Moulin à boules planétaires à mélange avec circulation en laboratoire, refroidissement à l'eau à haute énergie

1. Concept de base : un mécanisme « d'agitation planétaire » hybride

Le terme « agitation planétaire » fait probablement référence à l'un des deux principes d'agitation avancés :

Option A : Mouvement planétaire des agitateurs :

Au lieu d'un seul agitateur central, de multiples bras d'agitation sont montés sur une plaque rotative (comme des planètes autour d'un soleil). Chaque agitateur tourne également sur son propre axe. Cela crée un schéma d'écoulement incroyablement complexe et uniforme à l'intérieur de la chambre de broyage, garantissant l'absence de zones stagnantes et que chaque particule est soumise à un traitement égal.

Option B : Cisaillement planétaire à grande vitesse :

Le système génère un écoulement « planétaire » des milieux de broyage et de la suspension — un mouvement chaotique, semblable à un vortex — grâce à une conception d'agitateur à très grande vitesse, imitant l'impact à haute énergie d'un broyeur à billes planétaire, mais à l'intérieur d'une chambre fixe.

Résultat : Ce mécanisme fournit une entrée d'énergie et une uniformité bien supérieures à celles d'un simple agitateur vertical, ce qui conduit à une réduction de taille et à un mélange plus efficaces.

2. Principales caractéristiques du système

A) Système de circulation de laboratoire

Fonction : La suspension est continuellement pompée hors de la chambre de broyage, passe à travers un échangeur de chaleur (pour le refroidissement) et retourne dans la chambre. Cela crée un processus continu en boucle fermée.

Avantages :

• Uniformité extrême : La circulation continue garantit que chaque partie de la suspension passe plusieurs fois dans la zone de cisaillement élevé, ce qui se traduit par une distribution granulométrique étroite.
• Échantillonnage précis : Des échantillons peuvent être prélevés sur la conduite de circulation pour surveiller la progression du broyage en temps réel sans arrêter le processus.
• Évolutivité : Le broyage par circulation est hautement évolutif, du laboratoire aux volumes de production.

B) Enveloppe refroidie à l'eau à haute énergie

Fonction : La chambre de broyage est entourée d'une enveloppe à travers laquelle de l'eau (ou un liquide de refroidissement) à température contrôlée circule.

Nécessité : Le processus de broyage « à haute énergie » génère une chaleur importante en raison du frottement et de l'impact. Cette chaleur peut dégrader les matériaux sensibles à la chaleur (par exemple, les produits pharmaceutiques, les polymères, certains produits chimiques) et provoquer une agglomération indésirable des particules fines.

Avantages :

• Contrôle de la température : Maintient une température constante et basse pendant tout le processus.
• Protège l'intégrité de l'échantillon : Essentiel pour les échantillons biologiques, les composés sensibles à la température et pour empêcher l'évaporation des solvants.
• Permet des temps de broyage plus longs : Permet des cycles de broyage prolongés nécessaires pour obtenir une finesse à l'échelle nanométrique sans dommage thermique.

C) Agitateur vertical pour le broyage et le mélange

Fonction : Un arbre d'agitateur robuste monté au centre avec des disques ou des broches spécialisés s'étend dans la chambre de broyage. Il est responsable de la fluidification des milieux de broyage (par exemple, des billes de zircone de 0,1 à 1,0 mm) et de l'échantillon.

Avantages :

• Broyage et mélange simultanés : Il réduit non seulement la taille des particules, mais homogénéise également parfaitement différents composants en une seule étape.
• Efficacité de cisaillement élevée : La conception verticale et la géométrie de l'agitateur sont optimisées pour créer un maximum de forces de cisaillement et d'impact entre les billes de broyage.

3. Flux de travail technique

1. Chargement : Les milieux de broyage, l'échantillon et le solvant (pour le broyage par voie humide) sont chargés dans la chambre.
2. Scellement et circulation : Le système est scellé et la pompe de circulation est démarrée.
3. Refroidissement : Le système de refroidissement par eau est activé pour régler la température souhaitée.
4. Traitement : Le mécanisme d'agitation planétaire est engagé à grande vitesse. La suspension circule en continu à travers la zone de cisaillement élevé et la boucle de refroidissement.
5. Surveillance et achèvement : Le processus se poursuit jusqu'à ce que la taille de particule cible soit atteinte, ce qui peut être surveillé en échantillonnant la conduite de circulation. Enfin, le produit est déchargé, souvent à travers un tamis qui sépare les milieux de broyage.

4. Résumé des avantages

• Finesse et uniformité inégalées : Capable d'obtenir de véritables particules à l'échelle nanométrique (<100 nm) avec une distribution granulométrique très étroite.
• Contrôle supérieur du processus : Un contrôle précis de la température, de la force de cisaillement et du temps de séjour garantit une reproductibilité exceptionnelle d'un lot à l'autre.
• Idéal pour les matériaux sensibles à la chaleur : Le système de refroidissement par eau est essentiel pour les applications avancées dans les produits pharmaceutiques et la biotechnologie.
• Haute efficacité : La combinaison d'une agitation à haute énergie et de la circulation conduit à des temps de traitement considérablement plus courts par rapport aux méthodes conventionnelles.

5. Applications typiques

Ce système est conçu pour les tâches de R&D et de production à petite échelle les plus exigeantes :

• Nano-encres et pigments : Production de dispersions de nano-pigments stables et performantes pour l'électronique et les revêtements.
• Boues de batteries avancées : Broyage et mélange de matériaux d'électrodes (cathodes/anodes) pour obtenir des revêtements ultra-fins et parfaitement homogènes.
• Nanosuspensions pharmaceutiques : Fabrication de formulations médicamenteuses injectables ou orales où la taille et la stabilité des particules sont essentielles pour l'efficacité.
• Céramiques haut de gamme : Préparation de poudres céramiques ultrafines et sans agglomérats pour les céramiques techniques.
• Cosmétiques : Création de nano-émulsions et de dispersions super lisses et stables pour les lotions et les crèmes.