**Планетарните Топкови Мелници** отговарят и надхвърлят всички изисквания за бързо и възпроизводимо смилане до аналитична финост. Те се използват за най-взискателните задачи в лабораторията, от рутинна обработка на проби до колоидно смилане и разработване на съвременни материали.
- Максимален размер на захранващият продукт: 10 мм
- Големина след смилане*: 1 микрона, за колоидално смилане 0.1 микрона
- Съотношение на скоростта: 1 : -2
- Брой на смилачните станции: 1
Подробности за областите на приложение, работните механизми и материалите, използвани в планетарните топкови мелници.
- Максимален размер на захранващият продукт: 4 мм
- Големина след смилане*: 1 микрона, за колоидално смилане 0.1 микрона
- Брой на смилачните станции: 2
- Съотношение на скоростта: 1 : -2
- Максимален размер на захранващият продукт: 10 мм
- Големина след смилане*: 1 микрона, за колоидално смилане 0.1 микрона
- Съотношение на скоростта: 1 : -2
- Брой на смилачните станции: 2
- Максимален размер на захранващият продукт: = 8 мм
- Големина след смилане*: ~ 5 микрона
- Вибрационна честота: 3 - 30 Hz (180 - 1800 min-1)
- Измерване на налягането и температурата в смилащия буркан
- Измерване на налягане 0-5 бара
- Измерване на температура: -25 °C - +90 °C
Планетарни топкови мелници - принцип на действие
В планетарна топкова мелница всеки буркан представлява „планета“. Тази планета е разположена върху кръгла платформа, така нареченото слънчево колело. Когато слънчевото колело се завърти, бурканът се завърта около собствената си ос, но в обратна посока. По този начин се активират центробежни и кориолисови сили, което води до бързо ускорение на смилащите топки. Резултатът е много висока енергия за пулверизиране, необходима за производството на много фини частици. Огромното ускорение на смилащите топки от едната стена на буркана до другата произвежда силен ударен ефект върху материала на пробата и води до допълнителни ефекти на намаляване на размера чрез триене.
За колоидното смилане и повечето други приложения съотношението между скоростта на слънчевото колело и скоростта на смилащия буркан е 1:-2. Това означава, че по време на едно завъртане на слънчевото колело, смилащият буркан се завърта два пъти в обратна посока. Това съотношение на скоростта е много често срещано за планетарните Топкови Мелници като цяло. Планетарните топкови мелници с по-висок вход на енергия и съотношение на скоростта 1:-2,5 или дори 1:-3 се използват главно за механохимични приложения.
Планетарни топкови мелници - Области на приложение
Планетарните топкови мелници се използват за пулверизиране на меки, твърди, чупливи и влакнести материали в сух и мокър режим. Изключително високите центробежни сили водят до много висока енергия на пулверизиране и следователно до кратко време за обработка.
Планетарните топкови мелници са идеално подходящи за задачи в изследвания като механохимия (механосинтез, механично легиране и механокатализа) или ултрафино колоидно смилане в нанометров мащаб, както и за рутинни задачи като смесване и хомогенизиране. Друга област на приложение е пресяването на кокристали, например във фармацевтичната промишленост.
Основно предимство на планетарните топкови мелници е тяхната голяма гъвкавост. Те се предлагат с различен брой смилащи станции. Бурканите и топките се предлагат в различни размери и материали.
Планетарни топкови мелници - Материали за смилане на буркани и топки
Как да изберем най-подходящия материал
Ако например проба се анализира за съдържание на тежки метали, износването на стоманения смилащ буркан и топките може да въведе хром в пробата, което би довело до фалшифицирани резултати от анализа. Следователно, трябва да се избере материал без метал, като циркониев оксид. Друг момент, който трябва да се вземе предвид, е влиянието на инструмента върху ефективността на шлифоване. Тук са важни два аспекта:
- Вложена енергия (свързана с плътността на материала)
- Твърдост на материала
Вложена енергия
Вложената енергия нараства с увеличаване на плътността на материала. Ако материалът на смилащите буркани и топки е с висока плътност, като волфрамов карбид, ускорението на смилащите топки е по-високо при дадена скорост в сравнение с материалите с по-ниска плътност. Това означава, че вложената енергия е по-висока, когато топката удари пробата и следователно ефектът на раздробяване е по-висок при плътни материали. Този ефект е полезен за пулверизиране на твърди и крехки проби.
