Ultraskaņas slapjā malšana: smalkas daļiņas, precīzi izstrādātas
Hielscher ultraskaņas iekārtas ir efektīvas malšanas iekārtas, kas nodrošina augsti efektīvu daļiņu izmēra samazināšanu, nanodispersiju un emulgēšanu, izmantojot kontrolētu, augstas intensitātes ultraskaņas kavitāciju. Šīs sistēmas, kas izstrādātas gan pētniecības, gan rūpnieciskā mērogā, uzticami sadala aglomerātus, attīra pulverus un rada viendabīgas suspensijas farmācijas, kosmētikas, nanomateriālu un speciālo ķīmisko vielu nozarēs.
No rupja pulvera līdz vienveidīgām mikro- un nanodaļiņām
Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas nodrošina jaudīgu un precīzi regulējamu mitro malšanu un smalko sasmalcināšanu – bez lodītēm, bumbiņām vai citiem malšanas līdzekļiem. Ražo viendabīgas, augstas cietvielu koncentrācijas suspensijas ar šauru daļiņu izmēru sadalījumu, vienlaikus saīsinot apstrādes laiku un samazinot enerģijas patēriņu.
Izmantojot precīzu amplitūdas kontroli un modernu akustisko viļņu izplatīšanos, ultraskaņas iekārtas nodrošina vienmērīgus rezultātus ar minimālu termisko ietekmi, saglabājot jutīgos savienojumus un vienlaikus maksimāli palielinot ražīgumu un reproducējamību. Uzziniet, kā ultraskaņas malšana var optimizēt jūsu formulēšanas darba plūsmu un uzlabot produkta veiktspēju.
Kam būtu jāizmanto ultraskaņas slapjā malšana?
- Ražotāji, kuriem nepieciešama kontrolēta daļiņu samazināšana līdz mikronu vai nanometru lielumam
- Pigmentu, tintes, krāsu un augstas veiktspējas pārklājumu ražotāji
- Keramikas, minerālu, cementa un metālu oksīdu apstrādes iekārtas
- Farmaceitisko un kosmētisko preparātu izstrādātāji, kas rada smalkas suspensijas
- Akumulatoru, katalizatoru un modernu materiālu ražotāji
- Uzņēmumi, kas pārstrādā ļoti koncentrētas vai viskozas šķidrās suspensijas
- Laboratorijas, kas izstrādā mērogojamus daļiņu izmēra samazināšanas procesus
- Ražotāji, kuriem nepieciešams šaurs un vienmērīgs daļiņu izmēru sadalījums
- Procesi, kuros vēlas izvairīties no piesārņojuma, ko rada frēzēšanas lodītes vai bumbiņas
- Ražotāji, kuru mērķis ir samazināt malšanas laiku, enerģijas patēriņu un tīrīšanas prasības
Pastāstiet mums par savu materiālu, cietvielu saturu un vēlamo daļiņu izmēru. Mūsu ultraskaņas apstrādes ekspertu komanda ieteiks jums ultraskaņas apstrādes konfigurāciju, kas nodrošinās labāku daļiņu sasmalcināšanu.
Rūpnieciskais 16 000 vatu ultraskaņas ģenerators UIP16000hdT pigmentu un nanodaļiņu mitrajai malšanai
Kontrolēta daļiņu izmēra samazināšana ar jaudīgu ultraskaņu
Daļiņu izmēra samazināšana līdz mikronu vai nanometru diapazonam var pilnībā pārveidot preparāta sastāvu. Smalkākas daļiņas var uzlabot reaktivitāti, stabilitāti, virsmas laukumu, optiskās īpašības un gala produkta veiktspēju. Tomēr tradicionālās lodīšu, granulu un beramvielu dzirnavas var radīt nodiluma daļiņas, prasa darbietilpīgu beramvielu atdalīšanu un nespēj nodrošināt vienmērīgu apstrādi pie augstām cietvielu koncentrācijām. Ultraskaņas mitrā malšana piedāvā tīru, kontrolējamu alternatīvu.
Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas pārraida augstas intensitātes ultraskaņu tieši šķidrumā vai šķidrajā suspensijā. Mainīgie spiediena viļņi rada akustisko kavitāciju: mikroskopiski burbuļi veidojas un sabrūk ar ārkārtīgi lielu intensitāti, radot ātrgaitas šķidruma strūklas, triecienviļņus un spēcīgas šķēres spēkus. Šie spēki paātrina suspendēto daļiņu sadursmes. Rezultātā notiekošās sadursmes starp daļiņām, to sadalīšanās un virsmas erozija samazina aglomerātu veidošanos – un pietiekami intensīvos apstākļos primārās daļiņas – līdz mikro- un nanoizmēriem.
Ar ultraskaņas palīdzību samalts alumīnija oksīda trihidrāts
AL(OH)₃ piegādāja uzņēmums „Alcoa World Alumina LLC“, Pitsburga, Pensilvānija, ASV. AL(OH)₃ ir pazīstams arī kā alumīnija trihidroksīds ATH sērijas, Bayer hidratētais alumīnija oksīds, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hidragilīts vai gibbsīts. Tam ir Mohsa’ cietība no 2,5 līdz 3,5.
Ultraskaņas caurplūdes reaktori nanodaļiņu vircas rūpnieciskai inline ražošanai.
Precīzs, atkārtojams un vienmērīgs daļiņu izmēru sadalījums
Ultraskaņas malšana ir ļoti precīzi regulējama. Operatori var kontrolēt amplitūdu, enerģijas patēriņu, spiedienu, temperatūru, uzturēšanās laiku un plūsmas ātrumu, lai pielāgotos materiālam un vēlamajam daļiņu izmēram. Tādējādi šis process ir piemērots visam — sākot no maigas deaglomerācijas līdz intensīvai smalkai malšanai. Recirkulācijas un inline plūsmas kameru konfigurācijas nodrošina, ka šķidrums vienmērīgi nonāk kavitācijas zonā, tādējādi garantējot reproducējamus rezultātus un šauru, viendabīgu daļiņu izmēru sadalījumu.
Šāds kontroles līmenis ir nozīmīgs pigmentu, tintes, pārklājumu, keramikas, metālu oksīdu, minerālu, katalizatoru, farmaceitisko preparātu un citu modernu materiālu ražošanā, kur pārāk lielas daļiņas vai plašs izmēru sadalījums var negatīvi ietekmēt kvalitāti. Laboratorijā noteiktos procesa parametrus var pārnest uz eksperimentālo un rūpniecisko ražošanu, nodrošinot sistemātisku attīstību un ražošanas mēroga palielināšanu.
Apstrāde ar augstu cietvielu saturu bez malšanas līdzekļiem
Tā kā daļiņu sasmalcināšanu nodrošina kavitācija un pašu daļiņu savstarpējās sadursmes, nav nepieciešamas ne lodītes, ne pērles, ne malšanas lodītes. Malšanas līdzekļu izslēgšana novērš potenciālu piesārņojuma avotu un atbrīvo no nepieciešamības iegādāties, tīrīt, nomainīt un atdalīt šos līdzekļus no gatavās suspensijas. Vienkāršā mitrā ģeometrija arī atvieglo tīrīšanu un produkta maiņu.
Hielscher ultraskaņas iekārtas spēj apstrādāt ļoti koncentrētas un viskozas suspensijas. Augsta cietvielu koncentrācija nozīmē, ka ir jāapstrādā mazāk šķidruma un daudzos gadījumos ir nepieciešama mazāka koncentrēšana vai žāvēšana turpmākajos procesa posmos. Tas var arī pastiprināt daļiņu savstarpējās berzes efektu, palielinot daļiņu sadursmju biežumu. Šī kombinācija padara ultraskaņas malšanu īpaši pievilcīgu koncentrētiem masterbatchiem un ražošanas mēroga suspensijām.
