실험실 및 생산 규모용 초음파 고전단 배치 믹서

습윤, 수화, 균질화, 분쇄, 분산, 유화 및 용해는 Hielscher 초음파 고전단 배치 믹서의 일반적인 응용 분야입니다. 초음파 배치 혼합은 신뢰할 수 있고 재현 가능한 결과를 제공하면서 고속으로 수행되며, 실험실, 벤치탑 및 본격적인 상업 생산 규모에서 탁월한 공정 결과를 구현합니다. Hielscher의 다목적 배치 균질기는 최고 수준의 제품 품질을 충족하는 균일한 고체/액체 및 액체/액체 혼합물을 고속으로 혼합할 수 있도록 합니다.

초음파 고속 배치 혼합: 높은 전단력을 통한 공정 강화

• 신속한 분산: 서브마이크론 및 나노 소재의 즉각적인 응집 해체.
• 다양한 소재 처리: 고점도 물질, 페이스트 및 마모성 소재에 이상적입니다.
• 선형 스케일업: 실험실부터 본격적인 생산까지 완전한 재현성을 갖춘 결과.
• 높은 에너지 효율: 경쟁 기술보다 낮은 에너지 소비량.

초음파의 높은 전단력을 이용한 고속 배치 혼합

초음파 고전단 배치 혼합은 로터–스테이터 믹서, 제트 믹서 및 UltraTurrax 시스템과 같은 기존 기술보다 크게 발전한 기술로, 우수한 공정 효율과 제품 품질을 제공합니다. 기존 방식이 기계적 전단에 의존하는 반면, 초음파 믹서는 고에너지 음파를 이용해 음향 캐비테이션을 유도하여 극한의 국소 조건을 특징으로 하는 독특한 미세 혼합 환경을 조성합니다. 이 현상은 충격파와 최대 280 m/s에 이르는 고속 액체 제트를 발생시키며, 이는 분말의 신속한 습윤, 서브마이크론 및 나노 입자의 즉각적인 응집 해체, 완벽하게 균질한 에멀션 형성에 필요한 강력한 미세 교반을 제공합니다.
이러한 미세 혼합의 이점에 더해, 초음파 시스템은 에너지 효율이 현저히 높고 마모성 소재를 쉽게 처리하며 빠르고 손상을 일으키지 않는 세척(CIP/SIP)을 가능하게 하므로, 까다로운 산업 응용 분야에 이상적인 선택입니다.

초음파 고전단 배치 혼합은 누구에게 적합할까요?

초음파 고전단 배치 혼합은 정밀성, 일관성 및 신속한 분산이 필수적인 다양한 산업 분야의 제조업체, 배합 개발자 및 연구개발팀에 이상적입니다. 특히 나노 및 서브마이크론 소재, 고점도 페이스트, 마모성 슬러리 또는 복잡한 고체–액체 및 액체–액체 배합물을 처리하는 기업에 유용합니다. 화장품, 제약, 첨단 소재, 식음료, 도료 및 코팅, 정밀화학, 나노기술 등의 산업에서는 이 기술을 활용하여 열적 분해 없이 분말의 즉각적인 습윤, 균일한 에멀션 및 일관된 입자 크기 감소를 달성합니다. 공정에 재현 가능한 결과, 실험실에서 생산까지 완전히 선형적인 스케일업, 기존 로터–스테이터 시스템보다 낮은 에너지 소비량이 요구된다면, 초음파 고전단 배치 혼합은 이러한 정확한 사양을 충족하도록 설계되어 있습니다.

음향 캐비테이션 – 초음파 전단력과 혼합의 작동 원리

고에너지 초음파를 액체와 슬러리에 전달하면 고압과 저압이 교대로 반복되는 주기(예: 20kHz에서 초당 20,000회)에 의해 액체 내부에 진공 기포 또는 공동이 생성됩니다. 이 기포는 여러 주기에 걸쳐 성장하다가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면 격렬하게 붕괴합니다. 기포가 내파할 때 국소적으로 극한 조건이 형성됩니다. 온도는 최대 5,000K, 압력은 최대 2,000atm에 이르며, 액체 제트의 속도는 최대 280m/s에 달합니다. 이러한 현상을 캐비테이션이라고 합니다. 초음파 캐비테이션은 다양한 혼합, 밀링 및 분쇄 용도에 성공적으로 적용되며, 예를 들어 콜로이드, 분말, 유체, 오일, 그리스, 수지, 에폭시, 안료 페이스트, 잉크, 도료, 실리콘, 크림, 겔, 고분자, 우레탄 등 매우 다양한 물질을 처리하는 데 사용됩니다.
 

초음파 혼합은 음향 캐비테이션과 그에 따른 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다.

왜 초음파인가? – 완전한 공정 제어를 위해

초음파 혼합을 통해 모든 주요 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 가장 효율적으로 운전하면서 최적의 공정 결과를 얻는 데 매우 중요합니다.

• 초음파 진폭:

소노트로드(초음파 혼/프로브)의 수평면 변위는 초음파 장치의 출력 설정, 소노트로드 선택 및 부스터 혼 사용을 통해 공정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.

• 압력:

초음파 처리 공정에 압력을 가하면 공정이 강화되며, 이를 가압 초음파 처리(manosonication, MS)라고 합니다. 높은 압력에서 초음파 캐비테이션은 더욱 강하고 격렬해집니다. 따라서 Hielscher는 가압 가능한 밀폐형 배치 반응기를 제공합니다.

• 초음파 처리 시간:

일반적으로 초음파 처리 시간이 길수록 입도 감소, 분산 등의 공정이 더 많이 진행됩니다 – 단, 공정 매질에 영향을 줄 수 있는 충분한 강도가 가해져야 합니다.

• 온도:

초음파 처리는 비열적 기계 처리 기술입니다. 그러나 열역학 법칙에 따라 물질에 전달된 에너지는 결국 항상 열로 전환됩니다. 다만 Hielscher 초음파 처리기의 탁월한 에너지 효율 덕분에 전원에서 공급되는 에너지의 최대 90%가 초음파로 변환되어 공정 매질에 전달됩니다.

• 점도:

공정 매질의 점도는 초음파 처리에서 중요한 요소입니다. 입도 감소, 밀링 및 분산과 같은 용도에서는 캐비테이션 충격파로 인한 입자 간 충돌이 입자 파쇄를 일으키는 주요 공정 효과 중 하나이므로 높은 입자 함량이 유리합니다.

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최적의 공정 조건(= 필요한 에너지 투입을 최소화하면서 얻는 최상의 결과)을 결정하려면 위에서 언급한 매개변수를 목표 공정에 맞게 설정해야 합니다.
타당성 시험과 공정 최적화는 실험실 및 벤치탑 규모에서 쉽게 수행할 수 있습니다. 얻어진 모든 결과는 정확하게 재현할 수 있으며 생산 규모까지 선형적으로 확장할 수 있습니다. Hielscher Ultrasonics는 전문 컨설팅과 완비된 공정 실험실을 제공하며, 이곳에서 고객과 함께 또는 고객을 대신하여 공정을 최적화할 수 있습니다!
Hielscher는 초음파 공정 솔루션 전문가입니다. 지금 문의해 주시면 고객의 응용 분야 요구 사항을 충족하는 적합한 장치를 기꺼이 추천해 드리겠습니다!

문헌 / 참고 자료

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