Penggilingan Basah Ultrasonik: Partikel Halus, Dirancang dengan Tepat

Sonicator Hielscher merupakan peralatan penggilingan yang efisien untuk pengurangan ukuran partikel, dispersi nano, dan emulsifikasi dengan efisiensi tinggi melalui kavitasi ultrasonik berintensitas tinggi yang terkendali. Dirancang untuk skala penelitian maupun industri, sistem ini secara andal memecah aglomerat, menghaluskan bubuk, dan menghasilkan suspensi yang homogen di berbagai bidang seperti farmasi, kosmetik, bahan nano, dan bahan kimia khusus.

Dari Bubuk Kasar hingga Partikel Mikro dan Nano yang Seragam

Sonicator tipe probe Hielscher menghasilkan proses penggilingan basah dan penggilingan halus yang bertenaga serta dapat dikendalikan secara presisi – tanpa manik-manik, bola, atau media penggilingan lainnya. Menghasilkan bubur yang homogen dan berkadar padatan tinggi dengan distribusi ukuran partikel yang sempit, sekaligus mempersingkat waktu pemrosesan dan mengurangi kebutuhan energi.
Dengan memanfaatkan pengendalian amplitudo yang presisi dan penyebaran gelombang akustik yang canggih, alat sonikasi ini menghasilkan hasil yang seragam dengan dampak termal minimal, sehingga melindungi senyawa-senyawa sensitif sekaligus memaksimalkan kapasitas produksi dan reproduktifitas. Temukan bagaimana penggilingan ultrasonik dapat memperlancar alur kerja formulasi Anda dan meningkatkan kinerja produk.

Siapa yang Sebaiknya Menggunakan Penggilingan Basah Ultrasonik?

• Produsen yang membutuhkan pengurangan partikel terkontrol hingga ukuran mikron atau nanometer
• Produsen pigmen, tinta, cat, dan pelapis berkinerja tinggi
• Prosesor keramik, mineral, semen, dan oksida logam
• Para ahli formulasi farmasi dan kosmetik yang mengembangkan suspensi halus
• Produsen baterai, katalis, dan bahan canggih
• Perusahaan yang mengolah bubur padat dengan konsentrasi tinggi atau kental
• Laboratorium yang mengembangkan proses pengurangan ukuran partikel yang dapat diskalakan
• Produsen yang menginginkan distribusi ukuran partikel yang sempit dan seragam
• Proses produksi yang ingin menghindari kontaminasi akibat butiran atau bola penggilingan
• Produsen yang ingin mengurangi waktu penggilingan, konsumsi energi, dan kebutuhan pembersihan

Pengurangan Ukuran Partikel yang Terkendali dengan Ultrasonik Berdaya Tinggi

Mengurangi ukuran partikel hingga skala mikron atau nanometer dapat mengubah formulasi secara signifikan. Partikel yang lebih halus dapat meningkatkan reaktivitas, stabilitas, luas permukaan, sifat optik, serta kinerja produk akhir. Namun, penggilingan konvensional menggunakan bola, manik-manik, dan media penggilingan dapat menimbulkan partikel hasil keausan, memerlukan proses pemisahan media yang melelahkan, serta sulit memberikan perlakuan yang konsisten pada konsentrasi padatan yang tinggi. Penggilingan basah ultrasonik menawarkan alternatif yang bersih dan dapat dikendalikan.
Sonicator tipe probe Hielscher memancarkan gelombang ultrasonik berintensitas tinggi secara langsung ke dalam cairan atau bubur. Gelombang tekanan bolak-balik tersebut menimbulkan kavitasi akustik: gelembung-gelembung mikroskopis terbentuk dan runtuh dengan intensitas ekstrem, sehingga menghasilkan semburan cairan berkecepatan tinggi, gelombang kejut, dan gaya geser yang kuat. Gaya-gaya ini mempercepat partikel-partikel yang tersuspensi sehingga saling bertabrakan. Tabrakan antarpartikel, fragmentasi, dan erosi permukaan yang dihasilkan mengurangi aglomerat – dan, dalam kondisi yang cukup ekstrem, partikel primer – hingga ukuran mikro dan nano.
 

Alumina Trihidrat yang digiling dengan metode ultrasonik
AL(OH)₃ dipasok oleh Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, AS. AL(OH)₃ juga dikenal sebagai Aluminium Trihidroksida Seri ATH, Alumina Terhidrasi Bayer, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hydragyllite, atau Gibbsite. Bahan ini memiliki skala Mohs’ tingkat kekerasan 2,5 hingga 3,5.

Distribusi Ukuran Partikel yang Akurat, Dapat Diulang, dan Seragam

Penggilingan ultrasonik sangat fleksibel. Operator dapat mengatur amplitudo, masukan energi, tekanan, suhu, waktu tinggal, dan laju aliran agar sesuai dengan bahan dan ukuran partikel yang diinginkan. Hal ini menjadikan proses ini cocok untuk berbagai keperluan, mulai dari deaglomerasi yang lembut hingga penggilingan halus yang intensif. Konfigurasi resirkulasi dan sel aliran inline memastikan suspensi terpapar secara merata ke zona kavitasi, sehingga menghasilkan hasil yang dapat direproduksi serta distribusi ukuran partikel yang sempit dan homogen.
Tingkat pengendalian ini sangat penting bagi pigmen, tinta, pelapis, keramik, oksida logam, mineral, katalis, obat-obatan, dan bahan-bahan canggih lainnya, di mana partikel yang berukuran terlalu besar atau distribusi ukuran partikel yang terlalu luas dapat mengganggu kualitas. Parameter proses yang ditetapkan di laboratorium dapat diterapkan pada produksi skala percontohan dan industri, sehingga memungkinkan pengembangan dan peningkatan skala secara sistematis.

