ベントナイトの超音波分散

ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カリウムベントナイトなどのベントナイト粘土は、主に掘削流体用添加剤、結合剤、精製剤、吸着剤、および地下水遮断材として使用されています。
強い結合とファンデルワールス力があるため、ベントナイトを分散させるには、凝集体を均一に解砕する強力な混合力が必要です。
超音波分散は、固形分濃度の高い高粘度スラリーを製造するための、非常に信頼性の高い方法です。均質なベントナイトスラリーの製造において、超音波は従来の撹拌機を上回ります。

ベントナイトの分散

ベントナイトは、潤滑剤、増粘剤、吸着剤など、さまざまな用途に使用されます。ベントナイトの材料特性を活用するには、ベントナイトの粒子や板状粒子を基材媒体中に 均一に分布 させる必要があります。ベントナイト分散液は高い膨潤能力を持ち、大量の流体を吸着できます。液体中に分散させると、ベントナイト分散液は 非常に高いチキソトロピーを示す コロイド懸濁液またはゲルを形成します。ベントナイト分散液のコロイド特性は、分散の品質に大きく依存します。そのため、 超音波処理 は、高品質なベントナイトスラリーを得るために推奨される分散技術です。

ベントナイトの超音波分散（使用した超音波ミキサー： UIP2000hdT)

問題点

従来の分散方法では、機能化されたベントナイトの均質なスラリーを調製するために必要な強力なせん断力を生み出せないことがよくあります。ベントナイトのチキソトロピーと、その卓越した水分結合能力および膨潤能力に対応するには、 高粘度 スラリーの処理に優れ、凝集体を解砕するのに十分なせん断力を与える、平均以上の性能を持つ分散装置が必要です。
ベントナイト分散液の粘度は、濃度の増加に伴って上昇します。従来の混合装置では、このような高粘度スラリーを処理できず、分散および水和の品質が不十分になります。
混合能力が不足しているため、従来の分散機には、粉砕などの追加の処理工程を組み合わせる必要があります。

解決策

高出力超音波装置は、 強力なせん断力 を与え、ベントナイト粒子間の結合を容易に解きます。高粘度のベントナイトスラリーは、懸濁液を超音波反応器のチャンバーに通し、その中で粒子を解凝集し、分散させて均一な粒子径にすることで、均質に処理できます。強力な撹拌とせん断は、粒子を目標の粒子径まで微細化するのに役立ちます。強力な超音波処理は、ベントナイト（モンモリロナイト）の 層間剥離 と 薄片化 を引き起こし、粒子の表面積を大きくします。これにより、ベントナイトの膨潤の向上と 機能化 が促進されます。

粘土の超音波分散

仕組み： 液体中に生じる非常に強力な超音波の力は、キャビテーションを引き起こします。超音波キャビテーションは純粋なせん断として現れます。そのため、超音波混合・分散技術は、粒子含有量が非常に高いチキソトロピー性懸濁液の製造に最適です。
強力なせん断作用により、超音波は粘土を効率よく分散させてスラリーにすることができます。超音波処理は連続インラインプロセスとして行われるため、掘削泥水、ビチューメンエマルション、ラテックス、あるいは塗料などの高粘度スラリーでさえ.

Hielscher Ultrasonics は、信頼性の高い超音波処理を提供するパートナーです。当社は、超音波ホモジナイザーの全製品群を提供しています – 研究室用装置から産業用超音波装置まで、粉砕, 解凝集および分散などの要求の厳しい用途に対応します。 UIP10000 または UIP16000のクラスター構成により、高粘度のペースト状材料を含む、非常に大きな流量の流体でさえ、商業規模での処理に実質的な制限はありません。

産業用超音波分散機

超音波分散：

高速分散
高い固形分含有量
ナノ分散
完全な水和
発生しない “フィッシュアイ“
膨潤の向上
粒子の機能化
ゲル化効果
均一な処理
再現性
信頼性の高い製品品質

大流量の流体の超音波処理は、連続処理構成によって効率よく実施できます（クリックして拡大！）

超音波インライン処理

文献／参考資料

Bergaya, F.; Theng, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): 粘土科学ハンドブック. Elservier 1978.
Grim, R.E:; Güven, N. (1978): ベントナイト：地質、鉱物学、特性および用途. Elservier 2011.
Mekhamer, W. K. (2010): 超音波により機械的に変形させた未処理ベントナイトのコロイド安定性. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301–306.
Wikipedia： ベントナイト

ベントナイトについて

ベントナイト粘土には、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カリウムベントナイトなどがあり、主にスメクタイト鉱物、通常は モンモリロナイト （例：Al-モンモリロナイト Al₂O₃•4(SiO₂)•H₂O）で構成されています。モンモリロナイトは二八面体型スメクタイトですが、他の種類のスメクタイトが存在する場合もあります。スメクタイトはベントナイトの望ましい特性をもたらしますが、層間に存在する交換性陽イオンの性質も特性に影響します。そのため、層間陽イオンがNa+であるベントナイトは、層間陽イオンがCa+であるベントナイトとは大きく異なる特性を持つことがあります。市販のベントナイトの大半は80%を超えるスメクタイトを含んでいますが、さまざまな他の鉱物が不純物として存在することがあります。これらの鉱物には、石英、長石、方解石、石膏が含まれる場合があります。これらの鉱物の存在は工業的価値に影響し、具体的な用途に応じてベントナイトの価値を低下または上昇させることがあります。ベントナイトは 強いコロイド 特性を示し、水と接触すると体積が数倍に増加して、 ゲル状 で 粘性のある 流体を形成します。ベントナイトが持つ水和, 膨潤, 吸水, 粘度、および チキソトロピーなどの特有の性質により、ベントナイトは幅広い用途において価値のある材料となっています。
ベントナイト粘土は、一般に潤滑剤、増粘剤、吸着剤、レオロジー添加剤、結合剤、触媒、精製剤、安定剤、乳化剤、または漂白土として使用されています。粘弾性を持つベントナイトゲルは、その機能により、鉱油・掘削産業、化学、セラミックス、鋳造、建設・洗浄産業、農業・園芸、製紙、食品産業、さらには化粧品・医薬品分野にまで、多様な用途が広がっています。
ベントナイトの 誘導体 は Bentoneとして知られており、特定の用途に適した機能を持つように改質された有機粘土です。例えば、Bentone 52、Bentone 57、Bentone 1000は塗料やコーティングに使用される一般的な増粘剤であり、Bentone 27、Bentone 128、Bentone 150、Bentone 155、Bentone 1000は石油・掘削産業で使用されるレオロジー調整剤です。Bentone EW、Bentone HC、Bentone MA、Bentonite BC 342は、化粧品および医薬品で増粘剤やゲル化剤として使用されています。
Hielscherの強力な超音波装置は、すべての ベントナイト, ヘクトライト および Bentone 有機粘土粉末を、 Bentone分散液, Bentoneゲル または最終製品の配合物中に均一に分散させるうえで、信頼性が高く効果的です。

知っておきたい情報

超音波組織ホモジナイザーは、プローブソニケーター／ソニフィケーター、ソニックライザー、超音波破砕機、超音波粉砕機、ソノラプター、ソニファイア、ソニックディスメンブレーター、細胞破砕機、超音波分散機、乳化機、または溶解機とも呼ばれることがよくあります。これらの呼称の違いは、超音波処理によって対応できるさまざまな用途に由来します。