Ultrasonik Islak Öğütme: İnce Parçacıklar, Hassas Mühendislik
Hielscher sonikatörleri, kontrollü ve yüksek yoğunluklu ultrasonik kavitasyon yoluyla yüksek verimli parçacık boyutu küçültme, nano-dispersiyon ve emülsifikasyon için etkili öğütme ekipmanlarıdır. Hem araştırma hem de endüstriyel ölçekte kullanılmak üzere tasarlanan bu sistemler, ilaç, kozmetik, nanomalzemeler ve özel kimyasallar gibi alanlarda aglomeraları güvenilir bir şekilde parçalar, tozları inceltir ve homojen süspansiyonlar oluşturur.
Kaba Tozdan Tekdüze Mikro ve Nanopartiküllere
Hielscher prob tipi ultrasonik cihazlar, güçlü ve hassas bir şekilde kontrol edilebilen ıslak öğütme ve ince öğütme sağlar – boncuk, top veya diğer öğütme yardımcı maddeleri kullanılmadan. İşleme süresini kısaltırken ve enerji ihtiyacını azaltırken, dar parçacık boyutu dağılımına sahip homojen, yüksek katı madde içerikli bulamalar üretin.
Sonikasyon cihazları, hassas genlik kontrolü ve gelişmiş akustik dalga yayılımından yararlanarak, minimum termal etkiyle homojen sonuçlar elde eder; hassas bileşikleri korurken iş hacmini ve tekrarlanabilirliği en üst düzeye çıkarır. Ultrasonik öğütmenin formülasyon iş akışınızı nasıl kolaylaştırabileceğini ve ürün performansını nasıl artırabileceğini keşfedin.
Ultrasonik Islak Öğütme Yöntemini Kimler Kullanmalıdır?
- Mikron veya nanometre boyutuna kadar kontrollü partikül azaltımı gerektiren üreticiler
- Pigment, mürekkep, boya ve yüksek performanslı kaplama üreticileri
- Seramik, mineral, çimento ve metal oksit işleme makineleri
- İnce süspansiyonlar geliştiren ilaç ve kozmetik formülatörleri
- Pil, katalizör ve ileri teknoloji malzemeleri üreticileri
- Yüksek konsantrasyonlu veya viskoz çamurları işleyen şirketler
- Ölçeklenebilir parçacık boyutu küçültme süreçleri geliştiren laboratuvarlar
- Dar ve tekdüze bir parçacık boyutu dağılımı arayan üreticiler
- Öğütme boncukları veya bilyelerinden kaynaklanan kirlenmeyi önlemek isteyen işletmeler
- Değirmencilik süresini, enerji tüketimini ve temizlik gereksinimlerini azaltmayı hedefleyen üreticiler
Kullandığınız malzeme, katı madde yükü ve hedef parçacık boyutu hakkında bize bilgi verin. Sonikasyon uzman ekibimiz, daha etkili parçacık öğütme için size uygun bir sonikasyon düzeni önerecektir.
Endüstriyel 16.000 watt'lık sonikasyon cihazı UIP16000hdT pigmentlerin ve nanopartiküllerin ıslak öğütülmesi için
Güçlü Ultrason ile Kontrollü Parçacık Boyutu Küçültme
Parçacıkları mikron veya nanometre aralığına indirmek, bir formülasyonu kökten değiştirebilir. Daha ince parçacıklar, reaktiviteyi, kararlılığı, yüzey alanını, optik özellikleri ve nihai ürün performansını iyileştirebilir. Bununla birlikte, geleneksel bilyalı, boncuklu ve ortamlı değirmenler aşınma parçacıkları oluşturabilir, zahmetli bir ortam ayırma işlemi gerektirebilir ve yüksek katı madde konsantrasyonlarında tutarlı bir işleme sağlamak konusunda zorluk yaşayabilir. Ultrasonik ıslak öğütme, temiz ve kontrol edilebilir bir alternatif sunar.
