Ultrasoon nat malen en microvermalen

De sonicators van Hielscher zijn efficiënte maalapparaten voor uiterst effectieve deeltjesverkleining, nanodispersie en emulgering door middel van gecontroleerde, zeer intensieve ultrasone cavitatie. Dit systeem, dat is ontworpen voor zowel onderzoek als industriële toepassing, breekt op betrouwbare wijze agglomeraten af, verfijnt poeders en creëert homogene suspensies voor farmaceutische producten, cosmetica, nanomaterialen en speciale chemicaliën. Door gebruik te maken van nauwkeurige amplituderegeling en geavanceerde voortplanting van akoestische golven, bereikt de molen uniforme resultaten met minimale thermische impact, waardoor gevoelige verbindingen behouden blijven en tegelijkertijd de doorvoer en reproduceerbaarheid worden gemaximaliseerd. Ontdek hoe ultrasoon malen uw formuleringsworkflow kan stroomlijnen en de productprestaties kan verbeteren.
Ultrasone behandeling is een efficiënte methode voor het natmalen en microvermalen van deeltjes. Naast het dispergeren en het breken van agglomeraten is natmalen een belangrijke toepassing van de ultrasone apparaten van Hielscher.

Natmalen van nanodeeltjes met krachtige ultrasone golven

Met name bij de productie van slurries met een zeer fijne deeltjesgrootte biedt ultrasone bewerking talrijke voordelen ten opzichte van gangbare apparatuur voor deeltjesverkleining, zoals: colloïdmolen (bijv. kogelmolens, kralenmolens), schijfmolens, straalmolens, rotor-stator-mengers (Ultra Turrax) of hogedrukhomogenisatoren. Door middel van ultrasone verwerking kunnen slurries met een hoge concentratie en hoge viscositeit worden verwerkt, waardoor het te verwerken volume wordt verminderd. Ultrasoon malen is bijzonder geschikt voor het verwerken van materialen op micron- en nanoniveau, zoals keramiek, aluminiumtrihydraat, bariumsulfaat, calciumcarbonaat en metaaloxiden. De onderstaande tabellen tonen microscopische beelden van het malen van aluminiumtrihydraat (van 150 micron tot 10 micron), keramiek (van 30 micron tot 2 micron) en natriumcarbonaat (van 70 micron tot 3 micron).

Met ultrasone vermaling verkregen aluminiumtrihydraat
AL(OH)₃ werd geleverd door Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, VS. AL(OH)₃ is ook bekend onder de namen aluminiumtrihydroxide ATH-serie, Bayer gehydrateerd aluminiumoxide, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hydragylliet of gibbsiet. Het heeft een hardheid volgens de schaal van Mohs’ hardheid van 2,5 tot 3,5.

Microscoopbeelden die het verloop van het ultrasoon malen van magenta-pigmenten op oliebasis weergeven

Microscoopbeelden die het verloop laten zien van het ultrasoon malen van natriumcarbonaat (Na₂CO₃) in isopropanol.

Ultrasone apparaten zijn zeer eenvoudig te installeren en te bedienen. Er zijn slechts twee onderdelen die in contact komen met het te frezen materiaal: de titanium sonotrode en de roestvrijstalen stromingscel. Door het eenvoudige ontwerp van de ultrasone flowcel kunnen de apparaten snel worden gereinigd. Omdat Hielscher ultrasone apparaten een zeer hoog rendement hebben bij het omzetten van elektrische in mechanische energie, is er over het algemeen minder vermogen nodig voor het ultrasone frezen dan voor conventionele freesapparatuur.

Het deeltjesvermalingseffect is gebaseerd op intense ultrasone cavitatie. Bij het ultrasoon behandelen van vloeistoffen met hoge intensiteit zorgen de geluidsgolven die zich in het vloeibare medium voortplanten voor afwisselende cycli van hoge druk (compressie) en lage druk (verdunning), waarbij de frequentie van deze cycli afhankelijk is van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus creëren ultrageluidsgolven 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 met grote kracht in. Dit verschijnsel wordt cavitatie genoemd.
De implosie van de cavitatiebellen resulteert in microturbulenties en microjets tot 1000 km/u. Grote deeltjes zijn onderhevig aan oppervlakte-erosie (via cavitatie-instorting in de omringende vloeistof) of deeltjesgroottevermindering (als gevolg van splijting door botsing tussen deeltjes of het instorten van cavitatiebellen gevormd aan het oppervlak). Dit leidt tot een sterke versnelling van diffusie, massatransferprocessen en vaste-fasereacties doordat de kristallietgrootte en structuur veranderen.

Er zijn ultrasone verwerkers en doorstroomcellen voor het dispergeren en het natmalen van poeders verkrijgbaar voor zowel laboratorium- als productietoepassingen. De industriële systemen kunnen eenvoudig worden aangepast voor inline-gebruik. Voor onderzoek en het testen van dit proces, evenals voor talrijke sonochemische processen, raden wij onze laboratoriumapparaten of de UIP1000hd aan.