Penggilingan Basah Ultrasonik: Partikel Halus, Direkayasa secara Presisi

Sonikator Hielscher merupakan peralatan penggilingan yang efisien untuk pengecilan ukuran partikel, pendispersian 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 serbuk, dan menghasilkan suspensi homogen untuk bidang farmasi, kosmetik, nanomaterial, dan bahan kimia khusus.

Dari Serbuk Kasar menjadi Mikropartikel dan Nanopartikel yang Seragam

Sonikator tipe probe Hielscher menghasilkan penggilingan basah dan penghalusan yang kuat serta dapat dikendalikan secara presisi – tanpa manik, bola, atau media penggilingan lainnya. Hasilkan sluri homogen berkadar padatan tinggi dengan distribusi ukuran partikel yang sempit sekaligus mempersingkat waktu pemrosesan dan mengurangi kebutuhan energi.
Dengan memanfaatkan kontrol amplitudo yang presisi dan perambatan gelombang akustik yang canggih, sonikator menghasilkan hasil yang seragam dengan dampak termal minimal, mempertahankan senyawa sensitif sekaligus memaksimalkan kapasitas pemrosesan dan reproduktibilitas. Temukan bagaimana penggilingan ultrasonik dapat menyederhanakan alur kerja formulasi Anda dan meningkatkan kinerja produk.

Siapa yang Sebaiknya Menggunakan Penggilingan Basah Ultrasonik?

• Produsen yang memerlukan pengecilan partikel secara terkendali hingga ukuran mikron atau nanometer
• Produsen pigmen, tinta, cat, dan pelapis berkinerja tinggi
• Pengolah keramik, mineral, semen, dan oksida logam
• Formulator farmasi dan kosmetik yang mengembangkan suspensi halus
• Produsen baterai, katalis, dan material maju
• Perusahaan yang memproses sluri berkonsentrasi tinggi atau kental
• Laboratorium yang mengembangkan proses pengecilan ukuran partikel yang dapat ditingkatkan skalanya
• Produsen yang menginginkan distribusi ukuran partikel yang sempit dan seragam
• Operasi yang ingin menghindari kontaminasi dari manik atau bola penggilingan
• Produsen yang ingin mengurangi waktu penggilingan, konsumsi energi, dan kebutuhan pembersihan

Pengecilan Ukuran Partikel secara Terkendali dengan Ultrasonik Berdaya Tinggi

Memperkecil partikel hingga rentang mikron atau nanometer dapat mengubah suatu formulasi. Partikel yang lebih halus dapat meningkatkan reaktivitas, stabilitas, luas permukaan, sifat optik, dan kinerja produk akhir. Namun, penggiling bola, penggiling manik, dan penggiling bermedia konvensional dapat memasukkan partikel akibat keausan, memerlukan pemisahan media yang melelahkan, dan sulit memberikan perlakuan yang konsisten pada konsentrasi padatan tinggi. Penggilingan basah ultrasonik menawarkan alternatif yang bersih dan dapat dikendalikan.
Sonikator tipe probe Hielscher mentransmisikan ultrasonik berintensitas tinggi langsung ke dalam cairan atau sluri. Gelombang tekanan yang bergantian menciptakan kavitasi akustik: gelembung mikroskopis terbentuk dan runtuh dengan intensitas ekstrem, menghasilkan semburan cairan berkecepatan tinggi, gelombang kejut, dan gaya geser yang kuat. Gaya ini mempercepat partikel tersuspensi sehingga saling bertumbukan. Tumbukan antarpartikel, fragmentasi, dan erosi permukaan yang dihasilkan memperkecil aglomerat – dan, dalam kondisi yang cukup intens, partikel primer – hingga ukuran mikro dan nano.
 

Alumina Trihidrat yang digiling secara 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 kekerasan Mohs sebesar 2,5 hingga 3,5.

Distribusi Ukuran Partikel yang Presisi, Dapat Diulang, dan Seragam

Penggilingan ultrasonik sangat mudah disesuaikan. Operator dapat mengendalikan amplitudo, masukan energi, tekanan, suhu, waktu tinggal, dan laju alir agar sesuai dengan material dan target ukuran partikel. Hal ini membuat proses tersebut cocok untuk berbagai kebutuhan, mulai dari deaglomerasi ringan hingga penghalusan intensif. Konfigurasi resirkulasi dan sel alir inline memaparkan sluri secara merata ke zona kavitasi, mendukung hasil yang dapat direproduksi dan distribusi ukuran partikel yang sempit serta homogen.
Tingkat kendali ini bermanfaat untuk pigmen, tinta, pelapis, keramik, oksida logam, mineral, katalis, produk farmasi, dan material maju lainnya, yang kualitasnya dapat terganggu oleh partikel berukuran terlalu besar atau distribusi yang lebar. Parameter proses yang ditetapkan di laboratorium dapat diterapkan pada produksi skala pilot dan industri, sehingga memungkinkan pengembangan dan peningkatan skala secara sistematis.