Hielscher prob tipi sonikatörler, yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarını doğrudan bir sıvıya veya bulamaca iletir. Değişken basınç dalgaları akustik kavitasyon oluşturur: mikroskobik kabarcıklar aşırı yoğunlukta oluşur ve çöker; bu da yüksek hızlı sıvı fıskiyeleri, şok dalgaları ve güçlü kesme kuvvetleri oluşturur. Bu kuvvetler, süspansiyon halindeki parçacıkları birbirlerine doğru hızlandırır. Bunun sonucunda meydana gelen parçacıklar arası çarpışmalar, parçalanma ve yüzey aşınması, aglomeratları azaltır. – ve yeterince yoğun koşullar altında, birincil parçacıklar – mikro ve nano boyutlara kadar.
Ultrasonik yöntemle öğütülmüş alümina trihidrat
AL(OH)₃, Alcoa World Alumina LLC (Pittsburgh, PA, ABD) tarafından temin edilmiştir. AL(OH)3, Alüminyum Trihidroksit ATH Serisi, Bayer Hidratlı Alümina, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hidragillit veya Gibbsit olarak da bilinir. Mohs sertliği’ 2,5 ile 3,5 arasındaki sertlik.
Nanopartikül bulamaçlarının endüstriyel hat içi üretimi için ultrasonik akış reaktörleri.
Hassas, Tekrarlanabilir ve Tekdüze Parçacık Boyut Dağılımı
Ultrasonik öğütme, son derece ayarlanabilir bir işlemdir. Operatörler, malzemeye ve hedeflenen parçacık boyutuna uygun olacak şekilde genlik, enerji girişi, basınç, sıcaklık, kalma süresi ve akış hızını kontrol edebilir. Bu özellik, işlemi hafif topak çözme işlemlerinden yoğun ince öğütmeye kadar her türlü uygulamaya uygun hale getirir. Devridaim ve sıralı akış hücresi konfigürasyonları, bulamacı kavitasyon bölgesine eşit bir şekilde maruz bırakarak tekrarlanabilir sonuçlar ve dar, homojen bir parçacık boyutu dağılımı sağlar.
Bu kontrol düzeyi, aşırı büyük partiküllerin veya geniş dağılımın kaliteyi olumsuz etkileyebileceği pigmentler, mürekkepler, kaplamalar, seramikler, metal oksitler, mineraller, katalizörler, ilaçlar ve diğer ileri düzey malzemeler için büyük önem taşır. Laboratuvarda belirlenen proses parametreleri, pilot ve endüstriyel üretime aktarılabilir; bu da sistematik geliştirme ve ölçek büyütme imkânı sağlar.
Öğütme Malzemesi Kullanılmadan Yüksek Katı Madde İçerikli İşleme
Parçacıkların küçültülmesi, kavitasyon ve parçacıklar arasındaki çarpışmalar yoluyla gerçekleştiği için, boncuklara, incilere veya öğütme bilyelerine gerek yoktur. Öğütme ortamının ortadan kaldırılması, potansiyel bir kirlenme kaynağını önler ve bu ortamın satın alınması, temizlenmesi, değiştirilmesi ve bitmiş bulamaktan ayrılması gerekliliğini ortadan kaldırır. Basit ıslak geometri ayrıca temizliği ve ürün değişimini kolaylaştırır.
Hielscher ultrasonik cihazları, yüksek konsantrasyonlu ve viskoz bulamacı işleyebilir. Yüksek katı madde yükü, işlenecek sıvı miktarının azalması ve çoğu durumda sonraki aşamalarda konsantrasyon veya kurutma işlemlerinin azalması anlamına gelir. Ayrıca, parçacık çarpışmalarının sıklığını artırarak parçacıklar arası öğütme etkisini güçlendirebilir. Bu kombinasyon, ultrasonik öğütmeyi özellikle konsantre masterbatch'ler ve üretim ölçeğindeki süspansiyonlar için cazip hale getirir.
