Dispergimi dhe dezaglomerimi me ultratinguj

Dispergimi dhe dezaglomerimi i lëndëve të ngurta në lëngje është një zbatim i rëndësishëm i ultratingujve me fuqi të lartë dhe i sonikatorëve të tipit sondë. Kavitacioni ultrasonik gjeneron sforcime prerëse jashtëzakonisht të larta që i shpërbëjnë aglomeratet e grimcave në grimca të veçanta të disperguara. Për shkak të forcave të larta prerëse të përqendruara lokalisht, sonikimi është ideal për të prodhuar dispersione me përmasa mikrometrike dhe nanometrike për eksperimentim, kërkim dhe zhvillim, dhe sigurisht për prodhim industrial.

Përzierja e pluhurave në lëngje është një hap i zakonshëm në formulimin e produkteve të ndryshme, si bojërat, bojërat e shtypit, kozmetika, pijet, hidrogelet ose materialet lustruese. Grimcat e veçanta mbahen së bashku nga forca tërheqëse me natyrë të ndryshme fizike dhe kimike, përfshirë forcat van der Waals dhe tensionin sipërfaqësor të lëngut. Ky efekt është më i fortë te lëngjet me viskozitet më të lartë, si polimeret ose rrëshirat. Forcat tërheqëse duhet të kapërcehen për të dezaglomeruar dhe disperguar grimcat në mjedise të lëngshme. Lexoni më poshtë pse homogjenizuesit ultrasonikë janë pajisjet më të mira të dispergimit për dispergimin e grimcave me përmasa nënmikrometrike dhe nanometrike në laborator dhe industri.

Dispergimi me ultratinguj i lëndëve të ngurta në lëngje

Parimi i punës së homogjenizuesve ultrasonikë bazohet në dukurinë e kavitacionit akustik. Kavitacioni akustik njihet për krijimin e forcave fizike intensive, përfshirë forca prerëse shumë të fuqishme. Zbatimi i sforcimit mekanik i shpërbën aglomeratet e grimcave. Gjithashtu, lëngu shtyhet nën presion midis grimcave.
Për dispergimin e pluhurave në lëngje, në treg janë të disponueshme teknologji të ndryshme, si homogjenizuesit me presion të lartë, mullinjtë me sfera dhe përzierës, mullinjtë me rryma goditëse dhe përzierësit rotor-stator. Megjithatë, disperguesit ultrasonikë kanë përparësi të konsiderueshme. Lexoni më poshtë se si funksionon dispergimi me ultratinguj dhe cilat janë përparësitë e tij.

 

Videoja demonstron dispergimin tejzanor të ngjyruesit të kuq me UP400St dhe një sondë S24d 22mm.

 

Parimi i punës së kavitacionit dhe dispergimit me ultratinguj

Gjatë sonikimit, valët zanore me frekuencë të lartë krijojnë zona të alternuara ngjeshjeje dhe rrallimi në mjedisin e lëngshëm. Ndërsa valët zanore kalojnë nëpër mjedis, ato krijojnë flluska që zgjerohen me shpejtësi dhe më pas shemben vrullshëm. Ky proces quhet kavitacion akustik. Shembja e flluskave gjeneron valë goditëse me presion të lartë, mikrorryma dhe forca prerëse që mund t’i shpërbëjnë grimcat më të mëdha dhe aglomeratet në grimca më të vogla. Në proceset e dispergimit me ultratinguj, vetë grimcat në dispersion funksionojnë si mjedis bluarës. Të përshpejtuara nga forcat prerëse të kavitacionit ultrasonik, grimcat përplasen me njëra-tjetrën dhe copëtohen në fragmente të imëta. Meqenëse dispersionit të trajtuar me ultratinguj nuk i shtohen sfera ose rruaza, shmangen plotësisht ndarja dhe pastrimi i mjediseve bluajtëse, që kërkojnë shumë kohë dhe punë, si dhe ndotja.
Kjo e bën sonikimin kaq efektiv në dispergimin dhe dezaglomerimin e grimcave, madje edhe të atyre që janë të vështira për t’u shpërbërë me metoda të tjera. Kjo sjell një shpërndarje më të njëtrajtshme të grimcave, duke përmirësuar cilësinë dhe performancën e produktit.
Përveç kësaj, sonikimi mund të trajtojë, dispergojë dhe sintetizojë lehtësisht nanomateriale, si nanosfera, nanokristale, nanofletë, nanofibra, nanofije, grimca me bërthamë dhe mbështjellës dhe struktura të tjera komplekse.
Gjithashtu, sonikimi mund të kryhet brenda një kohe relativisht të shkurtër, gjë që përbën një përparësi të madhe ndaj teknikave të tjera të dispergimit.