Mikroskopa attēli, kuros redzama eļļas bāzes magentas pigmentu ultraskaņas malšanas gaita
Piemēri: Nanodaļiņu slapjā malšana, izmantojot jaudīgu ultraskaņu
Ultraskaņas malšana ir īpaši piemērota mikronu un nanoizmēra materiālu apstrādei, piemēram, keramikas, alumīnija oksīda trihidrāta, bārija sulfāta, kalcija karbonāta un metālu oksīdu apstrādei. Zemāk esošajās tabulās redzami mikroskopiskie attēli, kas parāda alumīnija oksīda trihidrāta (no 150 mikroniem līdz 10 mikroniem), keramikas (no 30 mikroniem līdz 2 mikroniem) un nātrija karbonāta (no 70 mikroniem līdz 3 mikroniem) malšanas procesu. Šajā lapā redzamie mikroskopiskie attēli parāda ultraskaņas malšanas gaitu, izmantojot zobu keramikas, magentas pigmentu, nātrija karbonāta un hidratētā alumīnija oksīda piemērus.
Mikroskopa attēli, kuros redzams nātrija karbonāta (Na₂CO₃) ultraskaņas malšanas process izopropanolā.
Ultraskaņas krīta krāsa uz slīpmetra demonstrē perfekti vienmērīgu pigmentu deagglomerāciju un daļiņu izmēru sadalījumu
Ultraskaņas dispersija nodrošina efektīvu daļiņu izmēra samazināšanu un vienmērīgu oglekļa melno pigmentu sadalījumu UV tintē.
Lielāks ražīgums katrā apstrādes posmā
Ultraskaņas enerģija tiek pievadīta tieši uzslāņojumam, kur notiek daļiņu izmēra samazināšana. Ātrās kavitācijas spēki var saīsināt malšanas ciklus, savukārt elektriskās enerģijas efektīva pārvēršana mehāniskā kustībā var samazināt enerģijas patēriņu salīdzinājumā ar tradicionālajām malšanas iekārtām. Nepārtraukta līnijas apstrāde vēl vairāk veicina augstu caurlaidspēju, stabilu kvalitāti un integrāciju esošajās ražošanas līnijās.
Ražotājiem, kas vēlas iegūt mazākas daļiņas, precīzāku daļiņu izmēru sadalījumu, tīrāku apstrādi un efektīvu ražošanas apjoma palielināšanu, Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas pārvērš mitro malšanu par precīzi izstrādātu procesu – no laboratorijas izmēģinājumiem līdz nepārtrauktai rūpnieciskai ražošanai.
Nepārtraukta darbība, lai nodrošinātu augstu caurlaidspēju
Ultraskaņas homogenizatori ir ļoti viegli uzstādāmi un ekspluatējami. Ar malamo materiālu saskaras tikai divas detaļas: titāna sonotrods un nerūsējošā tērauda plūsmas kamera. Pateicoties ultraskaņas plūsmas kameras vienkāršajai konstrukcijai, iekārtas var ātri iztīrīt. Tā kā Hielscher ultraskaņas ierīcēm ir ļoti augsta efektivitāte elektriskās enerģijas pārvēršanā mehāniskajā enerģijā, ultraskaņas malšanai parasti ir nepieciešams mazāk enerģijas nekā tradicionālajām malšanas iekārtām.
Rūpnieciskais ultraskaņas iekārta UIP6000hdT (6 kW) vienlaicīgai pigmentu disperģēšanai un mikrobiālajai sterilizācijai ūdens bāzes krāsu un pārklājumu formulācijās [/caption]Daļiņu sasmalcināšanas efekts balstās uz intensīvu ultraskaņas kavitāciju. Veicot šķidrumu ultraskaņošanu ar augstu intensitāti, skaņas viļņi, kas izplatās šķidrumā, rada pārmaiņus augsta spiediena (saspiešanas) un zema spiediena (retināšanas) ciklus, kuru ātrums ir atkarīgs no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi šķidrumā rada mazus vakuuma burbuļus vai tukšumus. Kad burbuļi sasniedz tādu tilpumu, kurā tie vairs nevar uzņemt enerģiju, tie strauji sabrūk augsta spiediena cikla laikā. Šo parādību sauc par kavitāciju.
