การบดเปียกด้วยคลื่นอัลตราโซนิก: อนุภาคขนาดเล็ก ออกแบบอย่างแม่นยำ

เครื่องโซนิเคเตอร์ Hielscher เป็นอุปกรณ์บดที่มีประสิทธิภาพสูง สำหรับการลดขนาดอนุภาค การกระจายอนุภาคในระดับนาโน และการทำอิมัลชัน ด้วยกระบวนการคาวิเทชันอัลตราโซนิกที่มีความเข้มข้นสูงและสามารถควบคุมได้ ระบบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานทั้งในระดับการวิจัยและระดับอุตสาหกรรม สามารถสลายก้อนรวมตัว ปรับปรุงคุณภาพผง และสร้างสารแขวนลอยที่สม่ำเสมอได้อย่างน่าเชื่อถือ ในอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง วัสดุนาโน และสารเคมีพิเศษ

จากผงหยาบสู่อนุภาคไมโครและนาโนที่มีขนาดสม่ำเสมอ

เครื่องโซนิเคเตอร์แบบหัววัดของ Hielscher ให้ประสิทธิภาพการบดแบบเปียกและการบดละเอียดที่ทรงพลังและสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ – โดยไม่ใช้ลูกปัด ลูกบอล หรือวัสดุบดอื่น ๆ สามารถผลิตสลิวรีที่มีเนื้อเดียวกันและปริมาณสารแข็งสูง พร้อมทั้งมีการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบ พร้อมทั้งลดเวลาการประมวลผลและลดความต้องการพลังงาน
ด้วยการใช้การควบคุมความกว้างคลื่นอย่างแม่นยำและเทคโนโลยีการแพร่กระจายคลื่นเสียงขั้นสูง เครื่องโซนิเคเตอร์จึงให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอพร้อมผลกระทบทางความร้อนที่น้อยที่สุด ช่วยรักษาสารประกอบที่ไวต่อความร้อนไว้ได้ พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและความสามารถในการทำซ้ำได้สูงสุด ค้นพบว่าการบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงกระบวนการพัฒนาสูตรของคุณให้ราบรื่นขึ้น และยกระดับประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ได้อย่างไร

ใครควรใช้การบดเปียกด้วยคลื่นอัลตราโซนิก?

• ผู้ผลิตที่ต้องการควบคุมการลดขนาดอนุภาคให้เหลือระดับไมครอนหรือนาโนเมตร
• ผู้ผลิตสีเม็ดสี หมึก สีทา และสารเคลือบประสิทธิภาพสูง
• เครื่องแปรรูปเซรามิก แร่ ซีเมนต์ และออกไซด์ของโลหะ
• ผู้พัฒนาสูตรยาและเครื่องสำอางที่พัฒนาสารแขวนลอยละเอียด
• ผู้ผลิตแบตเตอรี่ ตัวเร่งปฏิกิริยา และวัสดุขั้นสูง
• บริษัทที่ดำเนินการแปรรูปสารแขวนลอยที่มีความเข้มข้นสูงหรือมีความหนืดสูง
• ห้องปฏิบัติการที่พัฒนากระบวนการลดขนาดอนุภาคที่สามารถขยายขนาดได้
• ผู้ผลิตที่ต้องการการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบและสม่ำเสมอ
• กระบวนการผลิตที่ต้องการหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากลูกปัดหรือลูกบอลสำหรับการบด
• ผู้ผลิตที่ต้องการลดเวลาการบด การใช้พลังงาน และความต้องการในการทำความสะอาด

การลดขนาดอนุภาคอย่างควบคุมด้วยอัลตราซาวนด์กำลังสูง

การลดขนาดอนุภาคให้อยู่ในระดับไมครอนหรือนาโนเมตรสามารถเปลี่ยนแปลงสูตรผลิตภัณฑ์ได้อย่างสิ้นเชิง อนุภาคที่ละเอียดขึ้นสามารถปรับปรุงความไวต่อการเกิดปฏิกิริยา ความเสถียร พื้นที่ผิว คุณสมบัติทางแสง และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์สุดท้าย อย่างไรก็ตาม เครื่องบดแบบลูกบอล ลูกบีด และเครื่องบดแบบมีเดียแบบดั้งเดิมอาจก่อให้เกิดอนุภาคจากการสึกหรอ ต้องใช้กระบวนการแยกมีเดียที่ยุ่งยาก และมีความยากลำบากในการให้ผลการบดที่สม่ำเสมอเมื่อมีความเข้มข้นของสารแข็งสูง การบดเปียกด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่สะอาดและสามารถควบคุมได้
เครื่องสร้างคลื่นเสียงแบบโพรบของ Hielscher ส่งคลื่นเสียงความเข้มสูงเข้าไปในของเหลวหรือสารแขวนลอยโดยตรง คลื่นความดันที่สลับกันก่อให้เกิดปรากฏการณ์คาวิเทชันทางเสียง: ฟองอากาศขนาดไมโครสโคปิกก่อตัวและยุบตัวด้วยความรุนแรงสูงมาก จนก่อให้เกิดลำของเหลวความเร็วสูง คลื่นกระแทก และแรงเฉือนที่ทรงพลัง แรงเหล่านี้ทำให้อนุภาคที่แขวนลอยเร่งความเร็วและชนกัน การชนกันระหว่างอนุภาค การแตกเป็นชิ้นเล็ก และการกัดกร่อนผิวที่เกิดขึ้น ช่วยลดการรวมตัวเป็นก้อน – และ ในสภาพที่มีความเข้มข้นเพียงพอ อนุภาคปฐมภูมิ – จนถึงระดับไมโครและนาโน
 

