Dispergéieren an Deagglomeratioun mat Ultraschall
D’Dispergéieren an d’Deagglomeratioun vu Feststoffer a Flëssegkeete sinn eng wichteg Uwendung vu Leeschtungsultraschall an Ultraschallapparater mat Sond. D’Ultraschallkavitatioun erzeugt aussergewéinlech staark Schéierwierkungen, déi Partikelagglomerater an eenzel dispergéiert Partikelen zerleeën. Wéinst hire lokal konzentréierten héije Schéierkräften ass d’Ultraschallbehandlung ideal, fir Dispersiounen am Mikrometer- an Nanometerberäich fir Versich, Fuerschung an Entwécklung an natierlech fir d’industriell Produktioun hierzestellen.
D’Amësche vu Pudder a Flëssegkeeten ass e geleefege Schrëtt bei der Formuléierung vu verschiddene Produkter, wéi Faarf, Tënt, Kosmetik, Gedrénks, Hydrogelen oder Poléiermëttel. Déi eenzel Partikele ginn duerch Unzéiungskräfte vu verschiddener physikalescher a cheemescher Natur zesummegehalen, dorënner van-der-Waals-Kräften an d’Uewerflächespannung vu Flëssegkeeten. Dësen Effekt ass bei Flëssegkeete mat méi héijer Viskositéit, wéi Polymeren oder Harzer, méi staark. D’Unzéiungskräfte mussen iwwerwonne ginn, fir d’Partikelen ze deagglomeréieren an a flëssege Medien ze dispergéieren. Liest hei drënner, firwat Ultraschallhomogenisateuren déi iwwerleeën Dispergéierapparater fir d’Dispergéieren vu Partikelen am Submikrometer- an Nanometerberäich am Labo an an der Industrie sinn.
Ultraschallapparat UP400St fir d’Virbereedung vun Nanopartikeldispersiounen a Chargen.
Dispergéiere vu Feststoffer a Flëssegkeete mat Ultraschall
D’Funktiounsprinzip vun Ultraschallhomogenisateure baséiert op dem Phenomeen vun der akustescher Kavitatioun. Et ass bekannt, datt akustesch Kavitatioun intensiv physikalesch Kräften erzeugt, dorënner ganz staark Schéierkräften. D’Awierke vu mechanescher Belaaschtung brécht d’Partikelagglomerater auserneen. Ausserdeem gëtt Flëssegkeet tëscht d’Partikele gepresst.
Fir d’Dispergéiere vu Pudder a Flëssegkeete si verschidden Technologien, wéi Héichdrockhomogenisateuren, Réierwierkskugelmillen, Mille mat openeentreffende Stralen a Rotor-Stator-Mëscher, am Handel verfügbar. Ultraschalldispergateuren hunn awer bedeitend Virdeeler. Liest hei drënner, wéi d’Dispergéieren duerch Ultraschall funktionéiert a wéi eng Virdeeler et bitt.
D’Funktiounsprinzip vun der Ultraschallkavitatioun a vum Dispergéieren
Bei der Ultraschallbehandlung erzeugen héichfrequent Schallwellen ofwiesselnd Beräicher vu Kompressioun a Verdënnung am flëssege Medium. Wärend d’Schallwellen duerch de Medium lafen, bilde si Blosen, déi sech séier ausdeenen an duerno hefteg zesummefalen. Dëse Prozess gëtt akustesch Kavitatioun genannt. D’Zesummefale vun de Blosen erzeugt Héichdrockstousswellen, Mikrostralen a Schéierkräften, déi méi grouss Partikelen an Agglomerater a méi kleng Partikelen zerleeë kënnen. Bei Dispergéierprozesser mat Ultraschall déngen d’Partikelen an der Dispersioun selwer als Muelmëttel. Duerch d’Schéierkräfte vun der Ultraschallkavitatioun beschleunegt, stoussen d’Partikelen openeen an zerbriechen a winzeg Fragmenter. Well keng Kugele oder Pärelen an déi mat Ultraschall behandelt Dispersioun bäigesat ginn, ginn dat zäitopwennegt an aarbechtsintensiivt Oftrennen a Botze vu Muelmëttel souwéi Kontaminatioun komplett vermidden.