Kavitācijas burbuļu implosija izraisa mikroturbulences un mikrostrūklas līdz 1000km / h. Lielas daļiņas ir pakļautas virsmas erozijai (ar kavitācijas sabrukumu apkārtējā šķidrumā) vai daļiņu izmēra samazināšanu (skaldīšanas dēļ, saduroties starp daļiņām vai sabrūkot kavitācijas burbuļiem, kas veidojas uz virsmas). Tas noved pie strauja difūzijas, masas pārneses procesu un cietās fāzes reakciju paātrinājuma kristalīta izmēra un struktūras maiņas dēļ.
Laboratorijas un ražošanas līmenim ir pieejami ultraskaņas procesori un plūsmas kameras pulveru disperģēšanai un mitrajai malšanai. Rūpnieciskās sistēmas var viegli pārbūvēt darbam iekļautā procesā. Šī procesa izpētei un testēšanai, kā arī daudziem sonokīmiskajiem procesiem mēs iesakām mūsu laboratorijas iekārtas vai UIP1000hd.
Nanodiamonds var būt efektīvs un droši izkliedēts, izmantojot Hielscher ultrasonikatorus.
Bieži uzdotie jautājumi par ultraskaņas slapjo malšanu
Kas ir ultraskaņas slapjā malšana?
Ultraskaņas mitrā malšana ir daļiņu izmēra samazināšanas process, kurā uz šķidru suspensiju tiek iedarbināts lieljaudas ultraskaņas viļņi. Akustiskā kavitācija rada intensīvas šķēres spēkus, triecienviļņus un sadursmes starp daļiņām, kas sadala aglomerātus un samazina cieto daļiņu izmēru līdz mikronu vai nanometru līmenim.
Kā zondes tipa ultraskaņas iekārta samazina daļiņu izmēru?
Ultraskaņas zonde, jeb sonotrods, pārvada augstas intensitātes ultraskaņu tieši uz šķidruma maisījumu. Veidojas un sabrūk kavitācijas burbuļi, radot ātrgaitas šķidruma strūklas, kas paātrina daļiņu sadursmes. Šīs sadursmes izraisa daļiņu sadalīšanos, virsmas eroziju un efektīvu aglomerātu sadalīšanu.
Vai, izmantojot ultraskaņas slapjo malšanu, var iegūt nanodaļiņas?
Jā. Hielscher zondes tipa ultraskaņas iekārtas var izmantot kontrolētai mikronizācijai un nanoizmēru iegūšanai. Sasniedzamais daļiņu izmērs ir atkarīgs no materiāla, sākotnējā daļiņu izmēra, suspensijas sastāva, cieto vielu koncentrācijas, apstrādes intensitātes, temperatūras, spiediena un ultraskaņas apstrādes laika.
Kādus materiālus var apstrādāt ar ultraskaņas frēzēšanu?
Ultraskaņas mitrā malšana ir piemērota pigmentiem, tintēm, keramikai, metālu oksīdiem, minerāliem, cementam, katalizatoriem, akumulatoru materiāliem, farmaceitiskajiem preparātiem, kosmētikai un moderniem nanomateriāliem. Ar tās palīdzību var apstrādāt daļiņas, kas atrodas ūdenī, šķīdinātājos, eļļās, sveķos un citās saderīgās šķidrās vidēs.
Vai ultraskaņas malšanai ir nepieciešamas malšanas lodītes vai bumbiņas?
Nē. Daļiņu izmēra samazināšanai ar ultraskaņu nav nepieciešami tradicionālie malšanas materiāli. Malšanas efektu nodrošina kavitācijas izraisītas daļiņu sadursmes. Atbrīvojoties no lodītēm un bumbiņām, samazinās ar malšanas materiāliem saistītais piesārņojuma risks un vairs nav nepieciešams veikt malšanas materiālu atdalīšanu, tīrīšanu, nomaiņu un iznīcināšanu.
Vai Hielscher ultraskaņas iekārtas spēj apstrādāt šķidrumus ar augstu cietvielu saturu?