Proses dengan Kandungan Padatan Tinggi Tanpa Media Penggilingan

Karena pengurangan ukuran partikel didorong oleh kavitasi dan tabrakan antar partikel itu sendiri, tidak diperlukan manik-manik, mutiara, atau bola penggiling. Penghapusan media penggilingan menghilangkan sumber potensi kontaminasi serta menghilangkan kebutuhan untuk membeli, membersihkan, mengganti, dan memisahkan media tersebut dari suspensi yang sudah jadi. Geometri bagian yang terkena cairan yang sederhana juga memudahkan proses pembersihan dan pergantian produk.
Sonicator Hielscher mampu memproses suspensi yang sangat pekat dan kental. Kandungan padatan yang tinggi berarti jumlah cairan yang perlu ditangani lebih sedikit dan, dalam banyak kasus, proses konsentrasi atau pengeringan lanjutan yang lebih sedikit. Hal ini juga dapat memperkuat efek penggilingan antarpartikel dengan meningkatkan frekuensi tabrakan partikel. Kombinasi ini menjadikan penggilingan ultrasonik sangat menarik untuk masterbatch berkonsentrasi tinggi dan suspensi skala produksi.
 

Gambar mikroskop yang memperlihatkan proses penggilingan ultrasonik pigmen magenta berbahan dasar minyak

Contoh: Penggilingan Basah Partikel Nano dengan Ultrasonik Berdaya Tinggi

Penggilingan ultrasonik sangat cocok untuk mengolah bahan berukuran mikron dan nano, seperti keramik, alumina trihidrat, barium sulfat, kalsium karbonat, dan oksida logam. Tabel di bawah ini menunjukkan gambar mikroskopis dari proses penggilingan alumina trihidrat (dari 150 mikron hingga 10 mikron), keramik (dari 30 mikron hingga 2 mikron), dan natrium karbonat (dari 70 mikron hingga 3 mikron). Gambar mikroskopis pada halaman ini menunjukkan perkembangan proses penggilingan ultrasonik pada contoh keramik gigi, pigmen magenta, natrium karbonat, dan alumina terhidrasi.
 

Gambar mikroskop yang memperlihatkan proses penggilingan ultrasonik natrium karbonat (Na₂CO₃) dalam isopropanol.

Hasil yang Lebih Banyak dari Setiap Tahap Pemrosesan

Energi ultrasonik disalurkan langsung ke dalam bubur, tempat terjadinya pengurangan ukuran partikel. Gaya kavitasi yang cepat dapat mempersingkat siklus penggilingan, sementara konversi energi listrik menjadi gerak mekanis yang efisien dapat mengurangi kebutuhan energi dibandingkan dengan peralatan penggilingan konvensional. Pemrosesan inline berkelanjutan semakin mendukung hasil produksi yang tinggi, kualitas yang konsisten, serta integrasi ke dalam jalur produksi yang sudah ada.
Bagi produsen yang menginginkan partikel yang lebih kecil, distribusi ukuran yang lebih seragam, proses pengolahan yang lebih bersih, dan peningkatan skala yang efisien, sonikator tipe probe dari Hielscher mengubah proses penggilingan basah menjadi suatu proses yang dirancang secara presisi – mulai dari uji coba laboratorium hingga produksi industri berkelanjutan.

Operasi Berkelanjutan untuk Kapasitas Produksi Tinggi

Homogenizer ultrasonik sangat mudah dipasang dan dioperasikan. Hanya ada dua bagian yang bersentuhan dengan bahan yang akan digiling: sonotrode titanium dan sel aliran baja tahan karat. Berkat desain sel aliran ultrasonik yang sederhana, unit ini dapat dibersihkan dengan cepat. Karena perangkat ultrasonik Hielscher memiliki efisiensi yang sangat tinggi dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, umumnya daya yang dibutuhkan untuk penggilingan ultrasonik lebih sedikit dibandingkan dengan peralatan penggilingan konvensional.

Sonicator industri UIP6000hdT (6 kW) untuk dispersi pigmen dan sterilisasi mikroba secara bersamaan pada formulasi cat dan pelapis berbasis air [/caption]Efek penggilingan partikel didasarkan pada kavitasi ultrasonik yang intens. Saat melakukan sonikasi cairan dengan intensitas tinggi, gelombang suara yang merambat ke dalam media cairan menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaksi) secara bergantian, dengan frekuensi yang bergantung pada frekuensi gelombang. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik intensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau rongga di dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tidak dapat lagi menyerap energi, gelembung tersebut runtuh dengan hebat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi.
Ledakan gelembung kavitasi menghasilkan turbulensi mikro dan jet mikro hingga 1000km/jam. Partikel besar mengalami erosi permukaan (melalui keruntuhan kavitasi dalam cairan di sekitarnya) atau pengurangan ukuran partikel (karena fisi melalui tumbukan antar-partikel atau runtuhnya gelembung kavitasi yang terbentuk di permukaan). Hal ini menyebabkan percepatan difusi yang tajam, proses transfer massa, dan reaksi fase padat karena ukuran kristalit dan perubahan struktur.

Prosesor ultrasonik dan sel aliran untuk dispersi serta penggilingan basah bubuk tersedia untuk skala laboratorium dan produksi. Sistem industri dapat dengan mudah dimodifikasi agar dapat beroperasi secara inline. Untuk penelitian dan pengujian proses ini, serta untuk berbagai proses sonokimia lainnya, kami merekomendasikan perangkat laboratorium kami atau model UIP1000hd.

Nanodiamonds dapat efisien dan dapat diandalkan tersebar menggunakan ultrasonicator Hielscher.

Literatur / Referensi