Përparësitë e disperguesve ultrasonikë ndaj teknologjive alternative të përzierjes

Disperguesit ultrasonikë ofrojnë disa përparësi ndaj teknologjive alternative të përzierjes, si homogjenizuesit me presion të lartë, bluarja me sfera ose përzierja me rotor-stator. Disa nga përparësitë më të spikatura përfshijnë:

• Zvogëlim më efektiv i përmasave të grimcave: Disperguesit ultrasonikë mund t’i zvogëlojnë në mënyrë efektive përmasat e grimcave deri në intervalin nanometrik, gjë që nuk është e mundur me shumë teknologji të tjera përzierjeje. Kjo i bën ata idealë për zbatime ku përmasat e imëta të grimcave janë thelbësore.
• Përzierje më e shpejtë: Disperguesit ultrasonikë mund t’i përziejnë dhe dispergojnë materialet më shpejt se shumë teknologji të tjera, gjë që kursen kohë dhe rrit produktivitetin.
• Pa ndotje: Disperguesit ultrasonikë nuk kërkojnë përdorimin e trupave bluarës, si sferëzat ose rruazat, të cilat e ndotin dispersionin përmes abrazionit.
• Cilësi më e mirë e produktit: Disperguesit ultrasonikë mund të prodhojnë përzierje dhe suspensione më të njëtrajtshme, duke sjellë cilësi dhe qëndrueshmëri më të mirë të produktit. Veçanërisht gjatë punës me rrjedhje të vazhdueshme, suspensioni i dispersionit kalon përmes zonës së kavitacionit ultrasonik në mënyrë shumë të kontrolluar, duke siguruar një trajtim shumë të njëtrajtshëm.
• Konsum më i ulët i energjisë: Disperguesit ultrasonikë zakonisht kërkojnë më pak energji se teknologjitë e tjera, gjë që ul kostot e funksionimit.
• Shumëanshmëri: Disperguesit ultrasonikë mund të përdoren për një gamë të gjerë zbatimesh, përfshirë homogjenizimin, emulsifikimin, dispergimin dhe deaglomerimin. Ata mund të përpunojnë gjithashtu një larmi materialesh, përfshirë materiale abrazive, fibra, lëngje gërryese dhe madje edhe gaze.

Falë këtyre përparësive të procesit, si dhe besueshmërisë dhe përdorimit të thjeshtë, disperguesit ultrasonikë i tejkalojnë teknologjitë alternative të përzierjes, duke u bërë një zgjedhje e përhapur për shumë zbatime industriale.

Dispergimi dhe deaglomerimi ultrasonik në çdo shkallë

Hielscher ofron pajisje ultrasonike për dispergimin dhe deaglomerimin e çdo vëllimi, për përpunim me parti ose në linjë. Pajisjet ultrasonike laboratorike përdoren për vëllime nga 1,5mL deri në afërsisht 2L. Pajisjet ultrasonike industriale përdoren në zhvillimin e proceseve dhe në prodhim për parti nga 0,5 deri në afërsisht 2000L ose për prurje nga 0,1L deri në 20m³ në orë.

Procesorët ultrasonikë industrialë të Hielscher Ultrasonics mund të japin amplituda shumë të larta, duke disperguar dhe bluar kështu në mënyrë të besueshme grimcat deri në shkallë nanometrike. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht dhe vazhdimisht gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të përshtatura sipas kërkesave.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të sonikatorëve tanë:

Dispergimi ultrasonik i nanotubave të karbonit – Sonikatori Hielscher UP400S (400W) dispergon dhe zbërthen shpejt e me efikasitet tufat e CNT-ve në nanotuba individualë.

Përparësitë e dispergimit ultrasonik: Rritje e lehtë e shkallës

Ndryshe nga teknologjitë e tjera të dispergimit, trajtimi me ultratinguj mund të kalojë lehtësisht nga shkalla laboratorike në shkallën e prodhimit. Provat laboratorike do të mundësojnë përzgjedhjen me saktësi të madhësisë së kërkuar të pajisjeve. Kur procesi zbatohet në shkallën përfundimtare, rezultatet e tij janë identike me rezultatet laboratorike.

Sonikatorët: Të qëndrueshëm dhe të lehtë për t’u pastruar

Fuqia tejzanore transmetohet në lëng përmes një sonotrode. Kjo është zakonisht një pjesë me simetri rrotulluese, e përpunuar mekanikisht nga titan masiv me cilësi për përdorim në aviacion. Kjo është gjithashtu e vetmja pjesë në kontakt me lëngun që lëviz / dridhet. Është e vetmja pjesë që i nënshtrohet konsumimit dhe mund të zëvendësohet lehtësisht brenda pak minutash. Flanxhat që izolojnë lëkundjet mundësojnë montimin e sonotrodës në çdo orientim në enë të hapura ose të mbyllura që mund të vihen nën presion, ose në qeliza rrjedhjeje. Nuk nevojiten kushineta. Të gjitha pjesët e tjera në kontakt me lëngun përgjithësisht janë prej çeliku të pandryshkshëm. Reaktorët me qeliza rrjedhjeje kanë gjeometri të thjeshta dhe mund të çmontohen e pastrohen lehtësisht, p.sh. duke i shpëlarë me rrjedhje lëngu dhe duke i fshirë nga brenda. Nuk ka vrima të vogla ose qoshe të fshehura.

Pastrues tejzanor në vend

Ultratingulli njihet mirë për zbatimet e tij në pastrim, si pastrimi i sipërfaqeve dhe i pjesëve. Intensiteti tejzanor i përdorur për zbatimet e dispersimit është shumë më i lartë se ai për pastrimin tipik tejzanor. Për pastrimin e pjesëve të pajisjes tejzanore që janë në kontakt me lëngun, fuqia tejzanore mund të përdoret për të ndihmuar pastrimin gjatë shpëlarjes me rrjedhje lëngu dhe shpëlarjes përfundimtare, pasi kavitacioni tejzanor / akustik largon grimcat dhe mbetjet e lëngut nga sonotroda dhe nga muret e qelizës së rrjedhjes.

---

---

Literatura / Referencat

• 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.