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Feinstvermahlung

Energiebündel: Schwingmühle erzeugt Nanopartikel

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Feinstvermahlung ohne Überhitzung der Proben

Das folgende Applikationsbeispiel zeigt, dass die neue MM 500 hervorragend für Anwendungen geeignet ist, die traditionell in Planeten-Kugelmühlen durchgeführt werden, wie Feinstvermahlungen bis in den Nanometerbereich <100 nm.

Typische Prozesszeiten für Feinstvermahlungen betragen mehrere Stunden; in Planeten-Kugelmühlen muss zusätzliche Zeit für Kühlpausen zur Vermeidung von Überhitzung der Proben eingeplant werden. Im Gegensatz zu Planeten-Kugelmühlen produziert die neue MM 500 Partikelgrößen im Nanometerbereich, ohne dass Mahlpausen nötig werden, da die Mahlbecherbewegung weniger Wärme erzeugt als die der Planeten-Kugelmühlen.

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Das Anwendungsbeispiel in Abbildung 4 zeigt, dass sich während der Vermahlung von Aluminiumoxid die Temperatur in den Mahlbechern der MM 500 und der Planeten-Kugelmühle ähnlich entwickelt, mit dem entscheidenden Unterschied, dass die Vermahlung in der MM 500 kontinuierlich stattfinden kann, während in der Planeten-Kugelmühle nach jeder Minute Vermahlung eine vierminütige Pause unabdingbar ist. Ohne diese Pausen würden Temperaturen über 100 °C bereits in den ersten Minuten entstehen.

Die maximal erreichbare Feinheit von 0,14 µm der Probe konnte daher in der neuen Schwingmühle MM 500 wesentlich schneller erzeugt werden als in der Planeten-Kugelmühle (2 h gegenüber 5 h gesamte Prozesszeit, Endfeinheit in der Planeten-Kugelmühle 0,18 µm).

Ein weiteres Beispiel für die Feinstvermahlung ist in Abb. 5 (Abbildung s. online) dargestellt: Die Nassvermahlung von Titandioxid ergab in der MM 500 mit 90 nm eine deutlich bessere Endfeinheit als in der Benchmark Planeten-Kugelmühle (130 nm); dabei hat die MM 500 nur ein Viertel der Zeit benötigt.

Vermahlung von faserigem Material

Neben der Homogenisierung von hart-spröden Proben werden Planeten-Kugelmühlen und klassische Schwingmühlen auch zur Homogenisierung von faserigen Materialien wie Heu oder Tierhaaren eingesetzt. Die Faustregel zur effektiven Vermahlung in Kugelmühlen empfiehlt eine Befüllung des Mahlbechers mit Probe von 30%. Ein weiteres Drittel wird mit Mahlkugeln gefüllt (Trockenvermahlung). Da faserige Materialien dazu tendieren, während der Zerkleinerung stark an Volumen zu verlieren, ist es zur Vermeidung von Verschleiß ratsam, zu Beginn mehr als 30% Probenmaterial einzufüllen. Mahlbecher für Planeten-Kugelmühlen sind für faserige, voluminöse Proben gut geeignet, ebenso wie die neuen Screw-Lock-Mahlbecher der MM 500 – da die Deckel dieser Mahlbecher flach sind.

Im folgenden Applikationsbeispiel wird das Ergebnis einer Vermahlung von Hundehaaren gezeigt. 1,2 g der sehr leichten Probe wurden in den 80-ml-Mahlbecher gefüllt und für 7 min mit 30 Mahlkugeln à 10 mm vermahlen. In der MM 500 ließen sich so bessere Endfeinheiten als in der Benchmark Planeten-Kugelmühle erzeugen (s. Abb. 6, nur online).

Kryogene Vermahlung von zähen, elastischen Proben

Klassische Schwingmühlen sind die Mühlen der Wahl zur Pulverisierung von zähen, elastischen Probenmaterialien beispielsweise Reifengummi, Polypropylen oder anderen Plastikarten. Bei Raumtemperatur werden diese Materialien durch die Pralleffekte in Kugelmühlen lediglich verformt, eine Pulverisierung ist nicht möglich. Nach Versprödung mit flüssigem Stickstoff sind die Proben allerdings brüchig genug, um sie in Kugelmühlen ausreichend zu homogenisieren. Dafür werden die Proben samt Mahlkugel in den Mahlbecher gefüllt, welcher dann dicht verschlossen zur indirekten Versprödung der Probe in ein Bad mit flüssigem Stickstoff gelegt wird.

Der klare Vorteil der MM 500 gegenüber klassischen Schwingmühlen ist wieder die erhöhte Frequenz von 35 Hz, außerdem das größere Mahlbechervolumen. In Abb. 7 (online) wird das Ergebnis einer kryogenen Vermahlung von Plastikmaterialien gezeigt. Der höhere Energieeintrag der MM 500 ergibt bessere Endfeinheiten im Vergleich zu klassischen Schwingmühlen mit maximal 30 Hz.

* Dr. T. Butt: Retsch GmbH, 42781 Haan

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