実験室用超音波高剪断バッチミキサー & 生産規模

ヒールシャーの超音波高せん断バッチミキサーには、湿潤、水和、均質化、粉砕、分散、乳化、溶解といった用途が一般的です。超音波バッチ混合は高速で行われ、信頼性が高く再現性のある結果をもたらすため、実験室、ベンチトップ、および本格的な商業生産規模のいずれにおいても、卓越したプロセス成果を実現します。 ヒールシャーの多目的バッチホモジナイザーは、均一な固液混合物および液液混合物の高速混合を実現し、最高水準の製品品質を満たします。

超音波を用いた高速バッチ混合：高せん断力を用いたプロセス強化

• 急速な分散： サブミクロン粒子の即時解凝集 & ナノ材料。
• 多彩な処理機能： 高粘度物質、ペースト状物質、および研磨性物質に最適です。
• 線形スケールアップ： 実験室から本格生産に至るまで、完全に再現可能な結果が得られます。
• 省エネ： 競合技術よりもエネルギー消費量が少ない。

超音波高せん断力による高速バッチミキシング

超音波高せん断バッチ混合は、ローター・ステーター式ミキサー、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幅な進歩を遂げており、優れたプロセス効率と製品品質を実現します。 従来の方法は機械的せん断に依存しているのに対し、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発し、局所的に極端な条件が特徴となる独自の微細混合環境を作り出します。 この現象により、衝撃波と最大 280 m/s に達する高速の液体ジェットが発生し、粉末の迅速な湿潤、サブミクロンおよびナノ粒子の瞬時の解凝集、そして完全に均質なエマルジョンの生成に必要な強力な微細撹拌が実現されます。
こうした微細混合の利点に加え、超音波システムはエネルギー効率が著しく高く、研磨性の高い材料も容易に処理でき、迅速かつ非破壊的な洗浄（CIP/SIP）が可能であるため、要求の厳しい産業用途において理想的な選択肢となっています。

超音波高剪断バッチ混合はどのような場合に適しているか？

超音波高せん断バッチ混合は、製造業者、処方開発者、およびR&D担当者にとって理想的な手法です。&精度、均一性、迅速な分散が不可欠とされるあらゆる業界のDチーム。特に、ナノおよびサブミクロンサイズの材料、高粘度のペースト、研磨スラリー、あるいは複雑な固液混合物や液液混合物を処理する企業にとって、その価値は極めて高い。 化粧品、医薬品、先端材料、食品などの業界 & 飲料、塗料 & コーティング、特殊化学品、ナノテクノロジーの分野では、この技術を活用することで、粉末の瞬時の湿潤、均一なエマルジョンの形成、および熱劣化を伴わない安定した粒子径の微細化を実現しています。 再現性の高い結果、実験室から生産現場への完全な直線的なスケールアップ、そして従来のローター・ステーター式システムに比べて低いエネルギー消費が求められるプロセスにおいて、超音波高せん断バッチ混合は、お客様の正確な仕様を満たすよう設計されています。

音響キャビテーション – 超音波によるせん断力と混合の作用原理

高エネルギーの超音波が液体やスラリーに伝達されると、高圧と低圧が交互に繰り返されるサイクル（例えば、20kHzで毎秒20,000サイクル）によって、液体中に真空気泡や空隙が生じます。これらの気泡は数サイクルの間に成長し、それ以上のエネルギーを吸収できなくなると激しく崩壊します。 気泡の崩壊時には、局所的に極限状態が生じます。すなわち、最高5,000Kの温度、最大2,000atmの圧力、そして最大280m/sの速度を持つ液流が発生します。この現象はキャビテーションと呼ばれます。 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、多岐にわたる混合、粉砕、研磨用途に効果的に応用されています。
 

超音波撹拌は、音響キャビテーションとその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？ – 完全なプロセス制御のために

超音波ミキシングにより、重要なプロセスパラメーターを正確にコントロールすることができます。これは最適なプロセス結果を得るために非常に重要なことであり、同時に最も効率的なオペレーションを可能にします。

• 超音波振幅：

ソノトロード（超音波ホーン／プローブ）における水平領域の変位は、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り、プロセス要件に合わせて調整することができる。

• プレッシャーだ：

超音波処理プロセスに圧力を加えると、プロセスの強化につながり、これは「マノソニケーション（MS）」として知られています。高圧下での超音波キャビテーションは、より激しく、強力になります。そのため、ヒールシャー社では、加圧可能な密閉型バッチ反応器を提供しています。

• ソニケーションの時間：

一般的に、超音波処理時間が長ければ長いほど、粒子径の縮小や分散などの処理効果が高まります。 – ただし、プロセス媒体に影響を与えるのに十分な強度が必要である。

• 温度だ：

超音波処理は、非熱的な機械的処理技術です。しかし、熱力学の法則により、物質に伝達されたエネルギーは、最終的には必ず熱として消費されます。 しかし、ヒールシャーの超音波処理装置は卓越したエネルギー効率を誇り、電源からのエネルギーの最大90％が超音波に変換され、処理媒体に伝達されます。

• 粘度：

処理媒体の粘度は、超音波処理において重要な要素です。粒子径の縮小、粉砕、分散などの用途では、キャビテーションによる衝撃波によって引き起こされる粒子間の衝突が、粒子の破砕をもたらす主な処理効果の一つであるため、粒子負荷が高いほど効果的です。

あなたにぴったりのミキシングソリューションを一緒に作り上げましょう！

最適なプロセス条件（＝必要最小限のエネルギー投入で最良の結果）を決定するためには、目標とするプロセス目標に従って、上記のパラメータを設定しなければならない。
実現可能性の検証やプロセスの最適化は、実験室やベンチトップ規模で容易に行うことができます。得られたすべての結果は正確に再現可能であり、生産規模へと直線的にスケールアップすることができます。ヒエルシャー・ウルトラソニックスでは、専門的なコンサルティングと充実した設備を備えたプロセスラボをご用意しており、お客様と共に、あるいはお客様に代わってプロセスの最適化を行います！
Hielscherは超音波プロセスソリューションのエキスパートです。お客様のアプリケーションのニーズを解決するために、最適なユニットをご提案いたします！

文献・参考文献