Ultrasonik Dispersing dan Deagglomeration

Penyebaran dan deaglomerasi padatan menjadi cairan adalah aplikasi penting dari ultrasound daya dan sonicator tipe probe. Kavitasi ultrasonik menghasilkan geser yang luar biasa tinggi yang memecah aglomerat partikel menjadi partikel tunggal yang terdispersi. Karena gaya geser tinggi yang berfokus secara lokal, sonikasi sangat ideal untuk menghasilkan dispersi berukuran mir dan nano untuk eksperimen, penelitian dan pengembangan, dan tentu saja untuk produksi industri.

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

Penyebaran Ultrasonik Padatan menjadi Cairan

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

 

 

Prinsip Kerja Kavitasi dan Dispersi Ultrasonik

Selama sonikasi, gelombang suara frekuensi tinggi menciptakan area kompresi dan kelangkaan 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 bertabrakan satu sama lain dan hancur menjadi fragmen kecil. Karena tidak ada manik-manik atau mutiara yang ditambahkan ke dispersi yang diolah secara ultrasonik, pemisahan dan pembersihan media penggilingan yang memakan waktu dan padat tenaga serta kontaminasi dapat dihindari sepenuhnya.
Hal ini membuat sonikasi sangat efektif dalam menyebarkan dan mendeaglomerasi partikel, bahkan yang sulit dipecah dengan metode lain. Hal 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 nanosfer, nanokristal, nanosheet, nanofibres, nanowire, partikel inti-cangkang dan struktur kompleks lainnya.
Selanjutnya, sonikasi dapat dilakukan dalam jangka waktu yang relatif singkat, yang merupakan keuntungan utama dibandingkan teknik dispersi lainnya.

Keuntungan Disperser Ultrasonik dibandingkan Teknologi Pencampuran Alternatif

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

• Pengurangan Ukuran Partikel yang Ditingkatkan: Disperser ultrasonik dapat secara efektif mengurangi ukuran partikel hingga 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 lainnya, 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 oleh abrasi.
• Kualitas Produk yang 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 pengoperasian.
• Fleksibilitas: Disperser ultrasonik dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, termasuk homogenisasi, emulsifikasi, dispersi, dan deaglomerasi. Mereka juga dapat menangani berbagai bahan, termasuk bahan abrasif, serat, cairan korosif, dan bahkan gas.

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

Dispersi dan Deaglomerasi Ultrasonik dalam Skala Apa Pun

Hielscher menawarkan perangkat ultrasonik untuk penyebaran dan deaglomerasi volume apa pun untuk pemrosesan batch atau inline. 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.

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

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

Keuntungan Dispersi Ultrasonik: Mudah untuk Ditingkatkan

Berbeda dari teknologi dispersi lainnya, ultrasonikasi 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 prosesnya identik dengan hasil lab.

Ultrasonikator: Kuat dan Mudah Dibersihkan

Daya ultrasonik ditransmisikan ke dalam cairan melalui sonotrode. Ini adalah bagian simetris yang biasanya berputar, yang dikerjakan dari titanium berkualitas pesawat padat. Ini juga satu-satunya bagian yang dibasahi / bergetar. Ini adalah satu-satunya bagian, yang dapat dipakai dan dapat dengan mudah diganti dalam hitungan 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 basah lainnya umumnya terbuat dari stainless steel. Reaktor sel aliran memiliki geometri sederhana dan dapat dengan mudah dibongkar dan dibersihkan, misalnya dengan membilas dan menyeka. 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 pendispersi jauh lebih tinggi daripada untuk pembersihan ultrasonik biasa. Dalam hal pembersihan bagian yang dibasahi dari perangkat ultrasonik, daya ultrasonik dapat digunakan untuk membantu pembersihan selama pembilasan dan pembilasan, karena kavitasi ultrasonik / akustik menghilangkan partikel dan residu cairan 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.