อะลูมินาไตรไฮเดรตที่ผ่านกระบวนการบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
AL(OH)3 ได้รับการจัดหาจาก Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA. AL(OH)3 ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ Aluminum Trihydroxide ATH Series, Bayer Hydrated Alumina, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hydragyllite หรือ Gibbsite โดยมีค่าความแข็งตามมาตราส่วนโมห์ส’ ความแข็งระหว่าง 2.5 ถึง 3.5.

การกระจายขนาดอนุภาคที่แม่นยำ สามารถทำซ้ำได้ และสม่ำเสมอ

การบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีความยืดหยุ่นสูง ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมแอมพลิจูด ปริมาณพลังงานที่ป้อนเข้า ความดัน อุณหภูมิ เวลาพัก และอัตราการไหล เพื่อให้เหมาะสมกับวัสดุและขนาดอนุภาคที่ต้องการ ซึ่งทำให้กระบวนการนี้เหมาะสำหรับทุกขั้นตอน ตั้งแต่การแยกก้อนอย่างเบามือ ไปจนถึงการบดละเอียดอย่างเข้มข้น การจัดระบบการหมุนเวียนและเซลล์ไหลแบบอินไลน์ช่วยให้สารแขวนลอยสัมผัสกับเขตคาวิเทชันอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยสร้างผลลัพธ์ที่ซ้ำได้และให้การกระจายขนาดอนุภาคที่แคบและสม่ำเสมอ
ระดับการควบคุมนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับสารสี หมึก ชั้นเคลือบ เซรามิก ออกไซด์ของโลหะ แร่ ตัวเร่งปฏิกิริยา ยา และวัสดุขั้นสูงอื่น ๆ ซึ่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินไปหรือการกระจายขนาดอนุภาคที่กว้างอาจส่งผลให้คุณภาพลดลง พารามิเตอร์กระบวนการที่กำหนดขึ้นในห้องปฏิบัติการสามารถนำไปใช้ในขั้นตอนการผลิตแบบทดลองและระดับอุตสาหกรรมได้ ซึ่งช่วยให้สามารถพัฒนาและขยายขนาดการผลิตได้อย่างเป็นระบบ

กระบวนการผลิตที่มีปริมาณสารแข็งสูงโดยไม่ใช้สื่อบด

เนื่องจากการลดขนาดอนุภาคเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์คาวิเทชันและการชนกันระหว่างอนุภาคเอง จึงไม่จำเป็นต้องใช้ลูกปัด ลูกมุก หรือลูกบด การไม่ใช้สื่อบดช่วยหลีกเลี่ยงแหล่งที่มาของการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้น และไม่จำเป็นต้องซื้อ ทำความสะอาด เปลี่ยน และแยกสื่อบดออกจากสารละลายที่เสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้ รูปทรงที่สัมผัสกับของเหลวอย่างเรียบง่ายยังช่วยให้การทำความสะอาดและการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์เป็นไปอย่างสะดวก
เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher สามารถประมวลผลสารแขวนลอยที่มีความเข้มข้นสูงและมีความหนืดได้ การมีปริมาณสารแข็งสูงหมายความว่าปริมาณของเหลวที่ต้องจัดการน้อยลง และในหลายกรณี ยังช่วยลดขั้นตอนการเข้มข้นหรือการอบแห้งในขั้นตอนต่อไปได้อีกด้วย นอกจากนี้ ยังช่วยเสริมสร้างประสิทธิภาพการบดระหว่างอนุภาคได้ด้วยการเพิ่มความถี่ของการชนกันของอนุภาค การผสมผสานนี้ทำให้การบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับมาสเตอร์แบตช์ที่มีความเข้มข้นสูงและสารแขวนลอยในระดับการผลิต
 

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์ที่แสดงขั้นตอนการบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกของเม็ดสีมาเจนตาแบบน้ำมัน

ตัวอย่าง: การบดเปียกอนุภาคนาโนด้วยอัลตราโซนิกกำลังสูง

การบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลวัสดุที่มีขนาดไมครอนและนาโน เช่น เซรามิก อลูมินาไตรไฮเดรต แบเรียมซัลเฟต แคลเซียมคาร์บอเนต และออกไซด์ของโลหะ ตารางด้านล่างแสดงภาพไมโครสโคปิกของการบดอลูมินาไตรไฮเดรต (จาก 150 ไมครอนลงถึง 10 ไมครอน), เซรามิก (จาก 30 ไมครอนลงถึง 2 ไมครอน) และโซเดียมคาร์บอเนต (จาก 70 ไมครอนลงถึง 3 ไมครอน) ภาพไมโครสโคปบนหน้านี้แสดงขั้นตอนการบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกผ่านตัวอย่างของเซรามิกส์ทันตกรรม, พิกเมนต์สีแมเจนตา, โซเดียมคาร์บอเนต และอะลูมินาไฮเดรต
 

