Dispersarea și dezaglomerarea solidelor în lichide este o aplicație importantă a ultrasunetelor de putere și a sonicatorilor de tip sondă. Cavitația cu ultrasunete generează o forfecare extraordinar de mare care rupe aglomeratele de particule în particule dispersate unice. Datorită forțelor sale de forfecare ridicate concentrate local, sonicare este ideal pentru a produce mircon- și nano-dispersii dimensionate pentru experimentare, cercetare și dezvoltare, și, desigur, pentru producția industrială.

Amestecarea pulberilor în lichide este un pas comun în formularea diferitelor produse, cum ar fi vopseaua, cerneala, cosmeticele, băuturile, hidrogelurile sau mediile de lustruire. Particulele individuale sunt ținute împreună de forțe de atracție de diferite naturi fizice și chimice, inclusiv forțele van der Waals și tensiunea superficială lichidă. Acest efect este mai puternic pentru lichidele cu vâscozitate mai mare, cum ar fi polimerii sau rășinile. Forțele de atracție trebuie depășite pentru a deaglomera și dispersa particulele în medii lichide. Citiți mai jos de ce omogenizatoare cu ultrasunete sunt echipamente superioare de dispersie pentru dispersia particulelor submicron- și nano-sized în laborator și industrie.

Dispersarea cu ultrasunete a solidelor în lichide

Principiul de lucru al omogenizatoarelor cu ultrasunete se bazează pe fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică este cunoscută pentru a crea forțe fizice intense, inclusiv forțe de forfecare foarte puternice. Aplicarea stresului mecanic rupe aglomeratele particulelor. De asemenea, lichidul este presat între particule.
În timp ce pentru dispersarea pulberilor în lichide, diverse tehnologii, cum ar fi omogenizatoare de înaltă presiune, mori de talon agitator, mori cu jet de impinging și rotor-stator-mixer sunt disponibile în comerț. Cu toate acestea dispersoare cu ultrasunete au avantaje semnificative. Citiți mai jos cum funcționează dispersia cu ultrasunete și care sunt avantajele dispersiei cu ultrasunete.

 

 

Principiul de lucru al cavitație cu ultrasunete și dispersie

În timpul sonicare, undele sonore de înaltă frecvență creează zone alternative de compresie și rarefiere în mediul lichid. Pe măsură ce undele sonore trec prin mediu, ele creează bule care se extind rapid și apoi se prăbușesc violent. Acest proces se numește cavitație acustică. Colapsul bulelor generează unde de șoc de înaltă presiune, microjete și forțe de forfecare care pot descompune particule mai mari și se aglomerează în particule mai mici. În procesele de dispersie cu ultrasunete, particulele în sine în funcția de dispersie ca mediu de frezare. Accelerată de forțele de forfecare ale cavitației cu ultrasunete, particulele se ciocnesc între ele și se sparg în fragmente mici. Deoarece nu margele sau perle sunt adăugate la dispersia tratate cu ultrasunete, separarea consumatoare de timp și de muncă intensă și curățarea mediilor de frezare, precum și contaminarea sunt complet evitate.
Acest lucru face sonicare atât de eficient în dispersarea și deaglomerarea particulelor, chiar și cele care sunt dificil de a rupe în jos cu alte metode. Acest lucru duce la o distribuție mai uniformă a particulelor, ceea ce duce la îmbunătățirea calității și performanței produselor.
În plus, Sonicare poate manipula cu ușurință, dispersa și sintetiza nanomateriale, cum ar fi nanosfere, nanocristale, nanosheets, nanofibre, nanofire, particule de core-shell și alte structuri complexe.
În plus, sonicare poate fi efectuată într-un interval de timp relativ scurt, care este un avantaj major față de alte tehnici de dispersie.

