Ultrasoon natmalen: fijne deeltjes, nauwkeurig ontwikkeld
Hielscher sonicatoren zijn efficiënte maalapparaten voor zeer efficiënte deeltjesverkleining, nanodispersie en emulgering door gecontroleerde ultrasone cavitatie met hoge intensiteit. Deze systemen zijn ontworpen voor zowel onderzoek als gebruik op industriële schaal en breken op betrouwbare wijze agglomeraten af, verfijnen poeders en creëren homogene suspensies voor farmaceutische producten, cosmetica, nanomaterialen en speciale chemicaliën.
Van grof poeder tot uniforme micro- en nanodeeltjes
Hielscher sonicatoren met sonde bieden krachtig, nauwkeurig regelbaar natmalen en fijnmalen – zonder parels, kogels of andere maalmedia. Produceer homogene slurries met een hoog gehalte aan vaste stoffen en smalle deeltjesgrootteverdelingen, terwijl u de verwerkingstijd verkort en de energiebehoefte verlaagt.
Dankzij nauwkeurige amplituderegeling en geavanceerde akoestische golfvoortplanting bereiken de sonicatoren uniforme resultaten met minimale thermische invloed. Daarbij blijven gevoelige verbindingen behouden en worden de verwerkingscapaciteit en reproduceerbaarheid gemaximaliseerd. Ontdek hoe ultrasoon malen uw formuleringsproces kan stroomlijnen en de productprestaties kan verbeteren.
Voor wie is ultrasoon natmalen geschikt?
- Fabrikanten die gecontroleerde deeltjesverkleining tot micrometer- of nanometergrootte nodig hebben
- Producenten van pigmenten, inkten, verven en coatings met hoge prestaties
- Verwerkers van keramiek, mineralen, cement en metaaloxiden
- Ontwikkelaars van farmaceutische en cosmetische formuleringen die fijne suspensies ontwikkelen
- Fabrikanten van batterijen, katalysatoren en geavanceerde materialen
- Bedrijven die sterk geconcentreerde of viskeuze slurries verwerken
- Laboratoria die schaalbare processen voor deeltjesverkleining ontwikkelen
- Fabrikanten die een smalle, uniforme deeltjesgrootteverdeling nastreven
- Bedrijven die verontreiniging door maalparels of maalkogels willen voorkomen
- Producenten die de maaltijd, het energieverbruik en de reinigingsbehoefte willen verminderen
Vertel ons over uw materiaal, het gehalte aan vaste stoffen en uw gewenste deeltjesgrootte. Ons team van sonicatie-experts zal u een sonicatieopstelling aanbevelen voor het beter malen van deeltjes.
Industriële sonicator UIP16000hdT van 16.000 watt voor het natmalen van pigmenten en nanodeeltjes
Gecontroleerde deeltjesverkleining met ultrageluid met hoog vermogen
Het verkleinen van deeltjes tot het micrometer- of nanometerbereik kan een formulering transformeren. Fijnere deeltjes kunnen de reactiviteit, stabiliteit, het oppervlak, de optische eigenschappen en de prestaties van het eindproduct verbeteren. Conventionele kogelmolens, parelmolens en molens met maalmedia kunnen echter slijtagedeeltjes introduceren, een arbeidsintensieve scheiding van maalmedia vereisen en moeite hebben om bij hoge concentraties vaste stoffen een consistente behandeling te bieden. Ultrasoon natmalen biedt een schoon, regelbaar alternatief.
Hielscher sonicatoren met sonde brengen ultrageluid met hoge intensiteit rechtstreeks over in een vloeistof of slurry. De afwisselende drukgolven veroorzaken akoestische cavitatie: microscopische bellen ontstaan en storten met extreme intensiteit in, waarbij vloeistofstralen met hoge snelheid, schokgolven en krachtige afschuifkrachten worden opgewekt. Deze krachten versnellen gesuspendeerde deeltjes, waardoor ze tegen elkaar botsen. De resulterende botsingen tussen deeltjes, fragmentatie en oppervlakte-erosie verkleinen agglomeraten – en, onder voldoende intense omstandigheden, primaire deeltjes – tot micro- en nanogrootte.