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์ที่แสดงความคืบหน้าของการบดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกของโซเดียมคาร์บอเนต (Na₂CO₃) ในไอโซโพรพานอล

ผลผลิตมากขึ้นในทุกขั้นตอนการแปรรูป

พลังงานอัลตราโซนิกถูกส่งตรงเข้าสู่สารแขวนลอย ซึ่งที่นั่นเกิดการลดขนาดอนุภาค แรงคาวิเทชันที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วสามารถลดระยะเวลาการบดได้ ในขณะที่การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแรงกลอย่างมีประสิทธิภาพสามารถลดความต้องการพลังงานเมื่อเทียบกับอุปกรณ์บดแบบดั้งเดิม การประมวลผลแบบต่อเนื่องในสายการผลิตยังช่วยเพิ่มปริมาณการผลิตได้สูง รักษาคุณภาพให้คงที่ และสามารถบูรณาการเข้ากับสายการผลิตที่มีอยู่ได้
สำหรับผู้ผลิตที่ต้องการอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า การกระจายขนาดอนุภาคที่แคบกว่า กระบวนการผลิตที่สะอาดกว่า และการขยายขนาดการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องสร้างคลื่นเสียงแบบโพรบของ Hielscher ช่วยเปลี่ยนกระบวนการบดแบบเปียกให้กลายเป็นกระบวนการที่ได้รับการออกแบบอย่างแม่นยำ – จากการทดลองในห้องปฏิบัติการสู่การผลิตอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง

การทำงานต่อเนื่องเพื่อความเร็วในการประมวลผลสูง

เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกติดตั้งและใช้งานได้ง่ายมาก มีเพียงสองส่วนเท่านั้นที่สัมผัสกับวัสดุที่จะถูกบด ได้แก่ โซโนโทรดไทเทเนียมและเซลล์ไหลทำจากสแตนเลสสตีล ด้วยดีไซน์ที่เรียบง่ายของเซลล์ไหลอัลตราโซนิก ทำให้สามารถทำความสะอาดเครื่องได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher มีประสิทธิภาพสูงมากในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล จึงมักต้องการพลังงานน้อยกว่าในการบดด้วยอัลตราโซนิกเมื่อเทียบกับอุปกรณ์บดแบบดั้งเดิม

เครื่องโซนิเคเตอร์อุตสาหกรรม UIP6000hdT (6kW) สำหรับการกระจายเม็ดสีและการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ในสูตรสีและสารเคลือบแบบน้ำพร้อมกัน [/caption]ผลของการบดอนุภาคเกิดจากปรากฏการณ์คาวิเทชันด้วยคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูง เมื่อใช้คลื่นเสียงความเข้มสูงกับของเหลว คลื่นเสียงที่แพร่กระจายเข้าไปในตัวกลางของเหลวจะก่อให้เกิดวงจรความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ำ (การขยายตัว) สลับกัน โดยความถี่ของวงจรนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นเสียง ในช่วงรอบความดันต่ำ คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงจะสร้างฟองสุญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองสุญญากาศมีปริมาตรที่ไม่อาจดูดซับพลังงานได้อีก มันจะยุบตัวอย่างรุนแรงในช่วงรอบความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเกิดคาวิเทชัน
การระเบิดของฟองอากาศส่งผลให้เกิดความปั่นป่วนขนาดเล็กและไมโครเจ็ทสูงถึง 1,000 กม./ชม. อนุภาคขนาดใหญ่อาจมีการกัดเซาะพื้นผิว (ผ่านการยุบตัวของโพรงอากาศในของเหลวโดยรอบ) หรือการลดขนาดอนุภาค (เนื่องจากการแตกตัวผ่านการชนกันระหว่างอนุภาคหรือการยุบตัวของฟองอากาศที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว) สิ่งนี้นําไปสู่การเร่งการแพร่กระจายอย่างรวดเร็วกระบวนการถ่ายโอนมวลและปฏิกิริยาเฟสของแข็งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขนาดและโครงสร้างของผลึก

มีเครื่องประมวลผลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและเซลล์ไหล (flow cells) สำหรับการกระจายตัวและการบดเปียกของผง ให้ใช้ทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและระดับการผลิต ระบบอุตสาหกรรมสามารถปรับแต่งให้ทำงานแบบอินไลน์ได้อย่างง่ายดาย สำหรับการวิจัยและการทดสอบกระบวนการนี้ รวมถึงกระบวนการทางโซโนเคมีอื่นๆ อีกมากมาย เราขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการของเรา หรือเครื่อง UIP1000hd

นาโนไดมอนด์สามารถกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher

วรรณกรรม / อ้างอิง