초음파 분산 및 응집 해제
고체를 액체로 분산시키고 응집시키는 것은 전력 초음파 및 프로브 형 초음파 발생기의 중요한 응용 분야입니다. 초음파 캐비테이션은 입자 응집체를 단일 분산 입자로 분해하는 매우 높은 전단을 생성합니다. 국부적으로 집중된 높은 전단력으로 인해 초음파 처리는 실험, 연구 및 개발 및 산업 생산을 위한 mircon 및 nano 크기의 분산액을 생산하는 데 이상적입니다.
분말을 액체에 혼합하는 것은 페인트, 잉크, 화장품, 음료, 하이드로겔 또는 연마제와 같은 다양한 제품의 제형에서 일반적인 단계입니다. 개별 입자는 반 데르 발스 힘(van der Waals forces)과 액체 표면 장력을 포함한 다양한 물리적, 화학적 특성의 인력에 의해 함께 유지됩니다. 이 효과는 폴리머 또는 수지와 같은 점도가 높은 액체에 대해 더 강합니다. 인력은 입자를 응집체를 제거하고 액체 매체로 분산시키기 위해 극복되어야 합니다. 초음파 균질화기가 실험실 및 산업에서 서브 마이크론 및 나노 크기의 입자 분산을위한 우수한 분산 장비 인 이유를 아래에서 읽어보십시오.
초음파기 UP400St 배치로 나노 입자 분산액을 준비합니다.
고체를 액체로 초음파 분산
초음파 균질화기의 작동 원리는 음향 캐비테이션 현상을 기반으로합니다. 음향 캐비테이션은 매우 강한 전단력을 포함하여 강렬한 물리적 힘을 생성하는 것으로 알려져 있습니다. 기계적 응력을 가하면 입자 응집이 분리됩니다. 또한 액체가 입자 사이에 압착됩니다.
분말을 액체로 분산시키는 동안 고압 균질화기, 교반기 비드 밀, 충돌 제트 밀 및 로터-스테이터-믹서와 같은 다양한 기술이 상용화되어 있습니다. 그러나 초음파 분산기에는 상당한 장점이 있습니다. 초음파 분산이 어떻게 작동하는지, 초음파 분산의 장점이 무엇인지 아래를 읽으십시오.
초음파 캐비테이션과 분산의 작동 원리
초음파 처리 중에는 고주파 음파가 액체 매체에서 압축과 희박의 교대 영역을 생성합니다. 음파가 매체를 통과할 때 거품을 생성하여 빠르게 팽창한 다음 격렬하게 붕괴합니다. 이 과정을 음향 캐비테이션이라고 합니다. 기포의 붕괴는 고압 충격파, 마이크로 제트 및 전단력을 생성하여 더 큰 입자를 분해하고 더 작은 입자로 응집할 수 있습니다. 초음파 분산 공정에서 분산액의 입자 자체는 밀링 매체로 기능합니다. 초음파 캐비테이션의 전단력에 의해 가속된 입자는 서로 충돌하여 작은 조각으로 부서집니다. 초음파 처리된 분산액에 비드나 진주가 첨가되지 않기 때문에 시간이 많이 걸리고 노동 집약적인 밀링 매체의 분리 및 세척과 오염을 완전히 방지할 수 있습니다.
이것은 초음파 처리를 입자를 분산시키고 응집시키는 데 매우 효과적이며, 다른 방법으로 분해하기 어려운 입자조차도 가능합니다. 그 결과 입자가 보다 균일하게 분포되어 제품 품질과 성능이 향상됩니다.
또한, 초음파 처리는 나노 구체, 나노 결정, 나노 시트, 나노 섬유, 나노 와이어, 코어 쉘 입자 및 기타 복잡한 구조와 같은 나노 물질을 쉽게 처리, 분산 및 합성 할 수 있습니다.
또한, 초음파 처리는 상대적으로 짧은 시간 내에 수행 할 수 있으며, 이는 다른 분산 기술에 비해 주요 이점입니다.
대체 혼합 기술에 비해 초음파 분산기의 장점
초음파 분산기는 고압 균질화기, 비드 밀링 또는 회전자-고정자 혼합과 같은 대체 혼합 기술에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 가장 두드러진 장점은 다음과 같습니다.
- 향상된 입자 크기 감소: 초음파 분산기는 입자 크기를 나노미터 범위로 효과적으로 줄일 수 있으며, 이는 다른 많은 혼합 기술로는 불가능합니다. 따라서 미세한 입자 크기가 중요한 응용 분야에 이상적입니다.
- 더 빠른 혼합: 초음파 분산기는 다른 많은 기술보다 빠르게 재료를 혼합 및 분산시킬 수 있으므로 시간이 절약되고 생산성이 향상됩니다.
