Ultrazvočno mokro mletje: drobni delci, natančno izdelani
Ultrazvočni aparati Hielscher so učinkovita oprema za mletje, namenjena visoko učinkovitemu zmanjševanju velikosti delcev, nanodisperziji in emulgiranju s pomočjo nadzorovane ultrazvočne kavitacije visoke intenzivnosti. Ti sistemi, zasnovani tako za raziskovalne kot za industrijske namene, zanesljivo razgrajujejo aglomerate, izboljšujejo kakovost prahov in ustvarjajo homogene suspenzije v farmacevtski, kozmetični, nanomaterialni in specialni kemični industriji.
Od grobega prahu do enakomernih mikro- in nanodelcev
Ultrazvočni aparati tipa sonda podjetja Hielscher omogočajo zmogljivo in natančno nadzorovano mokro mletje ter fino mletje – brez krogel, kroglic ali drugih mlevnih sredstev. Pripravljajo se homogene suspenzije z visoko vsebnostjo trdnih snovi in ozko porazdelitvijo velikosti delcev, hkrati pa se skrajša čas obdelave in zmanjša poraba energije.
Z natančnim nadzorom amplitude in naprednim širjenjem akustičnih valov ultrazvočni mlinčki zagotavljajo enakomerne rezultate z minimalnim toplotnim vplivom, pri čemer ohranjajo občutljive sestavine ter hkrati povečajo zmogljivost in ponovljivost. Odkrijte, kako lahko ultrazvočno mletje poenostavi vaš delovni tok pri pripravi formulacij in izboljša učinkovitost izdelkov.
Kdo naj uporablja ultrazvočno mokro mletje?
- Proizvajalci, ki potrebujejo nadzorovano zmanjšanje velikosti delcev na mikronsko ali nanometrsko raven
- Proizvajalci pigmentov, črnil, barv in visokozmogljivih premazov
- Procesorji iz keramike, mineralov, cementa in kovinskih oksidov
- Razvijalci farmacevtskih in kozmetičnih formulacij, ki razvijajo fine suspenzije
- Proizvajalci baterij, katalizatorjev in naprednih materialov
- Podjetja, ki predelujejo visoko koncentrirane ali viskozne suspenzije
- Laboratoriji, ki razvijajo procese zmanjševanja velikosti delcev, ki jih je mogoče prilagoditi obsegu proizvodnje
- Proizvajalci, ki si prizadevajo za ozko in enakomerno porazdelitev velikosti delcev
- Procesi, pri katerih se želi preprečiti onesnaženje z mlevnimi kroglicami ali kroglicami
- Proizvajalci, ki si prizadevajo skrajšati čas mletja, zmanjšati porabo energije in zmanjšati potrebe po čiščenju
Povejte nam, kakšno surovino uporabljate, kakšna je vsebnost trdnih snovi in kakšna je želena velikost delcev. Naša ekipa strokovnjakov za ultrazvok vam bo priporočila ustrezno ultrazvočno napravo za boljše drobljenje delcev.
Industrijski ultrazvočni aparat z močjo 16.000 vatov, model UIP16000hdT za mokro mletje pigmentov in nanodelcev
Nadzorovano zmanjševanje velikosti delcev z močnim ultrazvokom
Zmanjšanje velikosti delcev na mikronsko ali nanometrsko raven lahko bistveno spremeni sestavo formulacije. Fini delci lahko izboljšajo reaktivnost, stabilnost, površino, optične lastnosti in zmogljivost končnega izdelka. Vendar pa lahko konvencionalni kroglični, kroglicni in medijski mlini vnašajo delce, nastale zaradi obrabe, zahtevajo zamudno ločevanje medijev ter imajo težave pri zagotavljanju enakomerne obdelave pri visokih koncentracijah trdnih snovi. Ultrazvočno mokro mletje ponuja čisto in nadzorovano alternativo.
Ultrazvočni aparati tipa sonda podjetja Hielscher prenašajo visokointenziven ultrazvok neposredno v tekočino ali suspenzijo. Izmenični tlačni valovi povzročajo akustično kavitacijo: mikroskopske mehurčke nastajajo in se z izjemno intenzivnostjo sesujejo, pri čemer ustvarjajo visokohitrostne curke tekočine, udarne valove in močne strižne sile. Te sile pospešijo trke suspendiranih delcev med seboj. Posledična trčenja med delci, fragmentacija in erozija površine zmanjšujejo aglomerate – in, v dovolj ekstremnih pogojih, primarni delci – do mikro- in nano-velikosti.
