atau tertutup atau sel aliran dalam orientasi apa pun. Tidak diperlukan bantalan. Semua bagian yang dibasahi lainnya umumnya terbuat dari stainless steel. Reaktor sel aliran memiliki geometri sederhana dan dapat dengan mudah dibongkar dan dibersihkan, misalnya dengan pembilasan dan penghapusan. Tidak ada lubang kecil atau sudut tersembunyi.

Ultrasonic dapat Dibersihkan di Tempat

Ultrasonografi terkenal dengan aplikasi pembersihannya, seperti permukaan, pembersihan bagian. Intensitas ultrasonik yang digunakan untuk aplikasi dispersi jauh lebih tinggi daripada pembersihan ultrasonik biasa. Ketika datang ke pembersihan bagian yang dibasahi dari perangkat ultrasonik, kekuatan ultrasonik dapat digunakan untuk membantu pembersihan selama pembilasan dan pembilasan, karena kavitasi ultrasonik / akustik menghilangkan partikel dan residu cair dari sonotrode dan dari dinding sel aliran.

---

---

Literatur/referensi

• 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.