Ultrasoon gemalen aluminiumoxidetrihydraat
AL(OH)3 werd geleverd door Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, VS. AL(OH)3 staat ook bekend als aluminiumtrihydroxide ATH Series, Bayer-gehydrateerd aluminiumoxide, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hydrargilliet of gibbsiet. Het heeft een hardheid van 2,5 tot 3,5 op de schaal van Mohs.
Ultrasone doorstroomreactoren voor industriële inlineproductie van slurries met nanodeeltjes.
Nauwkeurige, herhaalbare en uniforme deeltjesgrootteverdeling
Ultrasoon malen is in hoge mate instelbaar. Operators kunnen de amplitude, energietoevoer, druk, temperatuur, verblijftijd en het debiet regelen om deze af te stemmen op het materiaal en de gewenste deeltjesgrootte. Dit maakt het proces geschikt voor alles van milde deagglomeratie tot intensief fijnmalen. Recirculatie en inlineconfiguraties met doorstroomcellen stellen de slurry gelijkmatig bloot aan de cavitatiezone en ondersteunen zo reproduceerbare resultaten en een smalle, homogene deeltjesgrootteverdeling.
Deze mate van controle is waardevol voor pigmenten, inkten, coatings, keramiek, metaaloxiden, mineralen, katalysatoren, farmaceutische producten en andere geavanceerde materialen waarbij te grote deeltjes of een brede verdeling de kwaliteit kunnen aantasten. Procesparameters die in het laboratorium zijn vastgesteld, kunnen worden overgedragen naar proefproductie en industriële productie, waardoor systematische ontwikkeling en opschaling mogelijk worden.
Verwerking van hoge gehaltes aan vaste stoffen zonder maalmedia
Omdat deeltjesverkleining wordt aangedreven door cavitatie en botsingen tussen de deeltjes zelf, zijn er geen parels, korrels of maalkogels nodig. Het elimineren van maalmedia voorkomt een potentiële bron van verontreiniging en maakt het overbodig om maalmedia aan te schaffen, te reinigen, te vervangen en van de afgewerkte slurry te scheiden. De eenvoudige geometrie van de met vloeistof in contact komende onderdelen vergemakkelijkt ook de reiniging en de omschakeling naar een ander product.
Hielscher sonicatoren kunnen sterk geconcentreerde en viskeuze slurries verwerken. Een hoog gehalte aan vaste stoffen betekent dat er minder vloeistof moet worden verwerkt en dat er in veel gevallen minder concentratie of droging achteraf nodig is. Het kan ook het maaleffect tussen deeltjes versterken door de frequentie van deeltjesbotsingen te verhogen. Deze combinatie maakt ultrasoon malen bijzonder aantrekkelijk voor geconcentreerde masterbatches en suspensies op productieschaal.
Microscoopbeelden die de voortgang van het ultrasoon malen van magenta pigmenten op oliebasis tonen
Voorbeelden: natmalen van nanodeeltjes met ultrageluid met hoog vermogen
Ultrasoon malen is bijzonder geschikt voor het verwerken van materialen met deeltjes op micrometer- en nanometerschaal, zoals keramiek, aluminiumoxidetrihydraat, bariumsulfaat, calciumcarbonaat en metaaloxiden. De onderstaande tabellen tonen microscopische beelden van het malen van aluminiumoxidetrihydraat (van 150 micrometer tot 10 micrometer), keramiek (van 30 micrometer tot 2 micrometer) en natriumcarbonaat (van 70 micrometer tot 3 micrometer). De microscopische beelden op deze pagina laten u de voortgang van ultrasoon malen zien aan de hand van tandheelkundige keramiek, magenta pigmenten, natriumcarbonaat en gehydrateerd aluminiumoxide.
Microscoopbeelden die de voortgang van het ultrasoon malen van natriumcarbonaat (Na2CO3) in isopropanol tonen.
Met sonicatie behandelde krijtverf op de grindometer toont de perfect uniforme deagglomeratie en deeltjesgrootteverdeling van de pigmenten
Ultrasone dispersie zorgt voor een effectieve deeltjesverkleining en uniforme verdeling van roetpigmenten in UV-inkt.
Meer opbrengst uit elke verwerkingsstap
Ultrasone energie wordt rechtstreeks toegevoerd aan de slurry, waar de deeltjesverkleining plaatsvindt. Snelle cavitatiekrachten kunnen maalcycli verkorten, terwijl de efficiënte omzetting van elektrische energie in mechanische beweging de energiebehoefte kan verminderen ten opzichte van conventionele maalapparatuur. Continue inlineverwerking ondersteunt bovendien een hoge verwerkingscapaciteit, consistente kwaliteit en integratie in bestaande productielijnen.
