Ултразвучно дисперговање и деагломерација

Распршивање и деагломерација чврстих материја у течности је важна примена моћних ултразвука и соникатора типа сонде. Ултразвучна кавитација ствара изузетно велико смицање које разбија агломерате честица у појединачне дисперговане честице. Због својих локално фокусираних високих сила смицања, соникација је идеална за производњу миркон и нано дисперзија за експериментисање, истраживање и развој, и наравно за индустријску производњу.

Мешање праха у течности је уобичајен корак у формулацији различитих производа, као што су боје, мастило, козметика, пића, хидрогелови или средства за полирање. Појединачне честице држе заједно силе привлачења различите физичке и хемијске природе, укључујући ван дер Валсове силе и површински напон течности. Овај ефекат је јачи за течности већег вискозитета, као што су полимери или смоле. Силе привлачења морају бити превазиђене да би се деагломерисале и распршиле честице у течне медије. У наставку прочитајте зашто су ултразвучни хомогенизатори врхунска опрема за дисперзију за дисперзију субмикронских и нано честица у лабораторији и индустрији.

Ултразвучно распршивање чврстих материја у течности

Принцип рада ултразвучних хомогенизатора заснива се на феномену акустичне кавитације. Познато је да акустична кавитација ствара интензивне физичке силе, укључујући веома јаке силе смицања. Примена механичког напрезања разбија агломерате честица. Такође, течност се притиска између честица.
Док за дисперговање праха у течности, комерцијално су доступне различите технологије као што су хомогенизатори високог притиска, млинови за мешање перли, млинови са ударним млазом и ротор-статор-мешалица. Међутим, ултразвучни дисперзатори имају значајне предности. У наставку прочитајте како функционише ултразвучна дисперзија и које су предности ултразвучне дисперзије.

 

 

Принцип рада ултразвучне кавитације и дисперзије

Током соникације, звучни таласи високе фреквенције стварају наизменичне области компресије и разређивања у течном медију. Док звучни таласи пролазе кроз медијум, они стварају мехуриће који се брзо шире, а затим насилно колабирају. Овај процес се назива акустична кавитација. Колапс мехурића ствара ударне таласе високог притиска, микромлазеве и силе смицања које могу да разбију веће честице и да се агломеришу у мање честице. У процесима ултразвучне дисперзије, саме честице у дисперзији функционишу као медијум за млевење. Убрзане смичним силама ултразвучне кавитације, честице се сударају једна са другом и разбијају се у ситне фрагменте. Пошто се у ултразвучно третирану дисперзију не додају перле или перле, у потпуности се избегава дуготрајно и радно интензивно одвајање и чишћење медија за млевење, као и контаминација.
Ово чини соникацију тако ефикасном у дисперговању и деагломерацији честица, чак и оних које је тешко разбити другим методама. Ово резултира равномернијом расподелом честица, што доводи до побољшаног квалитета и перформанси производа.
Поред тога, соникација може лако да рукује, диспергује и синтетише наноматеријале као што су наносфере, нанокристали, наноплоче, нановлакна, наножице, честице језгра-љуске и друге сложене структуре.
Штавише, соникација се може извести у релативно кратком временском оквиру, што је велика предност у односу на друге технике дисперзије.

Предности ултразвучних дисперзатора у односу на алтернативне технологије мешања

Ултразвучни дисперзатори нуде неколико предности у односу на алтернативне технологије мешања као што су хомогенизатори високог притиска, глодање перли или мешање ротор-статор. Неке од најистакнутијих предности укључују:

• Побољшано смањење величине честица: Ултразвучни дисперзатори могу ефикасно смањити величину честица до нанометарског опсега, што није могуће са многим другим технологијама мешања. Ово их чини идеалним за апликације где је величина финих честица критична.
• Брже мешање: Ултразвучни дисперзатори могу мешати и дисперговати материјале брже од многих других технологија, што штеди време и повећава продуктивност.
• Без контаминације: Ултразвучни распршивачи не захтевају употребу медија за млевење као што су перле или перле, који загађују дисперзију абразијом.
• Бољи квалитет производа: Ултразвучни дисперзатори могу произвести уједначеније смеше и суспензије, што резултира бољим квалитетом и конзистентношћу производа. Посебно у режиму протока, дисперзиона суспензија пролази ултразвучну зону кавитације на високо контролисан начин обезбеђујући веома уједначен третман.
• Мања потрошња енергије: Ултразвучни дисперзатори обично захтевају мање енергије од других технологија, што смањује оперативне трошкове.
• Свестраност: Ултразвучни дисперзатори се могу користити за широк спектар примена, укључујући хомогенизацију, емулзификацију, дисперзију и деагломерацију. Такође могу да рукују разним материјалима, укључујући абразивне материјале, влакна, корозивне течности, па чак и гасове.

Због ових предности процеса, као и поузданости и једноставног рада, ултразвучни дисперзатори надмашују алтернативне технологије мешања, што их чини популарним избором за многе индустријске примене.

Ултразвучно дисперговање и деагломерација у било којој скали

Хиелсцхер нуди ултразвучне уређаје за дисперговање и деагломерацију било које запремине за серијску или инлине обраду. Ултразвучни лабораторијски уређаји се користе за запремине од 1,5мЛ до цца. 2Л. Индустријски ултразвучни уређаји се користе у процесу развоја и производње за серије од 0,5 до приближно 2000Л или протока од 0,1Л до 20м³ на сат.

Индустријски ултразвучни процесори компаније Хиелсцхер Ултрасоницс могу да испоруче веома високе амплитуде и на тај начин поуздано распршују и млевеју честице до нано-размера. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Предности ултразвучне дисперзије: лако се повећава

За разлику од других технологија за распршивање, ултразвук се може лако проширити од лабораторије до производне величине. Лабораторијски тестови ће вам омогућити да тачно изаберете потребну величину опреме. Када се користе у коначној скали, резултати процеса су идентични лабораторијским резултатима.

Ултрасоникатори: робусни и лаки за чишћење

Ултразвучна снага се преноси у течност преко сонотроде. Ово је типично ротирајући симетрични део, који је направљен од чврстог титанијума квалитета авиона. Ово је уједно и једини покретни / вибрирајући влажни део. То је једини део који је подложан хабању и може се лако заменити за неколико минута. Прирубнице за раздвајање осцилација омогућавају монтажу сонотроде у отворене или затворене посуде под притиском или проточне ћелије у било којој оријентацији. Лежајеви нису потребни. Сви остали влажни делови су углавном направљени од нерђајућег челика. Реактори са проточним ћелијама имају једноставну геометрију и могу се лако раставити и очистити, нпр. испирањем и брисањем. Нема малих отвора или скривених углова.

Ултразвучни чистач на месту

Ултразвук је добро познат по својим апликацијама за чишћење, као што је чишћење површина, делова. Интензитет ултразвука који се користи за дисперговање је много већи него за типично ултразвучно чишћење. Када је реч о чишћењу влажних делова ултразвучног уређаја, ултразвучна снага се може користити за помоћ при чишћењу током испирања и испирања, пошто ултразвучна/акустична кавитација уклања честице и остатке течности са сонотроде и са зидова проточне ћелије.

---

---

Литература / Референце

• 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.