Ultratovushli nam maydalash: aniq loyihalashtirilgan mayda zarrachalar

Hielscher ultratovush qurilmalari boshqariladigan, yuqori intensivlikdagi ultratovush kavitatsiyasi orqali zarrachalar oʻlchamini yuqori samaradorlik bilan kichraytirish, nanodisperslash va emulsiyalash uchun samarali maydalash uskunalaridir. Ham tadqiqotlar, ham sanoat miqyosi uchun ishlab chiqilgan bu tizimlar farmatsevtika, kosmetika, nanomateriallar va maxsus kimyoviy moddalar sohalarida aglomeratlarni ishonchli parchalaydi, kukunlarni mayinlashtiradi va bir jinsli suspenziyalar hosil qiladi.

Yirik kukundan bir xil mikro- va nanozarrachalargacha

Hielscher zondli ultratovush qurilmalari donachalar, sharlar yoki boshqa maydalovchi jismlarsiz kuchli va aniq boshqariladigan nam maydalash hamda mayin yanchishni taʼminlaydi. Ishlov berish vaqtini qisqartirib va energiyaga ehtiyojni kamaytirib, zarrachalar oʻlchami tor diapazonda taqsimlangan, qattiq modda miqdori yuqori boʻlgan bir jinsli shlamlar hosil qiling.
Amplitudani aniq boshqarish va akustik toʻlqinlarning ilgʻor tarqalishidan foydalanish orqali ultratovush qurilmalari minimal issiqlik taʼsiri bilan bir xil natijalarga erishadi, sezgir birikmalarni saqlagan holda unumdorlik va natijalarning takrorlanuvchanligini maksimal darajaga yetkazadi. Ultratovushli maydalash formulatsiya yaratish jarayoningizni qanday soddalashtirishi va mahsulot xususiyatlarini qanday yaxshilashi mumkinligini bilib oling.

Ultratovushli nam maydalashdan kimlar foydalanishi kerak?

• Zarrachalarni nazorat ostida mikron yoki nanometr oʻlchamigacha kichraytirishga ehtiyoji boʻlgan ishlab chiqaruvchilar
• Pigmentlar, siyohlar, boʻyoqlar va yuqori samarali qoplamalar ishlab chiqaruvchilar
• Keramika, minerallar, sement va metall oksidlariga ishlov beruvchilar
• Mayin suspenziyalar ishlab chiqayotgan farmatsevtika va kosmetika formulatsiyalari yaratuvchilari
• Batareyalar, katalizatorlar va ilgʻor materiallar ishlab chiqaruvchilar
• Yuqori konsentratsiyali yoki qovushqoq shlamlarga ishlov beruvchi kompaniyalar
• Zarrachalar oʻlchamini kichraytirishning miqyosini kengaytirish mumkin boʻlgan jarayonlarini ishlab chiqayotgan laboratoriyalar
• Zarrachalar oʻlchamining tor diapazondagi, bir xil taqsimlanishiga erishmoqchi boʻlgan ishlab chiqaruvchilar
• Maydalovchi donachalar yoki sharlardan kelib chiqadigan ifloslanishning oldini olishni istaydigan ishlab chiqarish korxonalari
• Maydalash vaqtini, energiya sarfini va tozalashga boʻlgan ehtiyojni kamaytirishni maqsad qilgan ishlab chiqaruvchilar

Kuchli ultratovush yordamida zarrachalar oʻlchamini boshqariladigan tarzda kichraytirish

Zarrachalarni mikron yoki nanometr diapazonigacha kichraytirish formulatsiyani tubdan oʻzgartirishi mumkin. Maydaroq zarrachalar reaksion faollikni, barqarorlikni, sirt maydonini, optik xususiyatlarni va yakuniy mahsulot xususiyatlarini yaxshilashi mumkin. Biroq anʼanaviy sharli, donachali va boshqa maydalovchi jismlardan foydalanadigan tegirmonlar yeyilish zarrachalarini kiritishi, maydalovchi jismlarni ajratish uchun koʻp mehnat talab qilishi va qattiq modda konsentratsiyasi yuqori boʻlganda bir xil ishlov berishni taʼminlashda qiyinchiliklarga duch kelishi mumkin. Ultratovushli nam maydalash toza va boshqariladigan muqobil usulni taklif qiladi.
Hielscher zondli ultratovush qurilmalari yuqori intensivlikdagi ultratovushni bevosita suyuqlik yoki shlamga uzatadi. Almashinib turuvchi bosim toʻlqinlari akustik kavitatsiyani hosil qiladi: mikroskopik pufakchalar paydo boʻladi va nihoyatda katta intensivlik bilan qulaydi, natijada yuqori tezlikdagi suyuqlik oqimchalari, zarba toʻlqinlari va kuchli siljish kuchlari hosil boʻladi. Bu kuchlar muallaq zarrachalarni bir-biriga tomon tezlashtiradi. Natijada yuzaga keladigan zarrachalararo toʻqnashuvlar, parchalanish va sirt eroziyasi aglomeratlarni – yetarlicha intensiv sharoitlarda esa birlamchi zarrachalarni ham – mikro- va nanooʻlchamgacha kichraytiradi.
 

