ラボおよび生産規模向けの超音波高せん断バッチミキサー
湿潤、水和、均質化、粉砕、分散、乳化、溶解は、Hielscherの超音波高せん断バッチミキサーの一般的な用途です。超音波バッチ混合は高速で行われ、信頼性と再現性のある結果が得られるため、ラボ、ベンチトップ、本格的な商業生産の各規模で優れた処理結果を実現します。Hielscherの多目的バッチホモジナイザーは、均一な固体/液体および液体/液体混合物を高速で混合し、最高の製品品質を実現します。
超音波高速バッチ混合：高いせん断力によるプロセス強化
- 迅速な分散： サブマイクロメートルおよびナノサイズの材料を瞬時に解凝集します。
- 多様な処理： 高粘度の材料、ペースト、研磨性のある材料に最適です。
- 線形スケールアップ： ラボから本格的な生産まで、完全に再現可能な結果が得られます。
- 高いエネルギー効率： 競合技術よりもエネルギー消費量が少なくなります。
超音波の高いせん断力による高速バッチ混合
超音波高せん断バッチ混合は、ローター・ステーターミキサー、ジェットミキサー、UltraTurraxシステムなどの従来技術に比べて大きな進歩をもたらし、優れたプロセス効率と製品品質を提供します。従来の方法が機械的せん断に依存するのに対し、超音波ミキサーは高エネルギーの音波を利用して音響キャビテーションを誘起し、局所的な極限条件を特徴とする独自の微視的混合環境を生み出します。この現象は衝撃波と最大280 m/sに達する高速液体ジェットを発生させ、粉末の迅速な湿潤、サブマイクロメートル粒子およびナノ粒子の瞬時の解凝集、完全に均質なエマルションの生成に必要な強力な微視的撹拌をもたらします。
こうした微視的混合の利点に加え、超音波システムはエネルギー効率が著しく高く、研磨性のある材料を容易に処理でき、損傷を与えずに迅速な洗浄（CIP/SIP）を行えるため、厳しい要求のある産業用途に最適です。
配合はそれぞれ異なります。材料の特性、目標粒径、処理能力、現在の処理上の課題をお知らせください。当社のアプリケーションエンジニアがご要件を分析し、お客様の具体的なプロセスに最適な超音波高せん断バッチミキサーの構成をご提案します。
工業用超音波処理装置UIP2000hdT をステンレス鋼製バッチ反応器に組み込んだ構成
超音波高せん断バッチ混合はどのような方に適していますか？
超音波高せん断バッチ混合は、精度、一貫性、迅速な分散が欠かせないさまざまな業界のメーカー、配合開発者、研究開発チームに最適です。特に、ナノサイズおよびサブマイクロメートルサイズの材料、高粘度ペースト、研磨性のあるスラリー、複雑な固体・液体および液体・液体の配合物を処理する企業にとって有用です。化粧品、医薬品、先端材料、食品・飲料、塗料・コーティング、特殊化学品、ナノテクノロジーなどの業界では、この技術を利用して、熱劣化を起こすことなく、粉末の瞬時の湿潤、均一なエマルション、一貫した粒径縮小を実現しています。お客様のプロセスで、再現可能な結果、ラボから生産までの完全に線形なスケールアップ、従来のローター・ステーターシステムよりも少ないエネルギー消費量が求められる場合、超音波高せん断バッチ混合は、その具体的な仕様を満たすように設計されています。
音響キャビテーション – 超音波せん断力と混合の動作原理
高エネルギーの超音波を液体やスラリーに結合すると、高圧と低圧が交互に繰り返されるサイクル（例えば20kHzでは毎秒20,000サイクル）によって、液体中に真空気泡または空洞が生じます。これらの気泡は数サイクルにわたって成長し、それ以上エネルギーを吸収できなくなると激しく崩壊します。気泡の爆縮時には、最大5,000Kの温度、最大2,000atmの圧力、最大280m/sの速度の液体ジェットという、局所的な極限条件が生じます。この現象をキャビテーションと呼びます。超音波キャビテーションは、コロイド、粉末、流体、油、グリース、樹脂、エポキシ、顔料ペースト、インク、塗料、シリコーン、クリーム、ゲル、ポリマー、ウレタンなど、多くの材料の処理を含む多様な混合、微粉砕、粉砕用途に有効に利用されています。
超音波混合は、音響キャビテーションと、それによって生じる流体力学的せん断力に基づいています。
なぜ超音波なのか？ – プロセスを完全に制御するために
超音波混合では、重要なプロセスパラメーターをすべて精密に制御できます。これは、最高の効率で運転しながら最適な処理結果を得るために不可欠です。
- 超音波振幅：
- 圧力：
- 超音波処理時間：
- 温度：
- 粘度：
ソノトロード（超音波ホーン/プローブ）の水平面部分の変位は、超音波装置の出力設定、ソノトロードの選択、ブースターホーンの使用によって、プロセスの要件に合わせて調整できます。