Ultrazvočno zmlet trihidrat aluminijevega oksida
AL(OH)₃ je dobavilo podjetje Alcoa World Alumina LLC iz Pittsburgha, PA, ZDA. AL(OH)₃ je znan tudi pod imeni aluminijev trihidroksid serije ATH, Bayerjev hidratirani aluminijev oksid, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hidragilit ali gibbsit. Po Mohsovi lestvici ima’ trdota od 2,5 do 3,5.
Ultrazvočni pretočni reaktorji za industrijsko inline proizvodnjo gnojevk nanodelcev.
Natančna, ponovljiva in enakomerna porazdelitev velikosti delcev
Ultrazvočno mletje je zelo prilagodljivo. Operaterji lahko nadzorujejo amplitudo, vnos energije, tlak, temperaturo, čas zadrževanja in pretok, da se prilagodijo materialu in želeni velikosti delcev. Zaradi tega je postopek primeren za vse, od nežne deaglomeracije do intenzivnega finega mletja. Konfiguracije z recirkulacijo in vgrajenimi pretočnimi celicami omogočajo enakomerno izpostavljenost suspenzije kavitacijski coni, kar zagotavlja ponovljive rezultate ter ozko in homogeno porazdelitev velikosti delcev.
Takšna raven nadzora je pomembna za pigmente, barve, premaze, keramiko, kovinske okside, minerale, katalizatorje, farmacevtske izdelke in druge napredne materiale, pri katerih lahko preveliki delci ali široka porazdelitev ogrozijo kakovost. Procesni parametri, določeni v laboratoriju, se lahko prenesejo v pilotno in industrijsko proizvodnjo, kar omogoča sistematičen razvoj in povečanje obsega proizvodnje.
Obdelava z visoko vsebnostjo trdnih snovi brez mlevnih sredstev
Ker zmanjševanje velikosti delcev poteka s kavitacijo in trki med samimi delci, niso potrebne kroglice, biseri ali mlevne kroglice. Odprava mlevnih sredstev prepreči potencialni vir onesnaženja ter odpravlja potrebo po nakupu, čiščenju, zamenjavi in ločevanju sredstev iz končne suspenzije. Preprosta geometrija delov, ki pridejo v stik s tekočino, prav tako olajša čiščenje in menjavo izdelkov.
Ultrazvočni mlinčki podjetja Hielscher lahko obdelujejo visoko koncentrirane in viskozne suspenzije. Visoka vsebnost trdnih snovi pomeni manj tekočine za obdelavo in v mnogih primerih manj koncentriranja ali sušenja v nadaljnjih postopkih. Prav tako lahko okrepi učinek mletja med delci s povečanjem pogostosti trkov med delci. Ta kombinacija naredi ultrazvočno mletje še posebej privlačno za koncentrirane masterbache in suspenzije v proizvodnem obsegu.
Mikroskopske slike, ki prikazujejo potek ultrazvočnega mletja magenta pigmentov na oljni osnovi
Primeri: Mokro mletje nanodelcev z močnim ultrazvokom
Ultrazvočno mletje je še posebej primerno za obdelavo materialov mikronske in nano velikosti, kot so keramika, trihidrat aluminijevega oksida, barijev sulfat, kalcijev karbonat in kovinski oksidi. V spodnjih tabelah so prikazane mikroskopske slike mletja trihidrata aluminijevega oksida (od 150 mikronov do 10 mikronov), keramike (od 30 mikronov do 2 mikronov) in natrijevega karbonata (od 70 mikronov do 3 mikronov). Mikroskopske slike na tej strani prikazujejo potek ultrazvočnega mletja na primerih zobne keramike, magenta pigmentov, natrijevega karbonata in hidratiranega aluminijevega oksida.
Mikroskopske slike, ki prikazujejo potek ultrazvočnega mletja natrijevega karbonata (Na₂CO₃) v izopropanolu.
Sonikirana barva krede na grindometru prikazuje popolnoma enakomerno deaglomeracijo in porazdelitev velikosti delcev pigmentov
Ultrazvočna disperzija zagotavlja učinkovito zmanjšanje velikosti delcev in enakomerno porazdelitev pigmentov saj v UV črnilu.
Večji izkoristek v vsaki fazi predelave
Ultrazvočna energija se dovaja neposredno v suspenzijo, kjer poteka zmanjševanje velikosti delcev. Hitre kavitacijske sile lahko skrajšajo cikle mletja, medtem ko učinkovita pretvorba električne energije v mehansko gibanje lahko zmanjša porabo energije v primerjavi s konvencionalno opremo za mletje. Kontinuirana obdelava v proizvodni liniji dodatno prispeva k visoki zmogljivosti, dosledni kakovosti in integraciji v obstoječe proizvodne linije.
