Bluarja e lagësht me ultratinguj: Grimca të imëta, të përftuara me saktësi inxhinierike

Sonikatorët Hielscher janë pajisje efikase bluarjeje për zvogëlimin me efikasitet të lartë të madhësisë së grimcave, nanodispergimin dhe emulsifikimin përmes kavitacionit ultrasonik të kontrolluar me intensitet të lartë. Të projektuara si për kërkime, ashtu edhe për shkallë industriale, këto sisteme shpërbëjnë në mënyrë të besueshme aglomeratet, imtësojnë pluhurat dhe krijojnë suspensione homogjene në sektorët e produkteve farmaceutike, kozmetikës, nanomaterialeve dhe kimikateve të specializuara.

Nga pluhuri i trashë te mikrogrimcat dhe nanogrimcat uniforme

Sonikatorët Hielscher të tipit me sondë ofrojnë bluarje të lagësht dhe bluarje të imët të fuqishme, të kontrollueshme me saktësi – pa rruaza, sfera apo trupa të tjerë bluarës. Prodhoni suspensione homogjene me përmbajtje të lartë të lëndëve të ngurta dhe me shpërndarje të ngushta të madhësisë së grimcave, duke shkurtuar kohën e përpunimit dhe duke ulur kërkesën për energji.
Duke shfrytëzuar kontrollin e saktë të amplitudës dhe përhapjen e avancuar të valëve akustike, sonikatorët arrijnë rezultate uniforme me ndikim termik minimal, duke ruajtur përbërjet e ndjeshme dhe duke maksimizuar kapacitetin e përpunimit dhe riprodhueshmërinë. Zbuloni se si bluarja me ultratinguj mund të thjeshtojë rrjedhën tuaj të punës për formulimin dhe të përmirësojë performancën e produktit.

Kush duhet të përdorë bluarjen e lagësht me ultratinguj?

• Prodhuesit që kërkojnë zvogëlim të kontrolluar të grimcave në madhësi mikrometrike ose nanometrike
• Prodhuesit e pigmenteve, bojërave të shtypit, bojërave dhe veshjeve me performancë të lartë
• Përpunuesit e qeramikës, mineraleve, çimentos dhe oksideve metalike
• Formuluesit e produkteve farmaceutike dhe kozmetike që zhvillojnë suspensione të imëta
• Prodhuesit e baterive, katalizatorëve dhe materialeve të avancuara
• Kompanitë që përpunojnë suspensione shumë të përqendruara ose viskoze
• Laboratorët që zhvillojnë procese të zvogëlimit të madhësisë së grimcave, të zbatueshme në shkallë më të madhe
• Prodhuesit që kërkojnë një shpërndarje të ngushtë dhe uniforme të madhësisë së grimcave
• Njësitë e prodhimit që duan të shmangin ndotjen nga rruazat ose sferat bluarëse
• Prodhuesit që synojnë të reduktojnë kohën e bluarjes, konsumin e energjisë dhe kërkesat për pastrim

Zvogëlim i kontrolluar i madhësisë së grimcave me ultratinguj me fuqi të lartë

Zvogëlimi i grimcave në intervalin mikrometrik ose nanometrik mund ta transformojë një formulim. Grimcat më të imëta mund të përmirësojnë reaktivitetin, qëndrueshmërinë, sipërfaqen, vetitë optike dhe performancën e produktit përfundimtar. Megjithatë, mullinjtë konvencionalë me sfera, rruaza dhe trupa bluarës mund të fusin grimca nga konsumimi, të kërkojnë ndarje të mundimshme të trupave bluarës dhe të kenë vështirësi të sigurojnë trajtim të njëtrajtshëm në përqendrime të larta të lëndëve të ngurta. Bluarja e lagësht me ultratinguj ofron një alternativë të pastër dhe të kontrollueshme.
Sonikatorët Hielscher të tipit me sondë transmetojnë ultratinguj me intensitet të lartë drejtpërdrejt në një lëng ose suspension. Valët e presionit që alternohen krijojnë kavitacion akustik: flluska mikroskopike formohen dhe shemben me intensitet ekstrem, duke gjeneruar rryma lëngu me shpejtësi të lartë, valë goditëse dhe forca të fuqishme prerëse. Këto forca i përshpejtojnë grimcat e pezulluara drejt njëra-tjetrës. Përplasjet ndërmjet grimcave, fragmentimi dhe erozioni sipërfaqësor që rezultojnë prej tyre i zvogëlojnë aglomeratet – dhe, në kushte mjaftueshëm intensive, grimcat primare – në madhësi mikrometrike dhe nanometrike.
 