Voor fabrikanten die kleinere deeltjes, smallere verdelingen, schonere verwerking en efficiënte opschaling nastreven, maken Hielscher sonicatoren met sonde van natmalen een nauwkeurig ontworpen proces – van laboratoriumproeven tot continue industriële productie.
Continubedrijf voor een hoge verwerkingscapaciteit
Ultrasone homogenisatoren zijn zeer eenvoudig te installeren en te bedienen. Slechts twee onderdelen komen in contact met het te malen materiaal: de titanium sonotrode en de roestvrijstalen doorstroomcel. Dankzij het eenvoudige ontwerp van de ultrasone doorstroomcel kunnen de apparaten snel worden gereinigd. Omdat ultrasone apparaten van Hielscher een zeer hoog rendement hebben bij de omzetting van elektrische in mechanische energie, is voor ultrasoon malen doorgaans minder vermogen nodig dan voor conventionele maalapparatuur.
Industriële sonicator UIP6000hdT (6kW) voor gelijktijdige pigmentdispersie en microbiële sterilisatie van watergedragen verf- en coatingformuleringen [/caption]Het maaleffect op de deeltjes berust op intense ultrasone cavitatie. Bij sonicatie van vloeistoffen met hoge intensiteit veroorzaken de geluidsgolven die zich in de vloeibare media voortplanten afwisselende hogedrukcycli (compressie) en lagedrukcycli (verdunning), waarvan het tempo afhangt van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus creëren ultrasone golven met hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen, storten ze tijdens een hogedrukcyclus heftig in. Dit verschijnsel wordt cavitatie genoemd.
De implosie van de cavitatiebellen leidt tot microturbulenties en microstralen met snelheden tot 1000km/hr. Grote deeltjes ondergaan oppervlakte-erosie (door het instorten van cavitatiebellen in de omringende vloeistof) of deeltjesverkleining (door splijting als gevolg van botsingen tussen deeltjes of het instorten van cavitatiebellen die zich op het oppervlak hebben gevormd). Dit leidt tot een sterke versnelling van diffusie, stofoverdrachtsprocessen en reacties in de vaste fase doordat de kristallietgrootte en -structuur veranderen.
Ultrasone processoren en doorstroomcellen voor het dispergeren en natmalen van poeders zijn beschikbaar voor gebruik op laboratorium- en productieschaal. De industriële systemen kunnen eenvoudig worden aangepast voor inlinegebruik. Voor onderzoek en het testen van dit proces, evenals voor veel sonochemische processen, bevelen wij onze laboratoriumapparaten of de UIP1000hd aan.
Nanodiamanten kunnen efficiënt en betrouwbaar worden gedispergeerd met ultrasone apparaten van Hielscher.
Veelgestelde vragen over ultrasoon natmalen
Wat is ultrasoon natmalen?
Ultrasoon natmalen is een proces voor deeltjesverkleining waarbij ultrageluid met hoog vermogen op een vloeibare slurry wordt toegepast. Akoestische cavitatie genereert intense afschuifkrachten, schokgolven en botsingen tussen deeltjes die agglomeraten afbreken en vaste deeltjes verkleinen tot afmetingen op micrometer- of nanometerschaal.
Hoe verkleint een sonicator met sonde de deeltjesgrootte?
De ultrasone sonde, of sonotrode, brengt ultrageluid met hoge intensiteit rechtstreeks over in de slurry. Cavitatiebellen ontstaan en storten in, waardoor vloeistofstralen met hoge snelheid worden opgewekt die deeltjes versnellen en tegen elkaar laten botsen. Deze botsingen veroorzaken deeltjesfragmentatie, oppervlakte-erosie en effectieve deagglomeratie.
Kan ultrasoon natmalen nanodeeltjes produceren?
Ja. Hielscher sonicatoren met sonde kunnen worden gebruikt voor gecontroleerde micronisering en verkleining tot nanogrootte. De haalbare deeltjesgrootte hangt af van het materiaal, de oorspronkelijke deeltjesgrootte, de slurryformulering, de concentratie vaste stoffen, de verwerkingsintensiteit, de temperatuur, de druk en de sonicatietijd.
