Ултразвучно мокро млевење: фине честице, прецизно произведене
Соникатори Hielscher су ефикасна опрема за млевење која омогућава високоефикасно смањење величине честица, нанодисперговање и емулговање путем контролисане ултразвучне кавитације високог интензитета. Пројектовани и за истраживања и за индустријске размере, ови системи поуздано разбијају агломерате, уситњавају прахове и стварају хомогене суспензије у производњи фармацеутских и козметичких производа, наноматеријала и специјалних хемикалија.
Од грубог праха до уједначених микро- и наночестица
Соникатори Hielscher са сондом омогућавају снажно мокро млевење и фино уситњавање уз прецизну контролу – без перли, кугли или других тела за млевење. Производите хомогене суспензије са високим садржајем чврсте фазе и уском расподелом величине честица, уз скраћивање времена обраде и смањење потребне енергије.
Захваљујући прецизној контроли амплитуде и напредном простирању акустичких таласа, соникатори постижу уједначене резултате уз минималан топлотни утицај, чувајући осетљива једињења уз максималан производни капацитет и поновљивост резултата. Откријте како ултразвучно млевење може да поједностави ваш радни ток развоја формулација и побољша својства производа.
Коме је намењено ултразвучно мокро млевење?
- Произвођачима којима је потребно контролисано смањење честица до микрометарских или нанометарских величина
- Произвођачима пигмената, мастила, боја и премаза високих перформанси
- Прерађивачима керамике, минерала, цемента и металних оксида
- Стручњацима за развој фармацеутских и козметичких формулација који развијају фине суспензије
- Произвођачима батерија, катализатора и напредних материјала
- Компанијама које обрађују висококонцентроване или вискозне суспензије
- Лабораторијама које развијају поступке смањења величине честица погодне за пренос на веће размере
- Произвођачима који желе уску, уједначену расподелу величине честица
- Производним погонима који желе да избегну контаминацију перлама или куглама за млевење
- Произвођачима који желе да смање време млевења, потрошњу енергије и потребе за чишћењем
Опишите нам свој материјал, садржај чврсте фазе и циљну величину честица. Наш тим стручњака за соникацију препоручиће вам конфигурацију система за соникацију ради побољшања млевења честица.
Индустријски соникатор UIP16000hdT снаге 16.000 вати за мокро млевење пигмената и наночестица
Контролисано смањење величине честица ултразвуком велике снаге
Смањење честица до микрометарског или нанометарског опсега може да преобрази формулацију. Финије честице могу да побољшају реактивност, стабилност, површину, оптичка својства и перформансе крајњег производа. Ипак, конвенционални млинови са куглама, перлама и другим телима за млевење могу да унесу честице настале хабањем, захтевају напорно одвајање тела за млевење и тешко обезбеђују уједначену обраду при високим концентрацијама чврсте фазе. Ултразвучно мокро млевење нуди чисту алтернативу која се може контролисати.
Соникатори Hielscher са сондом преносе ултразвук високог интензитета директно у течност или суспензију. Наизменични таласи притиска стварају акустичку кавитацију: микроскопски мехурићи настају и колабирају изузетним интензитетом, стварајући млазеве течности велике брзине, ударне таласе и снажне силе смицања. Ове силе убрзавају суспендоване честице једне према другима. Настали међучестични судари, фрагментација и површинска ерозија смањују агломерате – а при довољно интензивним условима и примарне честице – до микро- и нановеличина.
Ултразвучно самлевен алуминијум-оксид трихидрат
AL(OH)3 је испоручила компанија Alcoa World Alumina LLC, Питсбург, Пенсилванија, САД. AL(OH)3 је познат и као алуминијум-трихидроксид серије ATH, Бајеров хидратисани алуминијум-оксид, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, хидраргилит или гибсит. Има тврдоћу од 2,5 до 3,5 по Мосовој скали.
Ултразвучни проточни реактори за индустријску производњу суспензија наночестица директно у производној линији.
Прецизна, поновљива и уједначена расподела величине честица
Ултразвучно млевење се може подешавати у великој мери. Оператери могу да контролишу амплитуду, унос енергије, притисак, температуру, време задржавања и проток како би их прилагодили материјалу и циљној величини честица. То чини овај процес погодним за све поступке, од благе деагломерације до интензивног финог млевења. Конфигурације са рециркулацијом и проточним ћелијама у процесној линији равномерно излажу суспензију зони кавитације, што доприноси поновљивим резултатима и уској, хомогеној расподели величине честица.
Овај ниво контроле је драгоцен за пигменте, мастила, премазе, керамику, металне оксиде, минерале, катализаторе, фармацеутске производе и друге напредне материјале код којих превелике честице или широка расподела могу да наруше квалитет. Параметри процеса утврђени у лабораторији могу се пренети у пилотску и индустријску производњу, што омогућава систематски развој и повећање размере процеса.