Trihidrati i aluminit i bluar me ultratinguj
AL(OH)3 u furnizua nga Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, SHBA. AL(OH)3 njihet gjithashtu si trihidroksidi i aluminit i serisë ATH, alumina e hidratuar Bayer, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hydragyllite ose Gibbsite. Ka një fortësi prej 2,5 deri në 3,5 në shkallën Mohs.

Shpërndarje e saktë, e përsëritshme dhe uniforme e madhësisë së grimcave

Bluarja me ultratinguj mund të rregullohet në një shkallë të lartë. Operatorët mund të kontrollojnë amplitudën, energjinë e futur, presionin, temperaturën, kohën e qëndrimit dhe prurjen për t’iu përshtatur materialit dhe madhësisë së synuar të grimcave. Kjo e bën procesin të përshtatshëm për gjithçka, nga deaglomerimi i butë deri te bluarja intensive e imët. Konfigurimet me riqarkullim dhe me qelizë rrjedhjeje në linjë e ekspozojnë suspensionin në mënyrë të njëtrajtshme ndaj zonës së kavitacionit, duke mundësuar rezultate të riprodhueshme dhe një shpërndarje të ngushtë e homogjene të madhësisë së grimcave.
Ky nivel kontrolli është i vlefshëm për pigmentet, bojërat e shtypit, veshjet, qeramikat, oksidet metalike, mineralet, katalizatorët, produktet farmaceutike dhe materialet e tjera të avancuara, ku grimcat tepër të mëdha ose një shpërndarje e gjerë mund të cenojnë cilësinë. Parametrat e procesit të përcaktuar në laborator mund të transferohen në prodhimin pilot dhe industrial, duke mundësuar zhvillimin sistematik dhe rritjen e shkallës së prodhimit.

Përpunim me përmbajtje të lartë të lëndëve të ngurta pa mjete bluarëse

Meqenëse zvogëlimi i grimcave shkaktohet nga kavitacioni dhe përplasjet ndërmjet vetë grimcave, nuk nevojiten rruaza, perla apo sfera bluarëse. Eliminimi i mjeteve bluarëse shmang një burim të mundshëm ndotjeje dhe heq nevojën për t’i blerë, pastruar, zëvendësuar dhe ndarë këto mjete nga suspensioni përfundimtar. Gjeometria e thjeshtë e sipërfaqeve në kontakt me lëngun lehtëson gjithashtu pastrimin dhe kalimin nga një produkt te tjetri.
Sonikatorët Hielscher mund të përpunojnë suspensione shumë të përqendruara dhe viskoze. Një përmbajtje e lartë e lëndëve të ngurta nënkupton më pak lëng për t’u trajtuar dhe, në shumë raste, më pak nevojë për përqendrim ose tharje në fazat pasuese. Ajo mund të forcojë gjithashtu efektin e bluarjes ndërmjet grimcave duke rritur shpeshtësinë e përplasjeve të tyre. Ky kombinim e bën bluarjen me ultratinguj veçanërisht tërheqëse për përzierjet bazë të përqendruara dhe suspensionet në shkallë prodhimi.
 

Imazhe mikroskopike që tregojnë ecurinë e bluarjes me ultratinguj të pigmenteve magenta me bazë vaji

Shembuj: bluarja në mjedis të lëngshëm e nanogrimcave me ultratinguj me fuqi të lartë

Bluarja me ultratinguj është veçanërisht e përshtatshme për përpunimin e materialeve me madhësi mikrometrike dhe nanometrike, si qeramikat, trihidrati i aluminës, sulfati i bariumit, karbonati i kalciumit dhe oksidet metalike. Tabelat më poshtë paraqesin imazhe mikroskopike të bluarjes së trihidratit të aluminës (nga 150 mikrometra deri në 10 mikrometra), qeramikave (nga 30 mikrometra deri në 2 mikrometra) dhe karbonatit të natriumit (nga 70 mikrometra deri në 3 mikrometra). Imazhet mikroskopike në këtë faqe ju tregojnë ecurinë e bluarjes me ultratinguj në shembujt e qeramikave dentare, pigmenteve magenta, karbonatit të natriumit dhe aluminës së hidratuar.
 