Pemrosesan Berkadar Padatan Tinggi Tanpa Media Penggilingan

Karena pengecilan partikel digerakkan oleh kavitasi dan tumbukan antarpartikel itu sendiri, tidak diperlukan manik, butiran penggilingan, atau bola penggiling. Penghilangan media penggilingan menghindarkan sumber kontaminasi potensial dan meniadakan kebutuhan untuk membeli, membersihkan, mengganti, serta memisahkan media dari sluri jadi. Geometri sederhana pada bagian yang bersentuhan dengan cairan juga memudahkan pembersihan dan pergantian produk.
Sonikator Hielscher dapat memproses sluri berkonsentrasi tinggi dan kental. Kandungan padatan yang tinggi berarti lebih sedikit cairan yang harus ditangani dan, dalam banyak kasus, lebih sedikit pemekatan atau pengeringan pada tahap hilir. Hal ini juga dapat memperkuat efek penggilingan antarpartikel dengan meningkatkan frekuensi tumbukan partikel. Kombinasi ini membuat penggilingan ultrasonik sangat menarik untuk masterbatch pekat dan suspensi skala produksi.
 

Citra mikroskop yang menunjukkan perkembangan penggilingan ultrasonik pigmen magenta berbasis minyak

Contoh: Penggilingan Basah Nanopartikel dengan Ultrasonik Berdaya Tinggi

Penggilingan ultrasonik sangat cocok untuk memproses material berukuran mikron dan nano, seperti keramik, alumina trihidrat, barium sulfat, kalsium karbonat, dan oksida logam. Tabel di bawah menampilkan citra mikroskopis penggilingan alumina trihidrat (dari 150 mikron menjadi 10 mikron), keramik (dari 30 mikron menjadi 2 mikron), dan natrium karbonat (dari 70 mikron menjadi 3 mikron). Citra mikroskopis pada halaman ini menunjukkan perkembangan penggilingan ultrasonik melalui contoh keramik dental, pigmen magenta, natrium karbonat, dan alumina terhidrasi.
 

Citra mikroskop yang menunjukkan perkembangan penggilingan ultrasonik Natrium Karbonat (Na2CO3) dalam isopropanol.

Lebih Banyak Hasil dari Setiap Tahap Pemrosesan

Energi ultrasonik disalurkan langsung ke dalam sluri, tempat berlangsungnya pengecilan ukuran partikel. Gaya kavitasi yang bekerja cepat dapat mempersingkat siklus penggilingan, sementara konversi energi listrik menjadi gerakan mekanis yang efisien dapat mengurangi kebutuhan energi dibandingkan dengan peralatan penggilingan konvensional. Pemrosesan inline kontinu juga mendukung kapasitas pemrosesan yang tinggi, kualitas yang konsisten, dan integrasi ke dalam lini produksi yang ada.
Bagi produsen yang menginginkan partikel lebih kecil, distribusi lebih sempit, pemrosesan lebih bersih, dan peningkatan skala yang efisien, sonikator tipe probe Hielscher menjadikan penggilingan basah sebagai proses yang direkayasa secara presisi – dari uji coba laboratorium hingga produksi industri kontinu.

Operasi Kontinu untuk Kapasitas Pemrosesan yang Tinggi

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

Sonikator industri UIP6000hdT (6kW) untuk dispersi pigmen dan sterilisasi mikroba secara simultan pada formulasi cat dan pelapis berbasis air Efek penggilingan partikel didasarkan pada kavitasi ultrasonik yang intens. Saat cairan disonikasi pada intensitas tinggi, gelombang suara yang merambat ke dalam media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaksi) secara bergantian, dengan laju yang bergantung pada frekuensi. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik berintensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau rongga dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume yang membuatnya tidak lagi dapat menyerap energi, gelembung tersebut runtuh secara dahsyat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi.
Implosi gelembung kavitasi menghasilkan turbulensi mikro dan semburan mikro dengan kecepatan hingga 1000km/hr. Partikel besar mengalami erosi permukaan (melalui keruntuhan kavitasi dalam cairan di sekitarnya) atau pengecilan ukuran partikel (akibat pemecahan melalui tumbukan antarpartikel atau keruntuhan gelembung kavitasi yang terbentuk pada permukaan). Hal ini menyebabkan percepatan tajam pada difusi, proses perpindahan massa, dan reaksi fase padat akibat perubahan ukuran dan struktur kristalit.

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

Nanodiamond dapat didispersikan secara efisien dan andal menggunakan sonikator Hielscher.

Literatur / Referensi

• 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.