Za proizvajalce, ki si prizadevajo za manjše delce, ožje porazdelitve, čistejšo predelavo in učinkovito povečanje obsega proizvodnje, sonikatorji tipa sonda podjetja Hielscher spremenijo mokro mletje v natančno zasnovan proces – od laboratorijskih poskusov do neprekinjene industrijske proizvodnje.
Neprekinjeno delovanje za visoko zmogljivost
Ultrazvočni homogenizatorji so zelo enostavni za namestitev in uporabo. S snovjo, ki jo je treba zmleti, sta v stiku le dva dela: titanova sonotroda in pretočna celica iz nerjavečega jekla. Zaradi preproste zasnove ultrazvočne pretočne celice je mogoče naprave hitro očistiti. Ker imajo ultrazvočne naprave podjetja Hielscher zelo visok izkoristek pri pretvorbi električne energije v mehansko, je za ultrazvočno mletje na splošno potrebna manjša moč kot za konvencionalno mletje.
Industrijski ultrazvočni aparat UIP6000hdT (6 kW) za sočasno disperzijo pigmentov in mikrobiološko sterilizacijo formulacij barv in premazov na vodni osnovi [/caption]Učinek drobljenja delcev temelji na intenzivni ultrazvočni kavitaciji. Pri ultrazvočnem obdelovanju tekočin z visoko intenzivnostjo zvočni valovi, ki se širijo v tekoče medije, povzročajo izmenične cikle visokega tlaka (kompresije) in nizkega tlaka (redčenja), katerih hitrost je odvisna od frekvence. Med ciklom nizkega tlaka visokointenzivni ultrazvočni valovi v tekočini ustvarjajo majhne vakuumske mehurčke ali praznine. Ko mehurčki dosežejo volumen, pri katerem ne morejo več absorbirati energije, se med ciklom visokega tlaka nasilno sesedejo. Ta pojav se imenuje kavitacija.
Implozija kavitacijskih mehurčkov povzroči mikroturbulence in mikro-curke do 1000 km / h. Veliki delci so podvrženi površinski eroziji (s kavitacijskim kolapsom v okoliški tekočini) ali zmanjšanju velikosti delcev (zaradi cepitve zaradi trka med delci ali kolapsa kavitacijskih mehurčkov, ki nastanejo na površini). To vodi do močnega pospeševanja difuzije, procesov prenosa mase in reakcij trdne faze zaradi spreminjanja velikosti kristalitov in strukture.
Ultrazvočni procesorji in pretočne celice za dispergiranje in mokro mletje prahu so na voljo za laboratorijsko in proizvodno rabo. Industrijske naprave je mogoče enostavno nadgraditi za delovanje v proizvodni liniji. Za raziskave in preskušanje tega postopka ter za številne sonokemične postopke priporočamo naše laboratorijske naprave ali model UIP1000hd.
Nanodiamanti so lahko učinkoviti in zanesljivo razpršeni z uporabo Hielscherjevih ultrazvočnih aparatov.
Pogosta vprašanja o ultrazvočnem mletju v mokrem postopku
Kaj je ultrazvočno mokro mletje?
Ultrazvočno mokro mletje je postopek zmanjševanja velikosti delcev, pri katerem se na tekoči suspenziji uporablja visokozmogljiv ultrazvok. Akustična kavitacija ustvarja močne strižne sile, udarne valove in trke med delci, ki razbijajo aglomerate ter zmanjšajo trdne delce na mikronske ali nanometrske dimenzije.
Kako sonikator s sondo zmanjša velikost delcev?
Ultrazvočna sonda, imenovana tudi sonotroda, prenaša visokointenzivni ultrazvok neposredno v suspenzijo. Nastanejo kavitacijski mehurčki, ki se nato sesujejo, pri čemer nastanejo visokohitrostni curki tekočine, ki pospešijo trke delcev med seboj. Ti trki povzročajo drobljenje delcev, erozijo površine in učinkovito razgradnjo aglomeratov.
Ali je z ultrazvočnim mokrim mletjem mogoče proizvajati nanodelce?
Da. Ultrazvočne naprave tipa sonda podjetja Hielscher se lahko uporabljajo za nadzorovano mikronizacijo in nano-drobitev. Velikost delcev, ki jo je mogoče doseči, je odvisna od materiala, začetne velikosti delcev, sestave suspenzije, koncentracije trdnih snovi, intenzivnosti obdelave, temperature, tlaka in časa sonikacije.