От друга страна, при меки проби твърде много вложена енергия може да попречи на ефективното раздробяване. В такива случаи пробата не се пулверизира на фин прах, а по-скоро образува слой, който залепва по стените на буркана и покрива смилащите топки. Хомогенизирането не е възможно по този начин и извличането на пробата е трудно. За меки проби други видове мелници, например роторни мелници, са по-подходящи.
Твърдост
За да се намери материал за буркан и топка с подходяща твърдост, съображението е просто: Материалът трябва да е по-твърд от пробата. Ако материалът е по-малко твърд, смилащите топки могат да бъдат смилени от частиците на материала на пробата.
Шлифовъчни инструменти от различни материали
Не се препоръчва използването на инструменти от различни материали, например буркан, изработен от стомана, използван с топки, изработени от циркониев оксид. Първо, износването от двата материала ще повлияе на аналитичния резултат, и второ, износването на инструментите се увеличава.
Планетарни топкови мелници - препоръчителни пълнежи на буркани
За сухо смилане
За мокро смилане
За влакнести проби
2. Една трета проба
3. Една трета смилащи топки
2. Две трети топки за смилане
2. Една трета смилащи топки
При сухо смилане най-добрите резултати обикновено се получават с така нареченото правило за една трета. Това означава, че приблизително една трета от обема на буркана трябва да се запълни с топки. Следвайки това правило, колкото по-малки са топките, толкова повече трябва да се вземе, за да се запълни една трета от буркана. Друга трета от обема на буркана трябва да се запълни с материал за пробата. Останалата трета е свободно пространство, за да се позволи движението на топките вътре, за да се постигне необходимата енергия за раздробяване за бързо пулверизиране на пробата.
Следвайки това правило, се осигурява необходимата енергия за раздробяване, като същевременно в бурканите има достатъчно материал за пробата, за да се предотврати износването.
За да се получат частици с размери до 100 nm или по-малко, е необходимо мокро смилане и триене, а не удар. Това се постига чрез използване на много малки топчета с голяма повърхност и много точки на триене. Следователно, нивото на пълнене от една трета, което се препоръчва за процеси на сухо смилане, се заменя с правилото от 60%, което означава, че 60% от буркана се пълни с малки топчета. Количеството на пробата трябва да бъде приблизително 30%. Първо, малките топчета се добавят към бурканите (по тегло!), след което се добавя материалът и се смесва. Накрая, диспергиращата течност се смесва внимателно.
За влакнести материали или материали, които драстично губят обема си при пулверизиране, е препоръчително по-високо ниво на пълнене на пробата. В буркана трябва да има достатъчно материал, за да се сведе до минимум износването. Ако е необходимо, е възможно да се добави още материал след няколко минути, за да се поддържа минималният необходим обем.
Как да изберем правилния размер на топката за смилане
Друго емпирично правило е, че смилащите топки трябва да са поне три пъти по-големи от най-голямото парче проба. По този начин се гарантира, че топките могат бързо да пулверизират пробата.
За да се намери подходящият размер на топките за желаната крайна финост, обикновено може да се приложи коефициент от приблизително 1000. Ако целта е размер на смилане от 30 µm (D90), най-подходящият размер на топките би бил между 20 mm и 30 mm. Ако са необходими по-малки частици, топките трябва да бъдат отстранени и заменени с по-малки за втора стъпка от процеса.
Тъй като по-големите топки могат да смачкат по-малките, не е препоръчително да се комбинират топки с различни размери в един процес на смилане.
Мокро и наномащабно смилане в планетарни топкови мелници
Нанотехнологиите работят с частици в диапазон от 1 до 100 nm. Тези частици притежават специални свойства поради размера си, тъй като повърхността им е значително увеличена спрямо обема им (т.нар. „функционалности, индуцирани от размера“). Ултрафините частици са например по-твърди и по-устойчиви на счупване от по-големите частици.
При сухо смилане размерът на частиците на пробата може да бъде намален само до известна степен, тъй като малките частици са склонни да се зареждат по повърхностите си и да се агломерират. Следователно, за да се поддържат частиците разделени, се използва течност или диспергатор. Солни разтвори се използват за неутрализиране на повърхностните заряди. Дълговерижните молекули в течността могат да поддържат частиците разделени благодарение на стеричното им затруднение.