Imazhe mikroskopike që tregojnë ecurinë e bluarjes me ultratinguj të karbonatit të natriumit (Na2CO3) në izopropanol.

Më shumë prodhim nga çdo hap përpunimi

Energjia e ultratingujve transmetohet drejtpërdrejt në suspension, ku ndodh zvogëlimi i madhësisë së grimcave. Forcat e shpejta të kavitacionit mund të shkurtojnë ciklet e bluarjes, ndërsa shndërrimi efikas i energjisë elektrike në lëvizje mekanike mund të ulë kërkesën për energji krahasuar me pajisjet konvencionale të bluarjes. Përpunimi i vazhdueshëm në linjë mundëson më tej kapacitet të lartë përpunimi, cilësi të qëndrueshme dhe integrim në linjat ekzistuese të prodhimit.
Për prodhuesit që synojnë grimca më të vogla, shpërndarje më të ngushta, përpunim më të pastër dhe rritje efikase të shkallës së prodhimit, sonikatorët Hielscher të tipit sondë e shndërrojnë bluarjen në mjedis të lëngshëm në një proces të projektuar me përpikëri – nga provat laboratorike deri te prodhimi industrial i vazhdueshëm.

Funksionim i vazhdueshëm për kapacitet të lartë përpunimi

Homogjenizuesit ultrasonikë janë shumë të lehtë për t’u instaluar dhe përdorur. Vetëm dy pjesë janë në kontakt me materialin që do të bluhet: sonotroda prej titani dhe qeliza e rrjedhjes prej çeliku inox. Falë projektimit të thjeshtë të qelizës së rrjedhjes ultrasonike, pajisjet mund të pastrohen shpejt. Meqenëse pajisjet ultrasonike Hielscher kanë rendiment shumë të lartë në shndërrimin e energjisë elektrike në energji mekanike, për bluarjen ultrasonike në përgjithësi nevojitet më pak fuqi sesa për pajisjet konvencionale të bluarjes.

Sonikatori industrial UIP6000hdT (6kW) për dispergimin e pigmenteve dhe sterilizimin mikrobik të njëkohshëm të formulimeve të bojërave dhe veshjeve me bazë ujore Efekti i bluarjes së grimcave bazohet në kavitacionin ultrasonik intensiv. Gjatë sonikimit të lëngjeve me intensitete të larta, valët zanore që përhapen në mjediset e lëngshme shkaktojnë cikle të alternuara të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallim), me ritme që varen nga frekuenca. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët ultrasonike me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zgavra në lëng. Kur flluskat arrijnë një vëllim në të cilin nuk mund të përthithin më energji, ato shemben vrullshëm gjatë një cikli të presionit të lartë. Ky fenomen quhet kavitacion.
Implozioni i flluskave të kavitacionit krijon mikroturbulenca dhe mikrorryma me shpejtësi deri në 1000km/hr. Grimcat e mëdha i nënshtrohen erozionit sipërfaqësor (nëpërmjet shembjes së flluskave të kavitacionit në lëngun përreth) ose zvogëlimit të madhësisë (për shkak të copëtimit nga përplasjet ndërmjet grimcave ose shembjes së flluskave të kavitacionit të formuara në sipërfaqe). Kjo sjell përshpejtim të ndjeshëm të difuzionit, proceseve të transferimit të masës dhe reaksioneve në fazën e ngurtë, për shkak të ndryshimit të madhësisë dhe strukturës së kristaliteve.

Procesorët ultrasonikë dhe qelizat e rrjedhjes për dispergimin dhe bluarjen e lagësht të pluhurave janë të disponueshëm për shkallë laboratorike dhe prodhimi. Sistemet industriale mund të përshtaten lehtësisht për të punuar në linjë. Për hulumtimin dhe testimin e këtij procesi, si dhe për shumë procese sonokimike, rekomandojmë pajisjet tona laboratorike ose UIP1000hd.

Nanodiamantet mund të dispergohen me efikasitet dhe në mënyrë të besueshme duke përdorur sonikatorët Hielscher.

Literaturë / Referenca

• 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.

UIP1000hd

• 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.