초음파 습식 분쇄: 정밀하게 제어하는 미세 입자

Hielscher 초음파 처리기는 제어된 고강도 초음파 캐비테이션을 통해 고효율 입자 크기 감소, 나노 분산 및 유화를 수행하는 효율적인 분쇄 장비입니다. 연구 및 산업 규모 모두에 맞게 설계된 이 시스템은 의약품, 화장품, 나노 소재 및 특수 화학제품 분야에서 응집체를 안정적으로 해체하고, 분말을 미세화하며, 균질한 현탁액을 만듭니다.

거친 분말에서 균일한 마이크로 및 나노 입자로

Hielscher 프로브형 초음파 처리기는 비드, 볼 또는 기타 분쇄 매체 없이 강력하고 정밀하게 제어할 수 있는 습식 분쇄 및 미분쇄를 제공합니다. 처리 시간을 단축하고 에너지 소요량을 줄이면서 입도 분포가 좁고 균질한 고형분 함량이 높은 슬러리를 생산하십시오.
정밀한 진폭 제어와 첨단 음파 전파 기술을 활용하는 이 초음파 처리기는 열 영향을 최소화하면서 균일한 결과를 달성하여 민감한 화합물을 보존하고 처리량과 재현성을 극대화합니다. 초음파 분쇄가 제형 개발 작업 흐름을 간소화하고 제품 성능을 높이는 방법을 알아보십시오.

초음파 습식 분쇄는 누구에게 적합할까요?

• 입자를 마이크로미터 또는 나노미터 크기로 제어하여 줄여야 하는 제조업체
• 안료, 잉크, 페인트 및 고성능 코팅제 생산업체
• 세라믹, 광물, 시멘트 및 금속 산화물 가공업체
• 미세 현탁액을 개발하는 의약품 및 화장품 제형 개발자
• 배터리, 촉매 및 첨단 소재 제조업체
• 고농도 또는 고점도 슬러리를 처리하는 기업
• 규모 확장이 가능한 입자 크기 감소 공정을 개발하는 실험실
• 좁고 균일한 입도 분포를 원하는 제조업체
• 분쇄 비드 또는 볼로 인한 오염을 피하고자 하는 사업장
• 분쇄 시간, 에너지 소비량 및 세척 필요성을 줄이고자 하는 생산업체

고출력 초음파를 이용한 제어된 입자 크기 감소

입자 크기를 마이크로미터 또는 나노미터 범위로 줄이면 제형을 변화시킬 수 있습니다. 더 미세한 입자는 반응성, 안정성, 표면적, 광학적 특성 및 최종 제품 성능을 개선할 수 있습니다. 그러나 기존의 볼 밀, 비드 밀 및 매체 밀은 마모 입자를 유입시킬 수 있고, 번거로운 매체 분리가 필요하며, 고형분 농도가 높을 때 일관된 처리를 제공하기 어려울 수 있습니다. 초음파 습식 분쇄는 청정하고 제어 가능한 대안을 제공합니다.
Hielscher 프로브형 초음파 처리기는 고강도 초음파를 액체 또는 슬러리에 직접 전달합니다. 교번하는 압력파는 음향 캐비테이션을 일으킵니다. 미세 기포가 생성되고 매우 강하게 붕괴하면서 고속 액체 제트, 충격파 및 강력한 전단력을 발생시킵니다. 이러한 힘은 부유 입자를 가속하여 서로 충돌하게 합니다. 그 결과 발생하는 입자 간 충돌, 파편화 및 표면 침식은 응집체를 마이크로 및 나노 크기로 줄이며, 조건이 충분히 강할 경우에는 일차 입자도 이 크기로 줄입니다.
 

초음파로 분쇄한 삼수화 알루미나
AL(OH)3는 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재 Alcoa World Alumina LLC에서 공급했습니다. AL(OH)3는 삼수산화 알루미늄 ATH 시리즈, 바이어 수화 알루미나, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, 히드라질라이트 또는 깁사이트라고도 합니다. 모스 경도는 2.5에서 3.5입니다.

정밀하고 반복 가능하며 균일한 입도 분포

초음파 분쇄는 조절 범위가 매우 넓습니다. 작업자는 재료와 목표 입자 크기에 맞춰 진폭, 에너지 투입량, 압력, 온도, 체류 시간 및 유량을 제어할 수 있습니다. 따라서 이 공정은 완만한 응집체 해체부터 강도 높은 미세 분쇄까지 모두 적합합니다. 재순환 및 인라인 플로우 셀 구성은 슬러리를 캐비테이션 영역에 균일하게 노출하여 재현성 있는 결과와 폭이 좁고 균일한 입도 분포를 얻는 데 도움이 됩니다.
이러한 수준의 제어는 과대 입자나 넓은 입도 분포가 품질을 저하시킬 수 있는 안료, 잉크, 코팅제, 세라믹, 금속 산화물, 광물, 촉매, 의약품 및 기타 첨단 소재에 유용합니다. 실험실에서 확립한 공정 매개변수를 파일럿 및 산업 생산에 적용할 수 있어 체계적인 개발과 규모 확대가 가능합니다.

