Mori cu bile planetare cu bile îndeplinesc și depășesc toate cerințele pentru o măcinare rapidă și reproductibilă până la finețe analitică. Sunt utilizate pentru cele mai solicitante sarcini din laborator, de la procesarea de rutină a probelor până la măcinarea coloidală și dezvoltarea de materiale avansate.
- Dimens. max. probă*: 10 mm
- Finețe finală*: 1 µm, pentru macinare coloidală 0.1 µm
- Rata de viteză: 1 : -2
- Posturi de macinare: 1
Detalii privind domeniile de aplicare, mecanismele de lucru și materialele utilizate în morile planetare cu bile.
- Dimens. max. probă*: 4 mm
- Finețe finală*: 1 µm, pentru macinare coloidală 0.1 µm
- Posturi de macinare: 2
- Rata de viteză: 1 : -2
- Dimens. max. probă*: 10 mm
- Finețe finală*: 1 µm, pentru macinare coloidală 0.1 µm
- Rata de viteză: 1 : -2
- Posturi de macinare: 2
- Dimens. max. probă*: = 8 mm
- Finețe finală*: ~ 5 µm
- Vibrational frequency: 3 - 30 Hz (180 - 1800 min-1)
- Măsurarea presiunii și temperaturii în vasul de măcinare
- Măsurarea presiunii 0-5 bar
- Măsurarea temperaturii: -25 °C - +90 °C
Mori planetare cu bile - principiu de funcționare
Într-o moară planetară cu bile, fiecare incintă reprezintă o "planetă". Această planetă este situată pe o platformă circulară, așa-numitul disc solar. Atunci când acest disc se rotește, incinta se învârte în jurul propriei axe, dar în sens opus. Astfel, se activează forțele centrifugale și Coriolis, ceea ce duce la o accelerare rapidă a bilelor de măcinare. Rezultatul este o energie de pulverizare foarte mare care produce particule foarte fine. Accelerarea puternică a bilelor de măcinare de la un perete al incintei la celălalt produce un puternic efect de impact asupra probei și conduce la efecte suplimentare de reducere a dimensiunii prin frecare.
Pentru măcinarea coloidală și pentru majoritatea celorlalte aplicații, raportul dintre viteza discului solar și viteza incintei de măcinare este de 1: -2. Aceasta înseamnă că, în timpul unei rotații a discului solar, incinta de măcinare se rotește de două ori în direcția opusă. Acest raport este foarte comun pentru morile planetare cu bile în general. Morile planetare cu bile cu aport energetic mai mare și un raport de viteză de 1:-2,5 sau chiar 1:-3 sunt utilizate în principal pentru aplicații de mecanochimie.
Mori planetare cu bile - Domenii de aplicare
Morile planetare cu bile sunt utilizate pentru măcinarea materialelor moi, dure, fragile și fibroase în mediu umed sau uscat. Forțele centrifuge generate conduc la energii de măcinare foarte mari având ca rezultat grade de finețe foarte reduse într-un timp scurt.
Morile planetare cu bile sunt ideale pentru aplicații din domeniul cercetării, cum ar fi mecanochimia (mecano-sinteză, aliere mecanică și mecanocataliză) sau măcinarea coloidală ultrafină la scară nanometrică, precum și pentru sarcini de rutină, cum ar fi amestecarea și omogenizarea.
Un avantaj crucial al acestor mori este versatilitatea lor excepțională. Acestea sunt disponibile în diverse variante, echipate cu un număr variabil de posturi de măcinare, iar incintele și bilele sunt disponibile în diferite dimensiuni și materiale.