Kateri materiali se lahko obdelujejo z ultrazvočnim mletjem?
Ultrazvočno mokro mletje je primerno za pigmente, tiskarske barve, keramiko, kovinske okside, minerale, cement, katalizatorje, materiale za baterije, farmacevtske izdelke, kozmetiko in napredne nanomateriale. Omogoča obdelavo delcev, suspendiranih v vodi, topilih, oljih, smolah in drugih združljivih tekočih medijih.
Ali je za ultrazvočno mletje potrebno uporabiti mlevne kroglice ali krogle?
Ne. Pri ultrazvočnem zmanjševanju velikosti delcev ni potrebno uporabljati običajnih mlevnih sredstev. Mletje se doseže z trki delcev, ki jih povzroča kavitacija. Odprava uporabe krogel in kroglic zmanjša tveganje onesnaženja, povezanega z mlevnimi sredstvi, ter odpravlja potrebo po ločevanju, čiščenju, zamenjavi in odstranjevanju teh sredstev.
Ali lahko ultrazvočni aparati podjetja Hielscher obdelujejo suspenzije z visoko vsebnostjo trdnih snovi?
Da. Ultrazvočni procesorji podjetja Hielscher so primerni za obdelavo visoko koncentriranih in viskoznih suspenzij. Visoka vsebnost trdnih snovi zmanjša količino tekočine, ki jo je treba obdelati, in lahko okrepi trke med delci, zaradi česar je ultrazvočno mletje privlačno za koncentrirane suspenzije in proizvodnjo masterbatcha.
Ali ultrazvočno mletje zagotavlja ozko porazdelitev velikosti delcev?
Enakomerna izpostavljenost ultrazvočnemu kavitacijskemu območju omogoča ozko in homogeno porazdelitev velikosti delcev. Recirkulacija in neprekinjena obdelava v proizvodni liniji pomagata zagotoviti enakomerno obdelavo celotne suspenzije, hkrati pa zmanjšujeta število prevelikih ali nezadostno obdelanih delcev.
Kateri parametri ultrazvočnega mletja se lahko nadzorujejo?
Med pomembne parametre spadajo amplituda ultrazvoka, vnesena energija, tlak, temperatura, pretok, čas zadrževanja in koncentracija trdnih snovi. Natančno krmiljenje omogoča prilagoditev procesa za nežno razdruževanje aglomeratov, intenzivno fino mletje ali ponovljivo nanodisperzijo.
Ali je ultrazvočno mokro mletje energetsko učinkovito?
Ultrazvočna energija se prenaša neposredno v suspenzijo, kjer poteka zmanjševanje velikosti delcev. Hitre kavitacijske sile lahko skrajšajo obdelovalne cikle in zmanjšajo porabo energije v primerjavi z nekaterimi konvencionalnimi metodami mletja. Dejanska poraba energije je odvisna od materiala, želene velikosti delcev, zmogljivosti in konfiguracije procesa.
Ali je mogoče ultrazvočno mletje izvajati neprekinjeno?
Da. Ultrazvočne naprave podjetja Hielscher je mogoče vgraditi v reaktorje s pretočno celico za neprekinjeno vgrajeno mokro mletje. Vgrajena obdelava omogoča nadzorovan čas zadrževanja, dosledno kakovost izdelka, visoko zmogljivost ter enostavno vključitev v obstoječe industrijske proizvodne linije.
Ali je mogoče postopek ultrazvočnega mletja izvesti v večjem obsegu?
Ultrazvočno mletje je mogoče razviti z laboratorijskim ultrazvočnim napravo in ga prenesti na pilotno ali industrijsko opremo z uporabo določenih procesnih parametrov in specifičnega vnosa energije. Podjetje Hielscher ponuja ultrazvočne naprave s sondo za testiranje v majhnem obsegu, razvoj procesov in neprekinjeno komercialno proizvodnjo.
Kako izbrati pravi ultrazvočni aparat znamke Hielscher?
Izbira sonikatorja je odvisna od materiala, prostornine suspenzije, vsebnosti trdnih snovi, viskoznosti, začetne velikosti delcev, zahtevane končne velikosti in želene zmogljivosti. S preskusom mletja je mogoče določiti optimalno amplitudo, potrebno energijo, geometrijo sonde ter konfiguracijo v obliki serije ali vgrajene v proizvodno linijo.
Izvedite več o Hielscherjevem procesnem laboratoriju za vaše študije izvedljivosti in optimizacijo procesov.
Literatura / Reference
- 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
Mikroskopske slike, ki prikazujejo potek ultrazvočnega mletja zobne keramike