Avantajele dispersoarelor cu ultrasunete față de tehnologiile alternative de amestecare

Dispersoare cu ultrasunete oferă mai multe avantaje față de tehnologii alternative de amestecare, cum ar fi omogenizatoare de înaltă presiune, șirag de mărgele de frezat sau rotor-stator de amestecare. Unele dintre cele mai proeminente avantaje includ:

• Reducerea îmbunătățită a dimensiunii particulelor: Dispersoarele cu ultrasunete pot reduce în mod eficient dimensiunile particulelor la gama de nanometri, ceea ce nu este posibil cu multe alte tehnologii de amestecare. Acest lucru le face ideale pentru aplicații în care o dimensiune fină a particulelor este critică.
• Amestecare mai rapidă: Dispersoarele cu ultrasunete pot amesteca și dispersa materialele mai repede decât multe alte tehnologii, ceea ce economisește timp și crește productivitatea.
• Fără contaminare: Dispersoare cu ultrasunete nu necesită utilizarea de medii de frezare, cum ar fi margele sau perle, care contaminează dispersia prin abraziune.
• O mai bună calitate a produselor: Dispersoarele cu ultrasunete pot produce amestecuri și suspensii mai uniforme, rezultând o mai bună calitate și consistență a produsului. În special în modul de curgere, dejecțiile lichide de dispersie trec prin zona de cavitație cu ultrasunete într-o manieră foarte controlată, asigurând un tratament foarte uniform.
• Consum redus de energie: Dispersoarele cu ultrasunete necesită de obicei mai puțină energie decât alte tehnologii, ceea ce reduce costurile de operare.
• Versatilitate: Dispersoare cu ultrasunete pot fi utilizate pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv omogenizare, emulsionare, dispersie, și deaglomerare. De asemenea, pot manipula o varietate de materiale, inclusiv materiale abrazive, fibre, lichide corozive și chiar gaze.

Datorită acestor avantaje de proces, precum și a fiabilității și funcționării simple, dispersoarele cu ultrasunete depășesc tehnologiile alternative de amestecare, ceea ce le face o alegere populară pentru multe aplicații industriale.

Dispersie cu ultrasunete și deaglomerare în orice scară

Hielscher oferă dispozitive cu ultrasunete pentru dispersarea și dezaglomerarea oricărui volum pentru prelucrarea lot sau inline. Dispozitivele de laborator cu ultrasunete sunt utilizate pentru volume de la 1,5 ml la aproximativ 2 L. Dispozitivele industriale cu ultrasunete sunt utilizate în procesul de dezvoltare și producție pentru loturi de la 0,5 la aproximativ 2000L sau debite de la 0,1L la 20m³ pe oră.

Hielscher Ultrasonics procesoare cu ultrasunete industriale pot livra amplitudini foarte mari, astfel în mod fiabil dispersarea și frezarea particulelor la scară nano. Amplitudinile de până la 200μm pot fi rulate cu ușurință continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

Avantajele dispersiei cu ultrasunete: Ușor de scalat

Diferit de alte tehnologii de dispersie, Ultrasonication poate fi scalate cu ușurință de la laborator la dimensiunea de producție. Testele de laborator vor permite selectarea cu precizie a dimensiunii necesare a echipamentului. Atunci când este utilizat la scară finală, rezultatele procesului sunt identice cu rezultatele de laborator.

Ultrasonicators: Robust și ușor de curățat

Puterea cu ultrasunete este transmisă în lichid printr-un sonotrode. Aceasta este o parte simetrică de obicei rotativă, care este prelucrată din titan solid de calitate a aeronavelor. Aceasta este, de asemenea, singura parte în mișcare / vibratoare umezită. Este singura parte, care este supusă uzurii și poate fi ușor înlocuită în câteva minute. Flanșele de decuplare-oscilație permit montarea sonotrodului în recipiente presurizabile deschise sau închise sau celule de flux în orice orientare. Nu sunt necesare rulmenți. Toate celelalte piese umezite sunt, în general, realizate din oțel inoxidabil. Reactoarele cu celule de flux au geometrii simple și pot fi ușor dezasamblate și curățate, de exemplu prin spălare și ștergere. Nu există orificii mici sau colțuri ascunse.

Cleaner cu ultrasunete în loc

Ecografia este bine cunoscută pentru aplicațiile sale de curățare, o astfel de suprafață, curățarea pieselor. Intensitatea cu ultrasunete utilizate pentru aplicații de dispersie este mult mai mare decât pentru curățarea cu ultrasunete tipic. Când vine vorba de curățarea părților umezite ale dispozitivului cu ultrasunete, puterea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a ajuta la curățarea în timpul spălării și clătirii, deoarece cavitația cu ultrasunete / acustică elimină particulele și reziduurile lichide din sonotrode și din pereții celulelor de flux.

---

---

Literatură / Referințe

• 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.