Yağ bazlı magenta pigmentlerinin ultrasonik öğütme sürecini gösteren mikroskop görüntüleri
Örnekler: Güçlü Ultrason ile Nano Parçacıkların Islak Öğütülmesi
Ultrasonik öğütme, özellikle seramik, alümina trihidrat, baryum sülfat, kalsiyum karbonat ve metal oksitler gibi mikron ve nano boyutlu malzemelerin işlenmesi için uygundur. Aşağıdaki tablolar, alümina trihidratın (150 mikrondan 10 mikrona kadar), seramiklerin (30 mikrondan 2 mikrona kadar) ve sodyum karbonatın (70 mikrondan 3 mikrona kadar) öğütülmesine ait mikroskobik görüntüleri göstermektedir. Bu sayfadaki mikroskobik görüntüler, diş seramikleri, magenta pigmentleri, sodyum karbonat ve hidratlanmış alümina örnekleri üzerinden ultrasonik öğütme işleminin ilerleyişini göstermektedir.
İzopropanol içinde sodyum karbonatın (Na₂CO₃) ultrasonik öğütülme sürecini gösteren mikroskop görüntüleri.
Grindometre üzerindeki sonikasyonlu tebeşir boyası, pigmentlerin mükemmel bir şekilde homojen deagglomeration ve partikül boyutu dağılımını gösterir
Ultrasonik dispersiyon, UV mürekkebinde etkili bir partikül boyutu küçültme ve karbon siyahı pigmentlerinin homojen dağılımını sağlar.
Her İşleme Aşamasında Daha Fazla Verim
Ultrasonik enerji, parçacık boyutunun küçültülmesinin gerçekleştiği çamurun içine doğrudan iletilir. Hızlı kavitasyon kuvvetleri öğütme döngülerini kısaltabilirken, elektrik enerjisinin mekanik harekete verimli bir şekilde dönüştürülmesi, geleneksel öğütme ekipmanlarına kıyasla enerji ihtiyacını azaltabilir. Sürekli hat içi işleme ise yüksek üretim kapasitesini, tutarlı kaliteyi ve mevcut üretim hatlarına entegrasyonu daha da destekler.
Daha küçük parçacıklar, daha dar dağılım aralıkları, daha temiz işleme ve verimli ölçek büyütme arayan üreticiler için, Hielscher prob tipi sonikatörler ıslak öğütme işlemini hassas bir şekilde tasarlanmış bir sürece dönüştürür – laboratuvar denemelerinden sürekli endüstriyel üretime.
Yüksek İşlem Kapasitesi için Kesintisiz Çalışma
Ultrasonik homojenizatörlerin kurulumu ve kullanımı son derece kolaydır. Öğütülecek malzemeyle temas eden yalnızca iki parça vardır: titanyum sonotrod ve paslanmaz çelik akış hücresi. Ultrasonik akış hücresinin basit tasarımı sayesinde, üniteler hızlı bir şekilde temizlenebilir. Hielscher ultrasonik cihazları, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmede çok yüksek verimliliğe sahip olduğundan, ultrasonik öğütme için geleneksel öğütme ekipmanlarına kıyasla genellikle daha az güç gerekir.
Su bazlı boya ve kaplama formülasyonlarında eşzamanlı pigment dispersiyonu ve mikrobiyal sterilizasyon için endüstriyel ultrasonik cihaz UIP6000hdT (6 kW) [/caption]Parçacık öğütme etkisi, yoğun ultrasonik kavitasyona dayanmaktadır. Sıvılar yüksek yoğunlukta ultrasonik işlemden geçirildiğinde, sıvı ortama yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı olarak değişen hızlarda, yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (seyreltme) döngülerinin dönüşümlü olarak oluşmasına neden olur. Düşük basınç döngüsü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvı içinde küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar artık enerji ememeyecekleri bir hacme ulaştıklarında, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu olaya kavitasyon denir.