Обрада материјала са високим садржајем чврсте фазе без медијума за млевење
Пошто се уситњавање честица заснива на кавитацији и сударима између самих честица, нису потребне куглице, перле нити кугле за млевење. Изостављањем медијума за млевење избегава се потенцијални извор контаминације и уклања потреба за набавком, чишћењем и заменом медијума, као и за њиховим одвајањем од готове суспензије. Једноставна геометрија делова у контакту са течношћу такође олакшава чишћење и прелазак на други производ.
Hielscher соникатори могу да обрађују високо концентроване и вискозне суспензије. Висок садржај чврсте фазе значи мању количину течности којом треба руковати и, у многим случајевима, мању потребу за накнадним концентрисањем или сушењем. Такође може да појача ефекат млевења услед међусобног деловања честица повећавањем учесталости њихових судара. Ова комбинација чини ултразвучно млевење посебно привлачним за концентроване мастербеч смеше и суспензије у производној размери.
Микроскопски снимци који приказују напредовање ултразвучног млевења магента пигмената на уљној основи
Примери: мокро млевење наночестица ултразвуком велике снаге
Ултразвучно млевење је посебно погодно за обраду материјала микрометарских и нанометарских величина, као што су керамика, трихидрат алуминијум-оксида, баријум-сулфат, калцијум-карбонат и метални оксиди. Табеле у наставку приказују микроскопске снимке млевења трихидрата алуминијум-оксида (од 150 микрометара до 10 микрометара), керамике (од 30 микрометара до 2 микрометра) и натријум-карбоната (од 70 микрометара до 3 микрометра). Микроскопски снимци на овој страници приказују напредовање ултразвучног млевења на примерима денталне керамике, магента пигмената, натријум-карбоната и хидратисаног алуминијум-оксида.
Микроскопски снимци који приказују напредовање ултразвучног млевења натријум-карбоната (Na2CO3) у изопропанолу.
Боја на бази креде обрађена ултразвуком на гриндометру показује савршено уједначену деагломерацију и расподелу величине честица пигмената
Ултразвучно дисперговање обезбеђује ефикасно смањење величине честица и равномерну расподелу пигмената чађи у УВ мастилу.
Већи учинак у сваком кораку обраде
Ултразвучна енергија се доводи директно у суспензију, где се одвија смањење величине честица. Брзо деловање кавитационих сила може да скрати циклусе млевења, док ефикасно претварање електричне енергије у механичко кретање може да смањи потребу за енергијом у поређењу са конвенционалном опремом за млевење. Континуална обрада у процесној линији додатно доприноси високом производном капацитету, уједначеном квалитету и интеграцији у постојеће производне линије.
За произвођаче који теже мањим честицама, ужим расподелама, чистијој обради и ефикасном повећању размере процеса, Hielscher соникатори са сондом претварају мокро млевење у прецизно пројектован процес – од лабораторијских испитивања до континуалне индустријске производње.
Континуални рад за висок производни капацитет
Ултразвучни хомогенизатори се веома лако инсталирају и користе. Само два дела су у контакту са материјалом који се меље: титанијумска сонотрода и проточна ћелија од нерђајућег челика. Захваљујући једноставној конструкцији ултразвучне проточне ћелије, уређаји се могу брзо очистити. Пошто Hielscher ултразвучни уређаји имају веома високу ефикасност претварања електричне у механичку енергију, за ултразвучно млевење је углавном потребна мања снага него за конвенционалну опрему за млевење.
Индустријски соникатор UIP6000hdT (6kW) за истовремено дисперговање пигмената и микробну стерилизацију формулација боја и премаза на бази воде Ефекат млевења честица заснива се на интензивној ултразвучној кавитацији. При соникацији течности високим интензитетима, звучни таласи који се простиру кроз течну средину изазивају наизменичне циклусе високог притиска (компресије) и ниског притиска (разређења), чија брзина смењивања зависи од фреквенције. Током циклуса ниског притиска, ултразвучни таласи високог интензитета стварају мале вакуумске мехуриће или шупљине у течности. Када мехурићи достигну запремину при којој више не могу да апсорбују енергију, нагло колабирају током циклуса високог притиска. Ова појава се назива кавитација.
Имплозија кавитационих мехурића доводи до микротурбуленција и микромлазева брзине до 1000km/hr. Велике честице подлежу површинској ерозији (услед колапса кавитационих мехурића у околној течности) или смањењу величине (услед цепања при међусобним сударима честица или колапса кавитационих мехурића насталих на површини). То доводи до наглог убрзавања дифузије, процеса преноса масе и реакција у чврстој фази услед промене величине и структуре кристалита.
Ултразвучни процесори и проточне ћелије за дисперговање и мокро млевење прахова доступни су за лабораторијски и производни обим рада. Индустријски системи се лако могу накнадно прилагодити за рад у производној линији. За истраживање и испитивање овог процеса, као и за многе сонохемијске процесе, препоручујемо наше лабораторијске уређаје или UIP1000hd.