Mori planetare cu bile - Materiale pentru incinte și bile de măcinare
Cum alegem materialul potrivit
Dacă, de exemplu, o probă este analizată pentru determinarea conținutului de metale grele, abraziunea elementelor de măcinare (bile și incinte) ar putea introduce crom în probă, ceea ce ar duce la denaturarea rezultatelor analizei. Prin urmare, ar trebui selectat un material fără metale, cum ar fi oxidul de zirconiu. Un alt aspect care trebuie luat în considerare este influența elementelor de măcinare asupra eficienței măcinării. Aici sunt importante două aspecte:
- Energia de măcinare (corelată cu densitatea materialului)
- Duritatea materialului
Energia de măcinare
Energia de măcinare crește odată cu creșterea densității unui material. În cazul în care materialul din care sunt confecționate incintele și bilele de măcinare are o densitate mare, cum ar fi carbura de wolfram, accelerația bilelor de măcinare este mai mare la o viteză dată, în comparație cu materialele cu densitate mai mică. Aceasta înseamnă că aportul de energie este mai mare atunci când bila lovește proba și, în consecință, efectul de sfărâmare este mai mare în cazul materialelor dense. Acest efect este benefic pentru pulverizarea probelor dure și fragile.
Pe de altă parte, pentru materialele moi, un aport prea mare de energie nu este de dorit. În astfel de cazuri, proba nu este realmente măcinată, ci mai degrabă se formează un strat care se lipește de pereții borcanului și care acoperă bilele de măcinare. Omogenizarea nu este posibilă în acest mod, iar recuperarea probei este dificilă. Pentru materialele moi sunt mai potrivite alte tipuri de mori, de exemplu mori cu rotor.
Duritatea
Pentru a selecta materialul potrivit al incintelor și bilelor de măcinare, regula este simplă: Materialul trebuie să fie mai dur decât proba. Dacă materialul este mai puțin dur, bilele ar putea fi măcinate de particulele probei.
Elemente de măcinare din diferite materiale
Nu este indicată utilizarea unor elemente de măcinare din materiale diferite, de exemplu, o incintă din oțel folosită cu bile din oxid de zirconiu. În primul rând, abraziunea ambelor materiale va influența rezultatul analizei finale, iar în al doilea rând, uzura elementelor de măcinare este mult mai mare.
Mori planetare cu bile - umpluturi recomandate pentru borcane
Pentru măcinare uscată
Pentru măcinare umedă
Pentru probe fibroase
2. O treime probă
3. O treime bile de măcinare
2. Două treimi din bile de măcinare
2. O treime bile de măcinare
Pentru măcinarea uscată, cele mai bune rezultate se obțin de obicei cu așa-numita regulă a unei treimi. Aceasta înseamnă că aproximativ o treime din volumul borcanului trebuie umplută cu bile. Urmând această regulă, cu cât bilele sunt mai mici, cu atât trebuie luate mai multe pentru a umple o treime din borcan. O altă treime din volumul borcanului trebuie umplută cu material pentru probă. Treimea rămasă este spațiu liber pentru a permite mișcarea bilelor în interior pentru a obține energia de măcinare necesară pentru pulverizarea rapidă a probei.
Urmând această regulă, energia de măcinare necesară este asigurată, în timp ce în borcane se află suficient material pentru probă pentru a preveni uzura.
Pentru a produce particule cu dimensiuni de până la 100 nm sau mai puțin, este necesară măcinarea umedă și frecarea, mai degrabă decât impactul. Acest lucru se realizează prin utilizarea multor bile mici cu o suprafață mare și multe puncte de frecare. În consecință, nivelul de umplere de o treime, recomandat pentru procesele de măcinare uscată, este schimbat conform regulii de 60%, ceea ce înseamnă că 60% din borcan este umplut cu bile mici. Cantitatea de probă ar trebui să fie de aproximativ 30%. Mai întâi, bilele mici sunt adăugate în borcane (în greutate!), apoi materialul este adăugat și amestecat. În cele din urmă, lichidul dispersant este amestecat cu grijă.
În cazul materialelor fibroase sau al materialelor care își pierd drastic din volum atunci când sunt măcinate, se recomandă un nivel mai ridicat de umplere a probei. În incintă trebuie să fie suficient material pentru a minimiza uzura. Dacă este necesar, este posibil să se adauge mai mult material după câteva minute pentru a menține volumul minim necesar.
Cum selectăm dimensiunea corectă a bilelor de măcinare
O altă regulă de bază este că bilele de măcinare trebuie să fie de cel puțin trei ori mai mari decât cea mai mare particulă de probă. În acest fel, ne asigurăm că bilele pot pulveriza rapid proba.