- 오염 없음: 초음파 분산기는 마모에 의해 분산액을 오염시키는 비드 또는 진주와 같은 밀링 매체를 사용할 필요가 없습니다.
- 더 나은 제품 품질: 초음파 분산기는 보다 균일한 혼합물과 현탁액을 생산할 수 있어 제품 품질과 일관성이 향상됩니다. 특히 플로우 스루(flow-through) 모드에서 분산 슬러리는 고도로 제어된 방식으로 초음파 캐비테이션 영역을 통과하여 매우 균일한 처리를 보장합니다.
- 낮은 에너지 소비: 초음파 분산기는 일반적으로 다른 기술보다 적은 에너지를 필요로하므로 운영 비용이 절감됩니다.
- 다재: 초음파 분산기는 균질화, 유화, 분산 및 응집해제를 포함한 광범위한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 또한 연마 재료, 섬유, 부식성 액체 및 가스를 포함한 다양한 재료를 처리할 수 있습니다.
이러한 공정 이점과 신뢰성 및 간단한 작동으로 인해 초음파 분산기는 대체 혼합 기술을 능가하여 많은 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
UIP1000hdT (1000 와트) 초음파 발생기 바니시에 나노 필러를 분산시키는 것
흄드 실리카의 수중 초음파 분산 : 초음파 처리 전에 응집 된 실리카 입자 크기는 200 미크론 (D50) 이상입니다. 흄드 실리카의 초음파 분산 후 대부분의 입자가 200 나노미터 미만으로 감소되었습니다.
모든 규모의 초음파 분산 및 응집 해제
Hielscher는 배치 또는 인라인 처리를 위해 모든 볼륨의 분산 및 응집 해제를위한 초음파 장치를 제공합니다. 초음파 실험실 장치는 1.5mL에서 약 2L의 부피에 사용됩니다. 산업용 초음파 장치는 0.5에서 약 2000L의 배치 또는 시간당 0.1L에서 20m³의 유량에 대한 공정 개발 및 생산에 사용됩니다.
Hielscher 초음파 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하여 입자를 나노 스케일로 안정적으로 분산시키고 밀링 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.
산업용 인라인 분산을 위한 산업용 전력 초음파 시스템 MultiSonoReactor: 고성능 초음파기는 나노 분산액 생산을위한 신뢰할 수 있고 매우 효율적인 인라인 혼합 시스템입니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5에서 1.5mL | N.A. 개시 | 바이알트위터 | 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| 15에서 150L | 3 내지 15L/min | UIP6000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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UIP1000hdT (1000 와트) 초음파 발생기 바니시에 나노 필러를 분산시키는 것
초음파 분산의 장점 : 확장 용이
다른 분산 기술과 달리 초음파는 실험실에서 생산 규모로 쉽게 확장 할 수 있습니다. 실험실 테스트를 통해 필요한 장비 크기를 정확하게 선택할 수 있습니다. 최종 스케일에 사용될 때 공정 결과는 실험실 결과와 동일합니다.
초음파 발생기 : 견고하고 청소하기 쉽습니다.
초음파 전력은 sonotrode를 통해 액체로 전달됩니다. 이것은 일반적으로 회전식 대칭 부품으로, 견고한 항공기 품질의 티타늄으로 가공됩니다. 이것은 또한 유일하게 움직이거나 진동하는 습식 부분입니다. 마모될 수 있는 유일한 부품이며 몇 분 이내에 쉽게 교체할 수 있습니다. 진동 디커플링 플랜지를 사용하면 sonotrode를 모든 방향의 개방형 또는 폐쇄형 가압 용기 또는 플로우 셀에 장착할 수 있습니다. 베어링이 필요하지 않습니다. 다른 모든 습식 부품은 일반적으로 스테인리스강으로 만들어집니다. 플로우 셀 반응기는 간단한 형상을 가지고 있으며 세척 및 닦아내는 등의 방법으로 쉽게 분해하고 청소할 수 있습니다. 작은 구멍이나 숨겨진 모서리가 없습니다.
초음파 세척기가 제자리에 있습니다.
초음파는 표면, 부품 청소와 같은 청소 응용 분야로 잘 알려져 있습니다. 분산 응용 분야에 사용되는 초음파 강도는 일반적인 초음파 세척보다 훨씬 높습니다. 초음파 장치의 젖은 부분을 청소할 때 초음파 / 음향 캐비테이션이 sonotrode와 유동 세포벽에서 입자와 액체 잔류 물을 제거하기 때문에 초음파 전력은 세척 및 헹굼 중에 청소를 돕는 데 사용할 수 있습니다.
문헌 / 참고문헌
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- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
초음파 균질화기 UIP6000hdT 대량 처리량의 산업용 인라인 처리용.