Ultratovush bilan maydalangan alyuminiy oksidi trigidrati
AL(OH)3 Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, AQSh tomonidan yetkazib berilgan. AL(OH)3 shuningdek alyuminiy trigidroksidining ATH seriyasi, Bayer gidratlangan alyuminiy oksidi, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, gidrargillit yoki gibbsit nomlari bilan ham tanilgan. Uning Mohs shkalasi boʻyicha qattiqligi 2,5 dan 3,5 gacha.

Zarrachalar oʻlchamining aniq, takrorlanuvchan va bir xil taqsimlanishi

Ultratovushli maydalashni keng doirada sozlash mumkin. Operatorlar amplituda, kiritiladigan energiya, bosim, harorat, reaktorda boʻlish vaqti va hajmiy oqim tezligini material hamda zarrachalarning maqsadli oʻlchamiga mos ravishda boshqarishi mumkin. Bu jarayonni yumshoq deaglomeratsiyadan tortib intensiv mayin yanchishgacha boʻlgan barcha ishlovlar uchun mos qiladi. Qayta aylantirish va liniyaga oʻrnatilgan oqim hujayrasi konfiguratsiyalari shlamni kavitatsiya zonasining bir xil taʼsiriga duchor qiladi, bu esa takrorlanuvchan natijalar va zarrachalar oʻlchamining tor diapazondagi, bir jinsli taqsimlanishini taʼminlashga yordam beradi.
Bunday darajadagi boshqaruv yirik oʻlchamli zarrachalar yoki oʻlchamlarning keng diapazonda taqsimlanishi sifatni buzishi mumkin boʻlgan pigmentlar, siyohlar, qoplamalar, keramika, metall oksidlari, minerallar, katalizatorlar, farmatsevtik mahsulotlar va boshqa ilgʻor materiallar uchun qimmatlidir. Laboratoriyada belgilangan jarayon parametrlarini tajriba va sanoat ishlab chiqarishiga koʻchirish mumkin, bu esa tizimli ishlab chiqish va miqyosni kengaytirishga imkon beradi.

Maydalovchi jismlarsiz qattiq modda miqdori yuqori materiallarga ishlov berish

Zarrachalarning kichrayishi kavitatsiya va zarrachalarning oʻzaro toʻqnashuvlari hisobiga yuz berishi sababli donachalar, munchoqsimon jismlar yoki yanchish sharlari talab qilinmaydi. Maydalovchi jismlardan voz kechish ifloslanishning ehtimoliy manbasini bartaraf etadi hamda bunday jismlarni sotib olish, tozalash, almashtirish va tayyor shlamdan ajratish zaruratini yoʻqotadi. Suyuqlik bilan kontaktdagi qismlarning sodda geometriyasi tozalash va boshqa mahsulot ishlab chiqarishga oʻtishni ham osonlashtiradi.
Hielscher ultratovush qurilmalari yuqori konsentratsiyali va qovushqoq shlamlarga ishlov bera oladi. Qattiq modda ulushining yuqori boʻlishi ishlov beriladigan suyuqlik miqdori kamroq boʻlishini va koʻp hollarda keyingi konsentrlash yoki quritishga ehtiyoj kamayishini anglatadi. Bu zarrachalar toʻqnashuvlarining takrorlanish tezligini oshirish orqali zarrachalararo maydalash taʼsirini ham kuchaytirishi mumkin. Bu xususiyatlar uygʻunligi ultratovushli maydalashni konsentrlangan masterbatchlar va ishlab chiqarish miqyosidagi suspenziyalar uchun ayniqsa jozibador qiladi.
 

Moy asosidagi magenta pigmentlarini ultratovush bilan maydalash jarayonining rivojlanishini koʻrsatuvchi mikroskop tasvirlari

Misollar: kuchli ultratovush yordamida nanozarrachalarni nam maydalash

Ultratovushli maydalash keramika, alyuminiy oksidi trigidrati, bariy sulfat, kalsiy karbonat va metall oksidlari kabi mikron va nanooʻlchamdagi materiallarga ishlov berish uchun ayniqsa mos keladi. Quyidagi jadvallarda alyuminiy oksidi trigidratini (150 mikrondan 10 mikrongacha), keramikani (30 mikrondan 2 mikrongacha) va natriy karbonatni (70 mikrondan 3 mikrongacha) maydalashning mikroskopik tasvirlari koʻrsatilgan. Ushbu sahifadagi mikroskopik tasvirlar dental keramika, magenta pigmentlari, natriy karbonat va gidratlangan alyuminiy oksidi misolida ultratovushli maydalash jarayonining rivojlanishini koʻrsatadi.
 