Pentru a găsi dimensiunea potrivită a bilelor pentru finețea finală dorită, de obicei se poate aplica un factor de aproximativ 1000. Dacă obiectivul este o granulație de 30 µm (D90), cea mai potrivită dimensiune a bilelor ar fi între 20 mm și 30 mm. În cazul în care sunt necesare particule mai mici, bilele trebuie îndepărtate și înlocuite cu altele mai mici pentru o a doua etapă de măcinare.
Deoarece bilele mai mari ar putea să le zdrobească pe cele mai mici, nu este indicat să se combine bile de dimensiuni diferite într-un singur proces de măcinare.
Măcinare umedă și la scară nanometrică în mori planetare cu bile
Nanotehnologia se ocupă de particule cu dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nm. Aceste particule posedă proprietăți speciale datorită dimensiunii lor, deoarece suprafața lor este mult mărită în raport cu volumul lor (așa-numitele „funcționalități induse de dimensiune”). Particulele ultrafine sunt, de exemplu, mai dure și mai rezistente la rupere decât particulele mai mari.
Prin măcinarea uscată, dimensiunea particulelor unei probe poate fi redusă doar într-o anumită măsură, deoarece particulele mici tind să se încarce pe suprafețele lor și să se aglomereze. Prin urmare, se utilizează lichid sau dispersant pentru a menține particulele separate. Soluțiile saline sunt utilizate pentru a neutraliza sarcinile de suprafață. Moleculele cu lanț lung din lichid pot menține particulele separate datorită împiedicării sterice.
Datorită suprafeței lor semnificativ mărite în raport cu volumul, particulele mici sunt atrase unele de altele prin sarcinile lor electrostatice. Neutralizarea sarcinilor de suprafață este posibilă doar prin adăugarea unui tampon (stabilizare electrostatică, stânga) sau prin adăugarea de molecule cu lanț lung (stabilizare sterică, dreapta).
Utilizarea morilor planetare cu bile pentru cernerea co-cristalelor
Co-cristalele sunt materiale solide compuse din două sau mai multe componente moleculare. Screening-ul co-cristalelor este procesul de identificare a coformatorilor adecvați care formează co-cristale stabile și dorite cu o moleculă țintă. Screening-ul co-cristalelor poate fi utilizat pentru a îmbunătăți proprietățile fizico-chimice ale, de exemplu, produselor farmaceutice sau agrochimice, cum ar fi solubilitatea sau stabilitatea. Cu un adaptor special, screening-ul co-cristalelor poate fi efectuat într-o moară planetară cu bile, folosind flacoane de unică folosință, cum ar fi flacoanele de sticlă GC de 1,5 ml. De obicei, se folosesc câteva bile de oțel de 3 mm sau 4 mm pentru a amesteca substanțele la viteză mică până la moderată. Dacă este necesar, se adaugă câțiva µl de solvent. Procesul se finalizează de obicei în 30-120 de minute.
Adaptorul are 24 de poziții aranjate într-un inel exterior cu 16 poziții și un inel interior cu 8 poziții. Inelul exterior acceptă până la 16 flacoane, permițând screening-ul a până la 64 de probe simultan atunci când se utilizează Moară planetară cu bile cu Bile PM 400. Cele 8 poziții ale inelului interior sunt potrivite pentru efectuarea de teste cu diferite consumuri de energie, de exemplu, pentru cercetarea mecanosintezei.
Deoarece fiolele sunt fabricate din sticlă, viteza morii trebuie selectată cu atenție, recomandăm un maxim de 500 rpm în PM 300 și 550 rpm în PM 100. Viteza maximă de 400 rpm în PM 400 nu este critică.
Pentru screening-ul co-cristalelor, consumul mare de energie generat de viteza mare este dezavantajos, deoarece acest lucru ar putea duce la modificări ale compușilor chimici ai substanțelor. În consecință, rezultate optime se obțin la viteze mici și moderate.
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.
Mori planetare cu bile - îNTREBĂRI FRECVENTE
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.