Kavitasyon kabarcıklarının patlaması, mikro türbülanslara ve 1000 km/saate kadar mikro jetlere neden olur. Büyük parçacıklar yüzey erozyonuna (çevredeki sıvıda kavitasyon çökmesi yoluyla) veya parçacık boyutunun küçülmesine (parçacıklar arası çarpışma yoluyla fisyon veya yüzeyde oluşan kavitasyon kabarcıklarının çökmesi nedeniyle) maruz kalır. Bu, kristalit boyutu ve yapı değişikliği nedeniyle difüzyonun, kütle transfer süreçlerinin ve katı faz reaksiyonlarının keskin bir şekilde hızlanmasına yol açar.
Tozların dispersiyonu ve ıslak öğütülmesi için ultrasonik işleyiciler ve akış hücreleri, laboratuvar ve üretim düzeyinde mevcuttur. Endüstriyel sistemler, hat içi çalışacak şekilde kolayca uyarlanabilir. Bu işlemin araştırılması ve test edilmesi ile birçok sonokimyasal işlem için laboratuvar cihazlarımızı veya UIP1000hd modelini öneririz.
Nanodiamonds, Hielscher ultrasonicators kullanılarak verimli ve güvenilir bir şekilde dağıtılabilir.
Ultrasonik Islak Öğütme Hakkında Sıkça Sorulan Sorular
Ultrasonik ıslak öğütme nedir?
Ultrasonik ıslak öğütme, sıvı bir bulamaca yüksek güçlü ultrason uygulanan bir parçacık boyutu küçültme işlemidir. Akustik kavitasyon, aglomeraları parçalayan ve katı parçacıkları mikron veya nanometre boyutlarına indiren yoğun kesme kuvvetleri, şok dalgaları ve parçacıklar arası çarpışmalar oluşturur.
Prob tipi ultrasonik cihaz, parçacık boyutunu nasıl küçültür?
Ultrasonik prob, ya da sonotrod, yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarını doğrudan bulamaç içine aktarır. Kavitasyon kabarcıkları oluşup çökerken, parçacıkları birbirlerine doğru hızlandıran yüksek hızlı sıvı püskürmeleri oluşturur. Bu çarpışmalar, parçacıkların parçalanmasına, yüzey aşınmasına ve etkili bir şekilde topakların parçalanmasına neden olur.
Ultrasonik ıslak öğütme ile nanopartiküller üretilebilir mi?
Evet. Hielscher prob tipi sonikasyon cihazları, kontrollü mikronizasyon ve nano boyutlandırma işlemleri için kullanılabilir. Elde edilebilen parçacık boyutu, malzemeye, başlangıçtaki parçacık boyutuna, bulamaç formülasyonuna, katı madde konsantrasyonuna, işleme yoğunluğuna, sıcaklığa, basınca ve sonikasyon süresine bağlıdır.
Ultrasonik öğütme ile hangi malzemeler işlenebilir?
Ultrasonik ıslak öğütme, pigmentler, mürekkepler, seramikler, metal oksitler, mineraller, çimento, katalizörler, pil malzemeleri, ilaçlar, kozmetik ürünleri ve gelişmiş nanomalzemeler için uygundur. Su, çözücüler, yağlar, reçineler ve diğer uyumlu sıvı ortamlarda süspansiyon halinde bulunan parçacıkları işleyebilir.
Ultrasonik öğütme işlemi için öğütme boncukları veya bilyeleri gerekli midir?
Hayır. Ultrasonik parçacık boyutunun küçültülmesi işlemi, geleneksel öğütme malzemelerine ihtiyaç duymaz. Kavitasyon kaynaklı parçacık çarpışmaları, öğütme etkisini sağlar. Boncuk ve bilyelerin ortadan kaldırılması, öğütme malzemeleriyle ilgili kontaminasyon riskini azaltır ve bu malzemelerin ayrıştırılması, temizlenmesi, değiştirilmesi ve bertaraf edilmesi gerekliliğini ortadan kaldırır.