Izopropanoldagi natriy karbonatni (Na2CO3) ultratovush bilan maydalash jarayonining rivojlanishini koʻrsatuvchi mikroskop tasvirlari.

Har bir ishlov berish bosqichida koʻproq mahsulot

Ultratovush energiyasi bevosita shlamga uzatiladi va zarrachalar oʻlchami aynan shu yerda kichrayadi. Tezkor kavitatsion kuchlar maydalash sikllarini qisqartirishi mumkin, elektr energiyasining mexanik harakatga samarali aylantirilishi esa anʼanaviy maydalash uskunalariga nisbatan energiyaga ehtiyojni kamaytirishi mumkin. Liniyada uzluksiz ishlov berish yuqori unumdorlikni, barqaror sifatni va mavjud ishlab chiqarish liniyalariga integratsiyani qoʻshimcha ravishda qoʻllab-quvvatlaydi.
Maydaroq zarrachalar, oʻlchamlarning torroq diapazonda taqsimlanishi, tozaroq ishlov berish va miqyosni samarali kengaytirishga intilayotgan ishlab chiqaruvchilar uchun Hielscher zondli ultratovush qurilmalari nam maydalashni aniq loyihalashtirilgan jarayonga aylantiradi – laboratoriya sinovlaridan tortib uzluksiz sanoat ishlab chiqarishigacha.

Yuqori unumdorlik uchun uzluksiz ishlash

Ultratovushli gomogenizatorlarni oʻrnatish va ishlatish juda oson. Maydalanadigan material bilan faqat ikkita qism kontaktda boʻladi: titan sonotrod va zanglamaydigan poʻlatdan yasalgan oqim hujayrasi. Ultratovushli oqim hujayrasining sodda tuzilishi tufayli qurilmalarni tez tozalash mumkin. Hielscher ultratovush qurilmalari elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantirishda juda yuqori samaradorlikka ega boʻlgani sababli ultratovushli maydalash uchun odatda anʼanaviy maydalash uskunalariga qaraganda kamroq quvvat talab qilinadi.

Suv asosidagi boʻyoq va qoplama formulatsiyalarida pigmentlarni bir vaqtning oʻzida disperslash va mikroblardan sterilizatsiya qilish uchun UIP6000hdT (6kW) sanoat ultratovush qurilmasi Zarrachalarni maydalash taʼsiri intensiv ultratovush kavitatsiyasiga asoslanadi. Suyuqliklarga yuqori intensivlikda ultratovush bilan ishlov berilganda, suyuq muhitda tarqaladigan tovush toʻlqinlari chastotaga bogʻliq tezlikda almashinib turuvchi yuqori bosim (siqilish) va past bosim (siyraklanish) sikllarini yuzaga keltiradi. Past bosim siklida yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki boʻshliqlarni hosil qiladi. Pufakchalar boshqa energiya yuta olmaydigan hajmga yetganda, ular yuqori bosim siklida keskin qulaydi. Bu hodisa kavitatsiya deb ataladi.
Kavitatsiya pufakchalarining ichkariga qulashi mikroturbulentliklar va tezligi 1000km/hr gacha boʻlgan mikrooqimchalarni hosil qiladi. Yirik zarrachalar sirt eroziyasiga uchraydi (atrofdagi suyuqlikda kavitatsion qulash orqali) yoki ularning oʻlchami kichrayadi (zarrachalararo toʻqnashuv tufayli boʻlinish yoki sirtda hosil boʻlgan kavitatsiya pufakchalarining qulashi natijasida). Bu kristallitlar oʻlchami va tuzilishining oʻzgarishi tufayli diffuziya, massa almashinuvi jarayonlari va qattiq fazadagi reaksiyalarning keskin tezlashishiga olib keladi.

Disperslash va kukunlarni nam maydalash uchun ultratovushli protsessorlar hamda oqim hujayralari laboratoriya va ishlab chiqarish darajasida mavjud. Sanoat tizimlarini liniyada ishlash uchun osonlik bilan qayta jihozlash mumkin. Ushbu jarayonni tadqiq qilish va sinash uchun, shuningdek koʻplab sonokimyoviy jarayonlar uchun laboratoriya qurilmalarimizni yoki UIP1000hd qurilmasini tavsiya qilamiz.

Hielscher ultratovush qurilmalari yordamida nanoolmoslarni samarali va ishonchli disperslash mumkin.

Adabiyotlar / Manbalar

• 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.