Dat mécht d’Ultraschallbehandlung esou effektiv beim Dispergéieren an Deagglomeréiere vu Partikelen, och vun deenen, déi sech mat anere Methode schwéier zerleeë loossen. Dëst féiert zu enger méi gläichméisseger Verdeelung vun de Partikelen an domat zu enger verbesserter Produktqualitéit a Leeschtung.
Ausserdeem kënne mat Ultraschall Nanomaterialie wéi Nanokugelen, Nanokristaller, Nanoplacken, Nanofaseren, Nanodréit, Kär-Schuel-Partikelen an aner komplex Strukturen einfach verschafft, dispergéiert a synthetiséiert ginn.
Donieft kann d’Ultraschallbehandlung a relativ kuerzer Zäit duerchgefouert ginn, wat e grousse Virdeel géintiwwer aneren Dispergéiertechniken ass.
Virdeeler vun Ultraschalldispergateure géintiwwer alternative Mëschtechnologien
Ultraschalldispergateure bidden e puer Virdeeler géintiwwer alternative Mëschtechnologien, wéi Héichdrockhomogenisateuren, d’Muele mat Kugelen oder d’Mësche mat Rotor-Stator-Systemer. Zu de markantste Virdeeler gehéieren:
- Verbessert Reduktioun vun der Partikelgréisst: Ultraschalldispergéierer kënnen d’Partikelgréissten effektiv bis an den Nanometerberäich reduzéieren, wat mat ville anere Mëschtechnologien net méiglech ass. Dat mécht si ideal fir Uwendungen, bei deenen eng fein Partikelgréisst entscheedend ass.
- Méi séiert Mëschen: Ultraschalldispergéierer kënne Materialie méi séier mëschen an dispergéiere wéi vill aner Technologien, wat Zäit spuert an d’Produktivitéit erhéicht.
- Keng Kontaminatioun: Ultraschalldispergéierer erfuerderen net den Asaz vu Muelkierper wéi Kugelen oder Pärelen, déi d’Dispersioun duerch Ofriib kontaminéieren.
- Besser Produktqualitéit: Ultraschalldispergéierer kënne méi gläichméisseg Mëschungen a Suspensiounen hierstellen, wat zu enger besserer Produktqualitéit a Konstanz féiert. Besonnesch am Duerchflossbetrib passéiert d’Dispersiounssuspensioun d’Ultraschallkavitatiounszon op eng héich kontrolléiert Manéier, wouduerch eng ganz gläichméisseg Behandlung garantéiert gëtt.
- Méi niddregen Energieverbrauch: Ultraschalldispergéierer brauchen typescherweis manner Energie wéi aner Technologien, wat d’Betribskäschte reduzéiert.
- Villfälteg Asazméiglechkeeten: Ultraschalldispergéierer kënne fir eng breet Palett vun Uwendungen agesat ginn, dorënner Homogeniséierung, Emulgéierung, Dispergéierung an Desagglomeratioun. Si kënnen och eng Villfalt vu Materialie verschaffen, dorënner abrasiv Materialien, Faseren, korrosiv Flëssegkeeten a souguer Gasen.
Duerch dës Prozessvirdeeler souwéi hir Zouverlässegkeet an einfach Bedéngung sinn Ultraschalldispergéierer alternativen Mëschtechnologien iwwerleeën, wat si zu enger beléifter Wiel fir vill industriell Uwendunge mécht.
UIP1000hdT (1000 Watt) Ultraschallapparat deen Nanofëllstoffer a Lacke dispergéiert
Ultraschalldispergéierung vu pyrogenem Siliziumdioxid am Waasser: Virun der Ultraschallbehandlung ass d’Gréisst vun den agglomeréierte Siliziumdioxidpartikele méi wéi 200 Mikrometer (D50). No der Ultraschalldispergéierung vum pyrogene Siliziumdioxid goufen déi meescht Partikelen op manner wéi 200 Nanometer reduzéiert.
