Wat is ultrasoon ontgassen?

Bij ultrasoon ontgassen wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van het "cavitatie-effect" dat wordt gegenereerd wanneer ultrasone golven zich door een vloeistof voortplanten om gassen uit de vloeistof te strippen, te aggregeren en te verdrijven. Het kernproces kan worden onderverdeeld in drie belangrijke fasen:

 

De eerste fase is de vorming van cavitatiebellen. Wanneer ultrasone golven (meestal tussen 20 kHz en 1 MHz) op een vloeistof inwerken, trillen de vloeibare moleculen hevig onder de periodieke drukveranderingen van de geluidsgolven. In de negatieve drukfase van de geluidsgolven zetten kleine poriën in de vloeistof (zoals clusters van opgeloste gasmoleculen of gaten op het oppervlak van kleine onzuiverheden) snel uit, waardoor talloze kleine belletjes of 'cavitatiebellen' ontstaan. In de positieve drukfase worden deze cavitatiebellen snel samengedrukt.

 

De tweede fase is de groei en samenvoeging van bubbels. Onder de voortdurende werking van ultrasone golven absorberen cavitatiebellen continu opgeloste gassen uit de omringende vloeistof. Tegelijkertijd botsen aangrenzende kleine belletjes en smelten ze samen onder invloed van de geluidsgolven, waardoor geleidelijk grotere belletjes worden gevormd. Tijdens dit proces gaat het in de vloeistof opgeloste gas continu over van de vloeibare fase naar de gasvormige fase, waardoor de transformatie van "opgelost gas" naar "vrij gas" wordt gerealiseerd.

 

De derde fase is het opstijgen en verdrijven van bubbels. Naarmate het belvolume toeneemt, overschrijdt het drijfvermogen ervan geleidelijk de stroperige weerstand van de vloeistof, waardoor de bel snel naar het vloeistofoppervlak stijgt, uiteindelijk barst en zijn interne gas vrijkomt, waardoor het ontgassingsproces wordt voltooid. Bovendien kunnen ultrasone trillingen de vloeistofconvectie versnellen, waardoor de migratie en aggregatie van bellen verder wordt bevorderd en de ontgassingsefficiëntie wordt verbeterd.

Belangrijkste toepassingsgebieden van ultrasone ontgassingstechnologie

 

1. Elektronica- en halfgeleiderindustrie

Bij de productie van halfgeleiderchips en LCD-panelen kunnen kleine luchtbelletjes in belangrijke chemicaliën zoals fotoresist, etsoplossing en ontwikkelaar defecten in fotolithografische patronen en ongelijkmatig etsen veroorzaken, waardoor de productopbrengst ernstig wordt beïnvloed. Ultrasone ontgassing kan opgeloste gassen en luchtbellen snel bij kamertemperatuur uit deze chemicaliën verwijderen, waardoor de precisie van fotolithografie- en etsprocessen wordt gegarandeerd. Bovendien verbetert ultrasone ontgassing bij het reinigen van elektronische componenten de penetratie van reinigingsoplossingen, waardoor wordt voorkomen dat luchtbellen zich aan de oppervlakken van componenten hechten en de effectiviteit van de reiniging beïnvloeden.

2. Chemische en materiaalindustrie

 

Bij de productie van coatings, inkten en lijmen kan de aanwezigheid van luchtbellen leiden tot defecten zoals gaatjes, kraters en onvoldoende glans na het coaten. Ultrasone ontgassing kan interne luchtbellen na de voorbereiding van de coating snel verwijderen, waardoor de egalisatie- en applicatieprestaties van de coating worden verbeterd. Bij de synthese van polymeermaterialen kunnen opgeloste gassen in monomeren of polymerisatiesystemen poriën in het polymeer veroorzaken, waardoor de mechanische eigenschappen van het materiaal worden aangetast; ultrasone ontgassing vermijdt dit probleem effectief. Bovendien kan ultrasone ontgassing bij de productie en het gebruik van smeerolie en hydraulische olie lucht uit de olie verwijderen, waardoor oxidatie en bederf wordt voorkomen en slijtage en storingen van apparatuur worden verminderd.

3. Voedings- en drankenindustrie

Bij de productie van vruchtensap, bier, koolzuurhoudende dranken (ontgassingsfase) en zuivelproducten kunnen opgeloste gassen oxidatie en bederf van het product veroorzaken, wat resulteert in een slechte smaak of overlopen van schuim tijdens het bottelen. Ultrasoon ontgassen kan snel zuurstof, kooldioxide en andere gassen uit vloeistoffen bij kamertemperatuur verwijderen, waardoor de houdbaarheid van het product wordt verlengd en de smaakstabiliteit wordt verbeterd. Bij het concentratieproces van vruchtensap kan ontgassing bijvoorbeeld voorkomen dat het concentraat verkleurt en van smaak verandert als gevolg van oxidatie; in de pre-fase van de bierproductie kan ontgassen de filtratie-efficiëntie verbeteren en de helderheid van het bier garanderen.

4. Biofarmaceutische en cosmetische industrie

Materialen zoals biologische agentia (bijvoorbeeld vaccins, antilichamen, enzympreparaten), extracten van traditionele Chinese medicijnen en cosmetica (bijvoorbeeld gezichtscrèmes, serums) zijn meestal warmte-gevoelig en gemakkelijk te oxideren, waardoor traditionele ontgassingsmethoden moeilijk aan te passen zijn. Ultrasone ontgassing kan gas efficiënt verwijderen onder lage- temperatuur, chemicaliënvrije- omstandigheden, waardoor denaturatie van materiaal wordt voorkomen en de biologische activiteit en werkzaamheid van het product wordt gegarandeerd. Bij de productie van vaccins voorkomt ontgassing bijvoorbeeld dat luchtbellen de nauwkeurigheid en stabiliteit van de vaccindosering beïnvloeden; bij de productie van cosmetica voorkomt ontgassen schuimvorming tijdens het gebruik van het product, waardoor de gebruikerservaring wordt verbeterd.

5. Laboratorium- en onderzoeksvelden

Bij chemische en biologische experimenten kunnen opgeloste gassen in het reactiesysteem het reactieproces verstoren en de nauwkeurigheid van experimentele resultaten beïnvloeden. Ultrasone ontgassing, als een snelle en zachte ontgassingsmethode, wordt veel gebruikt bij de voorbehandeling van experimentele oplossingen, zoals het ontgassen van chromatografische analysemonsters en het ontgassen van elektrolyten in elektrochemische experimenten, waardoor de betrouwbaarheid van experimentele gegevens wordt gegarandeerd.