Jā. Hielscher ultraskaņas procesori spēj apstrādāt ļoti koncentrētas un viskozas suspensijas. Liels cieto vielu saturs samazina apstrādājamā šķidruma tilpumu un var pastiprināt sadursmes starp daļiņām, tādējādi padarot ultraskaņas malšanu par pievilcīgu risinājumu koncentrētu šķidrumu un masterbatch ražošanai.
Vai ultraskaņas malšana nodrošina šauru daļiņu izmēru sadalījumu?
Vienmērīga iedarbība ultraskaņas kavitācijas zonā nodrošina šauru un viendabīgu daļiņu izmēru sadalījumu. Recirkulācija un nepārtraukta iekārtas iekšējā apstrāde palīdz nodrošināt vienmērīgu visa šķidruma apstrādi, vienlaikus samazinot pārāk lielu vai nepietiekami apstrādātu daļiņu skaitu.
Kādus ultraskaņas frēzēšanas parametrus var regulēt?
Svarīgākie parametri ir ultraskaņas amplitūda, enerģijas patēriņš, spiediens, temperatūra, plūsmas ātrums, uzturēšanās laiks un cieto vielu koncentrācija. Precīza kontrole ļauj pielāgot procesu, lai panāktu maigu deaglomerāciju, intensīvu smalku malšanu vai reproducējamu nanodispersiju.
Vai ultraskaņas slapjā malšana ir energoefektīva?
Ultraskaņas enerģija tiek novadīta tieši uz suspensiju, kur notiek daļiņu izmēra samazināšana. Ātrdarbīgi kavitācijas spēki var saīsināt apstrādes ciklus un samazināt enerģijas patēriņu salīdzinājumā ar dažām tradicionālām malšanas metodēm. Faktiskais enerģijas patēriņš ir atkarīgs no materiāla, vēlamā daļiņu izmēra, caurlaidspējas un procesa konfigurācijas.
Vai ultraskaņas malšanu var veikt nepārtraukti?
Jā. Hielscher ultraskaņas iekārtas var integrēt ar plūsmas kameru reaktoriem, lai nodrošinātu nepārtrauktu mitro malšanu tiešsaistē. Tiešsaistes apstrāde nodrošina kontrolētu uzturēšanās laiku, nemainīgu produkta kvalitāti, augstu caurlaidspēju un vienkāršu integrāciju esošajās rūpnieciskajās ražošanas līnijās.
Vai ultraskaņas malšanas procesu var īstenot lielākā mērogā?
Ultraskaņas malšanu var izstrādāt, izmantojot laboratorijas ultraskaņas iekārtu, un pārnest uz eksperimentālām vai rūpnieciskām iekārtām, izmantojot noteiktus procesa parametrus un konkrētu enerģijas patēriņu. Hielscher piedāvā zondes tipa ultraskaņas iekārtas neliela mēroga testēšanai, procesa izstrādei un nepārtrauktai komerciālai ražošanai.
Kā izvēlēties piemērotu Hielscher ultraskaņas iekārtu?
Sonicatora izvēle ir atkarīga no materiāla, suspensijas tilpuma, cieto vielu satura, viskozitātes, sākotnējā daļiņu izmēra, nepieciešamā gala izmēra un vēlamās caurlaidspējas. Malšanas izmēģinājums var palīdzēt noteikt optimālo amplitūdu, nepieciešamo enerģiju, zondes ģeometriju, kā arī partijas vai līnijas konfigurāciju.
Uzziniet vairāk par Hielscher procesa laboratoriju, kurā varat veikt realizējamības pārbaudes un procesa optimizāciju.
Literatūra / Atsauces
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment ; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Bhagawat, L.I., Patil, V.S., Kale, B.B., Sonawane, S.H., Bhanvase, B.A., Pinjari, D.V. and Ashokkumar, M. (2016): Sonoprocessing of LiFePO4 nanoparticles and nanocomposites for cathode material in lithium ion batteries. Polymer Composites 37, 2026. 1874-1880.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
UIP1000hd
Mikroskopa attēli, kuros redzama zobu keramikas ultraskaņas malšanas gaita