Поради значително увеличената си повърхност спрямо обема, малките частици се привличат една към друга от електростатичните си заряди. Неутрализирането на повърхностните заряди е възможно само чрез добавяне на буфер (електростатична стабилизация, вляво) или чрез добавяне на дълговерижни молекули (стерична стабилизация, вдясно).
Използване на планетарни топкови мелници за пресяване на кокристали
Кокристалите са твърди материали, съставени от два или повече молекулни компонента. Скринингът на кокристалите е процес на идентифициране на подходящи кообразуватели, които образуват стабилни и желани кокристали с целевата молекула. Скринингът на кокристалите може да се използва за подобряване на физикохимичните свойства на например фармацевтични продукти или агрохимикали, като разтворимост или стабилност. Със специален адаптер, скринингът на кокристалите може да се извърши в планетарна топкова мелница, като се използват флакони за еднократна употреба, като например стъклени флакони за газова хроматография с обем 1,5 ml. Обикновено се използват няколко стоманени топки с диаметър 3 mm или 4 mm за смесване на веществата при ниска до умерена скорост. Ако е необходимо, се добавят няколко µl разтворител. Процесът обикновено завършва за 30-120 минути.
Адаптерът разполага с 24 позиции, разположени във външен пръстен с 16 позиции и вътрешен пръстен с 8 позиции. Външният пръстен приема до 16 флакона, което позволява едновременно скрининг на до 64 проби при използване на Планератна топкова мелница PM 400. 8-те позиции на вътрешния пръстен са подходящи за извършване на опити с различен енергиен вход, например за изследвания на механосинтеза.
Тъй като флаконите са изработени от стъкло, скоростта на мелницата трябва да се избира внимателно. Препоръчваме максимум 500 оборота в минута в PM 300 и 550 оборота в минута в PM 100. Максималната скорост от 400 оборота в минута в PM 400 не е критична.
За скрининг на кокристали високият енергиен вход, генериран от висока скорост, е недостатък, тъй като това може да доведе до промени в химичните съединения на веществата. Следователно, оптимални резултати се получават при ниска и умерена скорост.
Aeration lids from RETSCH
Aeration lids have been engineered to improve both the efficiency and safety of grinding processes in laboratory environments. They are especially beneficial when working with materials that require a controlled atmosphere—such as during wet grinding or when handling reactive substances. In such cases, the internal atmosphere, including oxygen, can be replaced by flushing the jar with an inert gas like nitrogen.
These lids also enable the introduction of gases directly into the grinding jar, which is essential for certain chemical reactions or for maintaining an inert environment. The jars can be pressurized up to 5 bar, which may help facilitate the incorporation of gas molecules into the reaction during milling.
Additionally, aeration lids allow the grinding jar to be connected directly to an analyzer—either after operation in a planetary ball mill (or in the Emax) or even during operation in the MM 500 nano or MM 500 control. This setup makes it easy to analyze gases released during grinding processes or generated by chemical reactions. The lids are equipped with inlays made from various materials—such as stainless steel, zirconium oxide, and tungsten carbide—allowing the same lid to be used with different jar types.
Планетарни Топкови Мелници - ЧЗВ
What is a planetary ball mill
Planetary ball mills are used for pulverizing solid sample materials by impact and friction. The extremely high centrifugal forces result in very high pulverization energy and therefore short grinding times. Planetary ball mills are available with one, two or four grinding stations.
Which applications require a planetary ball mill?
Planetary ball mills are used wherever highest demands are placed on speed, fineness, purity, and reproducibility. They pulverize and mix soft, medium-hard to extremely hard, brittle and fibrous materials and easily achieve grind sizes in the low micron or even in the nanometer range. They are perfectly suited for mechanochemical applications.
How does a planetary ball mill work?
In the planetary ball mill, every grinding jar represents a “planet”. This planet is located on a circular platform, the so-called sun wheel. When the sun wheel turns, every grinding jar rotates around its own axis, but in the opposite direction. Thus, centrifugal and Coriolis forces are activated, leading to a rapid acceleration of the grinding balls.