Welke materialen kunnen met ultrasoon malen worden verwerkt?
Ultrasoon natmalen is geschikt voor pigmenten, inkten, keramiek, metaaloxiden, mineralen, cement, katalysatoren, batterijmaterialen, farmaceutische producten, cosmetica en geavanceerde nanomaterialen. Het kan deeltjes verwerken die gesuspendeerd zijn in water, oplosmiddelen, oliën, harsen en andere compatibele vloeibare media.
Zijn voor ultrasoon malen maalparels of maalkogels nodig?
Nee. Voor ultrasone deeltjesverkleining zijn geen conventionele maalmedia nodig. Door cavitatie aangedreven deeltjesbotsingen zorgen voor het maaleffect. Het elimineren van parels en kogels vermindert het risico op verontreiniging door maalmedia en maakt het scheiden, reinigen, vervangen en afvoeren van maalmedia overbodig.
Kunnen Hielscher sonicatoren slurries met een hoog gehalte aan vaste stoffen verwerken?
Ja. Ultrasone processoren van Hielscher kunnen sterk geconcentreerde en viskeuze suspensies verwerken. Een hoog gehalte aan vaste stoffen vermindert het volume vloeistof dat moet worden verwerkt en kan botsingen tussen deeltjes intensiveren, waardoor ultrasoon malen aantrekkelijk wordt voor geconcentreerde slurries en masterbatchproductie.
Levert ultrasoon malen een smalle deeltjesgrootteverdeling op?
Gelijkmatige blootstelling aan de ultrasone cavitatiezone ondersteunt een smalle en homogene deeltjesgrootteverdeling. Recirculatie en continue inlineverwerking helpen een consistente behandeling van de volledige slurry te waarborgen en verminderen tegelijkertijd het aantal te grote of onvoldoende verwerkte deeltjes.
Welke parameters van ultrasoon malen kunnen worden geregeld?
Belangrijke parameters zijn onder meer de ultrasone amplitude, energietoevoer, druk, temperatuur, het debiet, de verblijftijd en de concentratie vaste stoffen. Nauwkeurige regeling maakt het mogelijk het proces aan te passen voor milde deagglomeratie, intensief fijnmalen of reproduceerbare nanodispersie.
Is ultrasoon natmalen energie-efficiënt?
Ultrasone energie wordt rechtstreeks overgedragen aan de slurry, waar de deeltjesverkleining plaatsvindt. Snelle cavitatiekrachten kunnen verwerkingscycli verkorten en de energiebehoefte verminderen ten opzichte van sommige conventionele maalmethoden. Het werkelijke energieverbruik hangt af van het materiaal, de gewenste deeltjesgrootte, de verwerkingscapaciteit en de procesconfiguratie.
Kan ultrasoon malen continu worden uitgevoerd?
Ja. Hielscher sonicatoren kunnen worden geïntegreerd met doorstroomcelreactoren voor continu inline-natmalen. Inlineverwerking maakt een gecontroleerde verblijftijd, consistente productkwaliteit, hoge verwerkingscapaciteit en eenvoudige integratie in bestaande industriële productielijnen mogelijk.
Kan een ultrasoon maalproces worden opgeschaald?
Ultrasoon malen kan worden ontwikkeld met een laboratoriumsonicator en met behulp van vastgelegde procesparameters en specifieke energietoevoer worden overgedragen naar proefinstallaties of industriële apparatuur. Hielscher biedt sonicatoren met sonde voor kleinschalige tests, procesontwikkeling en continue commerciële productie.
Hoe selecteer ik de juiste Hielscher sonicator?
De keuze van een sonicator hangt af van het materiaal, het slurryvolume, het gehalte aan vaste stoffen, de viscositeit, de oorspronkelijke deeltjesgrootte, de vereiste eindgrootte en de gewenste verwerkingscapaciteit. Een maalproef kan helpen de optimale amplitude, energiebehoefte, sondegeometrie en batch- of inlineconfiguratie te bepalen.
Lees meer over het proceslaboratorium van Hielscher voor uw haalbaarheidstests en procesoptimalisatie.
Literatuur / Referenties
- 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
Microscoopbeelden die de voortgang van het ultrasoon malen van tandheelkundige keramiek tonen