超音波処理に圧力を加えるとプロセスが強化され、これはマノソニケーション（MS）として知られています。高圧下では超音波キャビテーションがより強く、より激しくなります。そのため、Hielscherは加圧可能な密閉式バッチ反応器を提供しています。
一般に、超音波処理時間が長いほど、粒径縮小や分散などのプロセスはより進行します – ただし、処理媒体に作用するのに十分な強度が加えられていることが条件です。
超音波処理は非熱的な機械的処理技術です。ただし、熱力学の法則により、物質に結合されたエネルギーは必ず最終的に熱になります。しかし、Hielscherの超音波処理装置は卓越したエネルギー効率を備えているため、コンセントから供給されるエネルギーの最大90%が超音波に変換され、処理媒体に結合されます。
処理媒体の粘度は、超音波処理における重要な要因です。粒径縮小、微粉砕、分散などの用途では、キャビテーションの衝撃波によって生じる粒子間衝突が粒子の破砕を引き起こす主なプロセス効果の一つであるため、高い粒子含有量が有利に働きます。
超音波処理装置UP400Sによる超音波バッチ処理
お客様に理想的な混合ソリューションを設計しましょう！
最適なプロセス条件（＝必要なエネルギー投入を最小限に抑えながら得られる最良の結果）を決定するには、目標とするプロセスの目的に合わせて、上述のパラメーターを設定する必要があります。
実現可能性試験とプロセス最適化は、ラボおよびベンチトップ規模で容易に実施できます。得られた結果はすべて正確に再現でき、生産規模まで線形にスケールアップできます。Hielscher Ultrasonicsは専門的なコンサルティングと設備の充実したプロセスラボを提供しており、お客様とともに、またはお客様に代わってプロセスを最適化できます！
Hielscherは超音波プロセスソリューションの専門家です。ぜひお問い合わせください。お客様の用途のニーズを満たす適切な装置をご提案します！
着色剤と顔料の分散および微粉砕用の工業用超音波バッチシステム。
- 極めて均一な分散
- 信頼性の高いナノ材料処理
- 研磨性のある材料の処理
- 高粘度への対応（ペースト、高い粒子含有量）
- 最大90%の時間短縮
- 完全なプロセス制御
- 完全に線形なスケールアップ
- 完全な再現性
- 水系配合物および溶媒に適合
超音波高せん断バッチ混合に関するよくある質問
超音波高速バッチミキサーの主な用途は何ですか？
超音波高速バッチミキサーは、湿潤、水和、均質化、粉砕、分散、乳化、溶解に使用される多用途の装置です。特に、固体の混入、均質な分散液の調製、解凝集、粒径縮小、固体/液体および液体/液体混合物の迅速な混合に効果的です。
バッチ混合において超音波キャビテーションはどのように作用しますか？
超音波キャビテーションでは、高エネルギーの超音波を液体に結合し、高圧と低圧が交互に繰り返されるサイクルを生み出します。これによって真空気泡が発生し、成長して激しく崩壊することで、最大5,000Kの温度、最大2,000 atmの圧力、280 m/sに達する液体ジェットなど、局所的な極限条件が生じます。これらの強力な力が、効果的な混合、微粉砕、粉砕を促進します。
Hielscherの超音波バッチミキサーの主な利点は何ですか？
主な利点には、極めて均一な分散、ナノ粒子を処理できること、研磨性のある材料や高粘度の材料（ペーストや粒子含有量の高い材料など）に対応できることが挙げられます。さらに、これらのミキサーは、最大90%の時間短縮、完全なプロセス制御、完全に線形なスケールアップ、完全な再現性を提供します。
超音波バッチミキサーではどのような材料を処理できますか？
超音波キャビテーションは、コロイド、粉末、流体、油、グリース、樹脂、エポキシ、顔料ペースト、インク、塗料、シリコーン、クリーム、ゲル、ポリマー、ウレタンなど、多種多様な物質の処理に有効に利用されています。
超音波バッチ混合中のプロセス制御はどのように実現されますか？
プロセス制御は、振幅、圧力（マノソニケーション）、超音波処理時間、温度、粘度などのパラメーターを精密に調整することで実現されます。Hielscherの超音波処理装置はエネルギー効率が非常に高く、エネルギーの約95%を超音波に変換することで、最小限のエネルギー投入で最適な結果を確保します。
超音波バッチ混合プロセスは、ラボから工業生産へスケールアップできますか？
はい。Hielscherは完全なプロセス制御と、完全に線形なスケールアップを提供しています。これにより、ラボおよびベンチトップ規模で得られた結果を正確に再現し、生産規模へスケールアップできます。さらに、超音波処理では、バッチ処理からインライン処理への移行も簡単かつ確実に実現できます。
文献 / 参考文献
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