Нанодијаманти се могу ефикасно и поуздано дисперговати помоћу Hielscher ултразвучних уређаја.
Често постављана питања о ултразвучном мокром млевењу
Шта је ултразвучно мокро млевење?
Ултразвучно мокро млевење је процес смањења величине честица у којем се ултразвук велике снаге примењује на течну суспензију. Акустична кавитација ствара интензивне смицајне силе, ударне таласе и међусобне сударе честица који разбијају агломерате и смањују чврсте честице до микронских или нанометарских димензија.
Како соникатор са сондом смањује величину честица?
Ултразвучна сонда, односно сонотрода, преноси ултразвук високог интензитета директно у суспензију. Кавитациони мехурићи настају и колабирају, стварајући течне млазеве велике брзине који убрзавају честице једне према другима. Ови судари изазивају фрагментацију честица, површинску ерозију и ефикасну деагломерацију.
Могу ли се ултразвучним мокрим млевењем произвести наночестице?
Да. Hielscher соникатори са сондом могу се користити за контролисану микронизацију и смањење честица до нанодимензија. Достижна величина честица зависи од материјала, почетне величине честица, формулације суспензије, концентрације чврсте фазе, интензитета обраде, температуре, притиска и времена соникације.
Који материјали се могу обрађивати ултразвучним млевењем?
Ултразвучно мокро млевење је погодно за пигменте, мастила, керамику, металне оксиде, минерале, цемент, катализаторе, материјале за батерије, фармацеутске производе, козметику и напредне наноматеријале. Њиме се могу обрађивати честице суспендоване у води, растварачима, уљима, смолама и другим компатибилним течним срединама.
Да ли ултразвучно млевење захтева куглице или кугле за млевење?
Не. Ултразвучно смањење величине честица не захтева конвенционална средства за млевење. Судари честица изазвани кавитацијом обезбеђују ефекат млевења. Изостављање куглица и кугли смањује ризик од контаминације средствима за млевење и уклања потребу за њиховим издвајањем, чишћењем, заменом и одлагањем.
Могу ли Hielscher соникатори да обрађују суспензије са високим садржајем чврсте фазе?
Да. Hielscher ултразвучни процесори могу да обрађују висококонцентроване и вискозне суспензије. Висок садржај чврсте фазе смањује запремину течности која се мора обрадити и може да појача сударе између честица, што ултразвучно млевење чини привлачним за концентроване суспензије и производњу мастербача.
Да ли ултразвучно млевење даје уску расподелу величине честица?
Равномерно излагање зони ултразвучне кавитације доприноси уској и хомогеној расподели величине честица. Рециркулација и континуална проточна обрада помажу да се обезбеди уједначена обрада целокупне суспензије, уз смањење броја превеликих или недовољно обрађених честица.
Који параметри ултразвучног млевења се могу контролисати?
Важни параметри обухватају амплитуду ултразвука, унос енергије, притисак, температуру, проток, време задржавања и концентрацију чврсте фазе. Прецизна контрола омогућава прилагођавање процеса за благу деагломерацију, интензивно фино млевење или поновљиво нанодисперговање.
Да ли је ултразвучно мокро млевење енергетски ефикасно?
Ултразвучна енергија преноси се директно у суспензију, где долази до смањења величине честица. Брзо дејство кавитационих сила може да скрати циклусе обраде и смањи потребу за енергијом у поређењу са неким конвенционалним методама млевења. Стварна потрошња енергије зависи од материјала, циљне величине честица, производног капацитета и конфигурације процеса.
Може ли се ултразвучно млевење одвијати континуално?
Да. Hielscher соникатори могу се интегрисати са реакторима са проточним ћелијама за континуално проточно мокро млевење. Проточна обрада омогућава контролисано време задржавања, уједначен квалитет производа, висок производни капацитет и једноставну интеграцију у постојеће индустријске производне линије.
Може ли се процес ултразвучног млевења пренети на већи обим?
Ултразвучно млевење може се развити помоћу лабораторијског соникатора и пренети на пилотску или индустријску опрему уз примену дефинисаних параметара процеса и специфичног уноса енергије. Hielscher нуди соникаторе са сондом за испитивања у малом обиму, развој процеса и континуалну комерцијалну производњу.
Како да изаберем одговарајући Hielscher соникатор?
Избор соникатора зависи од материјала, запремине суспензије, садржаја чврсте фазе, вискозности, почетне величине честица, потребне коначне величине и жељеног производног капацитета. Пробно млевење може помоћи у одређивању оптималне амплитуде, потребне енергије, геометрије сонде и шаржне или проточне конфигурације.
Сазнајте више о Hielscher лабораторији за процесе за ваша испитивања изводљивости и оптимизацију процеса.
Литература / Референце
- 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
Микроскопски снимци који приказују напредак ултразвучног млевења денталне керамике