Ultraschalldispergéierung an Desagglomeratioun op all Moossstaf
Hielscher bitt Ultraschallapparater fir d’Dispergéierung an d’Desagglomeratioun vun all Volumen am Chargen- oder Inlinebetrib un. Ultraschallapparater fir de Laboratoire gi fir Volume vun 1,5mL bis ongeféier 2L agesat. Industriell Ultraschallapparater ginn an der Prozessentwécklung an an der Produktioun fir Charge vun 0,5 bis ongeféier 2000L oder fir Duerchflossrate vun 0,1L bis 20m³ pro Stonn agesat.
Déi industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics kënne ganz héich Amplitudë liwweren an doduerch Partikelen zouverlässeg bis op den Nanomoossstaf dispergéieren a muelen. Amplitudë vu bis zu 200µm kënnen ouni Weideres kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel.
Industrielle Leeschtungsultraschallsystem MultiSonoReactor fir industriell Inlinedispergéierung: Héichleeschtungsultraschallapparater sinn zouverlässeg an héich effizient Inlinemëschsystemer fir d’Produktioun vun Nanodispersiounen.
| Chargevolumen | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150L | 3 bis 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Grupp vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Stellt eis Är Froen!
UIP1000hdT (1000 Watt) Ultraschallapparat deen Nanofëllstoffer a Lacke dispergéiert
Virdeeler vun der Ultraschalldispergéierung: Einfach op e gréissere Moossstaf ze bréngen
Am Géigesaz zu aneren Dispergéierungstechnologië kann d’Ultraschallbehandlung einfach vum Labormoossstaf op de Produktiounsmoossstaf bruecht ginn. Mat Labortester léisst sech déi erfuerderlech Gréisst vun der Anlag genee auswielen. Beim Asaz um definitive Moossstaf sinn d’Prozessresultater identesch mat de Laborresultater.
Ultraschallapparater: Robust an einfach ze botzen
D’Ultraschallleeschtung gëtt iwwer eng Sonotrod an d’Flëssegkeet iwwerdroen. Dëst ass en typescherweis rotatiounssymmetrescht Baudeel, dat aus massivem Titan a Loftfaartqualitéit fabrizéiert gëtt. Et ass och dat eenzegt beweeglecht / vibréierend Baudeel, dat mat der Flëssegkeet a Kontakt kënnt. Et ass dat eenzegt Baudeel, dat Verschläiss ausgesat ass, an et kann einfach bannent Minutten ersat ginn. Flanschen, déi d’Schwéngungen entkoppelen, erméiglechen et, d’Sonotrod an all Ausriichtung an oppen oder zoue Behälter, déi ënner Drock gesat kënne ginn, oder an Duerchflusszellen ze montéieren. Et si keng Lageren néideg. All aner Deeler, déi mat der Flëssegkeet a Kontakt kommen, si generell aus Edelstol. Duerchflusszellereakteren hunn einfach Geometrien a kënnen einfach auserneegeholl a gebotzt ginn, z. B. duerch Duerchspullen an Auswëschen. Et gi keng kleng Ëffnungen oder verstoppt Ecken.
Ultraschallbotzung op der Plaz
Ultraschall ass fir seng Botzapplikatioune bekannt, wéi d’Botze vun Uewerflächen a Baudeeler. D’Ultraschallintensitéit, déi fir Dispergéierungsapplikatioune benotzt gëtt, ass vill méi héich wéi bei der typescher Ultraschallbotzung. Beim Botze vun den Deeler vum Ultraschallapparat, déi mat der Flëssegkeet a Kontakt kommen, kann d’Ultraschallleeschtung d’Botzung beim Duerchspullen an Nospullen ënnerstëtzen, well d’Ultraschallkavitatioun / akustesch Kavitatioun Partikelen a Flëssegkeetsreschter vun der Sonotrod a vun de Wänn vun der Duerchflusszell ewechhëlt.
Literatur / Referenzen
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Poinern G.E., Brundavanam R., Thi-Le X., Djordjevic S., Prokic M., Fawcett D. (2011): Thermal and ultrasonic influence in the formation of nanometer scale hydroxyapatite bio-ceramic. Int J Nanomedicine. 2011; 6: 2083–2095.
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- 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.
Ultraschallhomogenisator UIP6000hdT fir d’industriell Inline-Veraarbechtung vu grousse Veraarbechtungsduerchsätz.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert leeschtungsstaark Ultraschallhomogenisatore vum Laboformat bis zum Industrieformat.