분쇄 매체를 사용하지 않는 고고형분 처리

입자 크기 감소가 캐비테이션과 입자 자체 간의 충돌에 의해 이루어지므로 비드, 펄 또는 분쇄 볼이 필요하지 않습니다. 분쇄 매체를 사용하지 않으면 잠재적인 오염원을 피할 수 있고, 매체의 구매, 세척, 교체 및 완성된 슬러리에서의 분리 작업도 필요하지 않습니다. 재료와 접촉하는 부분의 형상이 단순하여 세척과 제품 전환도 용이합니다.
Hielscher 초음파 처리기는 고농도 및 고점도 슬러리를 처리할 수 있습니다. 고형분 함량이 높으면 취급해야 할 액체가 줄어들고, 많은 경우 후속 농축이나 건조도 줄어듭니다. 또한 입자 충돌 빈도를 높여 입자 간 분쇄 효과를 강화할 수 있습니다. 이러한 특성의 조합으로 초음파 분쇄는 고농도 마스터배치와 생산 규모의 현탁액에 특히 매력적인 공정이 됩니다.
 

유성 마젠타 안료의 초음파 분쇄 진행 과정을 보여 주는 현미경 이미지

사례: 고출력 초음파를 이용한 나노입자의 습식 분쇄

초음파 분쇄는 세라믹, 삼수화 알루미나, 황산바륨, 탄산칼슘 및 금속 산화물과 같은 마이크로미터 및 나노미터 크기 재료의 처리에 특히 적합합니다. 아래 표는 삼수화 알루미나(150 마이크로미터에서 10 마이크로미터까지), 세라믹(30 마이크로미터에서 2 마이크로미터까지), 탄산나트륨(70 마이크로미터에서 3 마이크로미터까지)의 분쇄를 보여 주는 현미경 이미지입니다. 이 페이지의 현미경 이미지는 치과용 세라믹, 마젠타 안료, 탄산나트륨 및 수화 알루미나의 사례를 통해 초음파 분쇄의 진행 과정을 보여 줍니다.
 

이소프로판올 내 탄산나트륨(Na2CO3)의 초음파 분쇄 진행 과정을 보여 주는 현미경 이미지.

각 처리 단계에서 더 많은 생산량 확보

초음파 에너지는 입자 크기 감소가 일어나는 슬러리 내부로 직접 전달됩니다. 빠르게 작용하는 캐비테이션 힘은 분쇄 주기를 단축할 수 있으며, 전기 에너지를 기계적 운동으로 효율적으로 변환하면 기존 분쇄 장비에 비해 에너지 요구량을 줄일 수 있습니다. 연속 인라인 처리는 높은 처리량, 일관된 품질 및 기존 생산 라인으로의 통합을 더욱 뒷받침합니다.
더 작은 입자, 더 좁은 입도 분포, 더 청정한 처리 및 효율적인 규모 확대를 추구하는 제조업체를 위해 Hielscher 프로브형 초음파 처리기는 습식 분쇄를 정밀하게 설계된 공정으로 구현합니다 – 실험실 시험부터 연속 산업 생산까지.

높은 처리량을 위한 연속 운전

초음파 균질기는 설치와 작동이 매우 쉽습니다. 분쇄할 물질과 접촉하는 부품은 티타늄 소노트로드와 스테인리스강 플로우 셀, 단 두 가지뿐입니다. 초음파 플로우 셀의 설계가 단순하여 장치를 신속하게 세척할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장치는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 효율이 매우 높으므로, 일반적으로 초음파 분쇄에는 기존 분쇄 장비보다 적은 전력이 필요합니다.

수성 페인트 및 코팅 제형의 안료 분산과 미생물 멸균을 동시에 수행하는 산업용 초음파 처리기 UIP6000hdT (6kW) 입자 분쇄 효과는 강력한 초음파 캐비테이션에 기반합니다. 액체를 고강도로 초음파 처리하면 액체 매질 내로 전파되는 음파에 의해 고압(압축) 주기와 저압(희박) 주기가 번갈아 발생하며, 반복 속도는 주파수에 따라 달라집니다. 저압 주기 동안 고강도 초음파는 액체 내에 작은 진공 기포 또는 공동을 생성합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 부피에 도달하면 고압 주기 동안 격렬하게 붕괴합니다. 이 현상을 캐비테이션이라고 합니다.
캐비테이션 기포의 내파는 미세 난류와 최대 1000km/hr의 미세 제트를 발생시킵니다. 큰 입자에는 표면 침식(주변 액체 내 캐비테이션 붕괴에 의해) 또는 입자 크기 감소(입자 간 충돌이나 표면에 형성된 캐비테이션 기포의 붕괴로 인한 분열에 의해)가 일어납니다. 이에 따른 결정립 크기와 구조의 변화로 확산, 물질 전달 공정 및 고상 반응이 급격히 가속화됩니다.

분말의 분산 및 습식 분쇄를 위한 초음파 처리기와 플로우 셀은 실험실 및 생산 규모로 제공됩니다. 산업용 시스템은 인라인으로 작동하도록 쉽게 개조할 수 있습니다. 이 공정의 연구와 시험뿐 아니라 다양한 초음파 화학 공정에도 당사의 실험실용 장치 또는 UIP1000hd를 권장합니다.

Hielscher 초음파 처리기를 사용하면 나노다이아몬드를 효율적이고 신뢰성 있게 분산할 수 있습니다.

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