Hielscher ultrasonik cihazları, yüksek katı madde içeriğine sahip bulamacı işleyebilir mi?
Evet. Hielscher ultrasonik işleyiciler, yüksek konsantrasyonlu ve viskoz süspansiyonları işleyebilir. Yüksek katı madde yükü, işlenmesi gereken sıvı hacmini azaltır ve parçacıklar arası çarpışmaları yoğunlaştırabilir; bu da ultrasonik öğütmeyi, konsantre çamurlar ve masterbatch üretimi için cazip hale getirir.
Ultrasonik öğütme, dar bir parçacık boyutu dağılımı sağlar mı?
Ultrasonik kavitasyon bölgesine eşit şekilde maruz kalma, dar ve homojen bir parçacık boyutu dağılımını destekler. Geri dönüşüm ve sürekli hat içi işleme, tüm bulamacın tutarlı bir şekilde işlenmesini sağlarken, boyut sınırlarını aşan veya yeterince işlenmemiş parçacıkların sayısını azaltır.
Hangi ultrasonik frezeleme parametreleri kontrol edilebilir?
Önemli parametreler arasında ultrasonik genlik, enerji girişi, basınç, sıcaklık, akış hızı, kalma süresi ve katı madde konsantrasyonu yer almaktadır. Hassas kontrol sayesinde, işlem, nazik deaglomerasyon, yoğun ince öğütme veya tekrarlanabilir nano-dispersiyon için ayarlanabilmektedir.
Ultrasonik ıslak öğütme enerji açısından verimli midir?
Ultrasonik enerji, parçacık boyutunun küçültüldüğü bulamaç içine doğrudan aktarılır. Hızlı kavitasyon kuvvetleri, bazı geleneksel öğütme yöntemlerine kıyasla işleme döngülerini kısaltabilir ve enerji ihtiyacını azaltabilir. Gerçek enerji tüketimi, malzemeye, hedeflenen parçacık boyutuna, üretim kapasitesine ve proses yapılandırmasına bağlıdır.
Ultrasonik öğütme işlemi kesintisiz olarak yürütülebilir mi?
Evet. Hielscher sonikatörleri, sürekli hat içi ıslak öğütme için akış hücreli reaktörlere entegre edilebilir. Hat içi işleme, kontrollü kalma süresi, tutarlı ürün kalitesi, yüksek verim ve mevcut endüstriyel üretim hatlarına kolay entegrasyon sağlar.
Ultrasonik öğütme işlemi daha büyük ölçekte uygulanabilir mi?
Ultrasonik öğütme işlemi, laboratuvar tipi bir sonikatör ile geliştirilebilir ve tanımlanmış proses parametreleri ile belirli bir enerji girdisi kullanılarak pilot veya endüstriyel ekipmanlara aktarılabilir. Hielscher, küçük ölçekli testler, proses geliştirme ve sürekli ticari üretim için prob tipi sonikatörler sunmaktadır.
Doğru Hielscher sonikatörünü nasıl seçebilirim?
Sonicator seçimi, malzemeye, bulamaç hacmine, katı madde yüküne, viskoziteye, başlangıç parçacık boyutuna, istenen nihai boyuta ve hedeflenen üretim kapasitesine bağlıdır. Bir öğütme denemesi, optimum genlik, enerji gereksinimi, prob geometrisi ve parti bazlı veya hat içi konfigürasyonun belirlenmesine yardımcı olabilir.
Fizibilite testleriniz ve proses optimizasyonunuz için Hielscher proses laboratuvarı hakkında daha fazla bilgi edinin.
Literatür / Referanslar
- 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
Diş seramiğinin ultrasonik frezeleme sürecini gösteren mikroskop görüntüleri