میکرونیزاسیون در صنایعی که به مواد با ویژگی‌های خاص نیاز دارند (مانند داروها، مواد آرایشی و رنگ‌ها) کاربرد فراوانی دارد، اما به تجهیزات، دستگاه های میکرونیزه و دانش فنی بالایی نیازمند است تا از بروز مشکلات احتمالی مانند تشکیل الکتریسیته ساکن، کاهش جریان‌پذیری، و تغییرات فازی جلوگیری شود.
روش‌های میکرونیزاسیون به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: تکنیکهای سنتی و تکنیکهای مدرن.
تکنیکهای مدرن میکرونیزاسیون شامل استفاده از دستگاه های میکرونیزه ماندد آسیابهای جت، آسیابهای ضربه‌ای، آسیاب کلاسیفر هوایی و فناوری‌های لیزری هستند. این دستگاه ها ذرات را تا اندازه‌های بسیار ریز خرد میکنند و اینگونه پودر میکرونیزه تولید می‌شود.
در این مقاله از آریا پودر، به آشنایی با میکرونیزاسیون، بررسی انواع دستگاه های میکرونیزه مدرن و معرفی برترین تولیدکنندگان آن‌ها میپردازیم.
میکرونیزاسیون به روشی گفته می‌شود که در آن مواد جامد به ذرات بسیار ریز پردازش می‌شوند، که معمولاً اندازه‌ای بین 0.1 تا 10 میکرون دارند. میکرون یک واحد طول است که برابر با یک میلیونیوم متر می‌باشد.
این فرآیند برای بهبود ویژگی‌های مواد، مانند حلالیت، یکنواختی، سرعت انحلال و کارایی در فرآیندهای تولید به کار می‌رود. به طور کلی، میکرونیزاسیون نقشی حیاتی در بهبود عملکرد، کیفیت و کاربری طیف گسترده‌ای از محصولات در صنایع مختلف ایفا می‌کند.
کاهش اندازه ذرات به سطح میکرون، سطح تماس ماده را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این ویژگی می‌تواند سرعت انحلال، فراهمی زیستی و به طور کلی اثربخشی داروها و سایر محصولات را بهبود بخشد.
پودرهای فوق‌ریز می‌توانند خواص مکانیکی منحصربه‌فردی مانند افزایش استحکام، نرمی و سختی را از خود نشان دهند که در کاربردهای مواد پیشرفته مفید است.
اندازه کوچک ذرات فوق‌ریز می‌تواند اثرات نوری جالبی ایجاد کند، مانند اشباع رنگ بهتر، افزایش جذب نور و ویژگی‌های پراکندگی نور منحصربه‌فرد.
پودرهای فوق‌ریز به دلیل سطح تماس بیشتر، اغلب واکنش‌پذیری شیمیایی بالاتری دارند، که آن‌ها را در کاتالیزورها، واکنش‌های شیمیایی و سنتز مواد مفید می‌سازد.
دستگاههای میکرونیزه با بهره‌گیری از فناوری‌های مختلف، امکان خردایش مواد تا اندازه‌های میکرونی را فراهم میکنند. هرکدام از این دستگاه‌ها که در ادامه معرفی می‌کنیم، با ویژگی‌های خاص خود در صنایع گوناگون کاربرد دارند.
آسیاب چکشی از ضربات چکش برای خردایش مواد استفاده می‌کند و برای تولید ذرات نسبتاً درشت و کاهش اندازه مواد سست مناسب است. از این دستگاه در صنایع کشاورزی و بازیافت مواد استفاده می‌شود و یکی از قدیمی‌ترین روش‌ها برای خردایش محسوب می‌شود.
• سرعت و کارایی بالا:
این دستگاه قادر است حجم زیادی از مواد را با سرعت بالا خرد کند، که آن را برای تولید صنعتی مناسب می‌کند.
• استفاده آسان:
نصب و راه‌اندازی آسیاب چکشی ساده است و نگهداری آن نیز به‌راحتی انجام می‌شود.
• کاهش هزینه‌های تولید:
به دلیل ساختار ساده و عدم نیاز به سیستم‌های پیچیده، هزینه‌های نگهداری و انرژی کمتری نسبت به برخی دیگر از آسیاب‌ها دارد.
• تنوع کاربردها:
این دستگاه در صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی و معدنی برای خرد کردن انواع مختلف مواد استفاده می‌شود و می‌تواند اندازه ذرات را تنظیم کند.
• ایجاد سر و صدا:
به‌دلیل سرعت بالای چرخش چکش‌ها، این دستگاه سر و صدای زیادی تولید می‌کند که نیاز به عایق‌بندی صوتی یا استفاده در محیط‌های دور از کارگران دارد.
• ایجاد حرارت:
هنگام خرد کردن، گرمای زیادی تولید می‌شود که می‌تواند برای مواد حساس به حرارت مشکل‌ساز باشد و نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده را افزایش دهد.
• محدودیت در مواد چسبنده:
مواد چسبنده به‌راحتی به توری‌ها و بخش‌های داخلی دستگاه می‌چسبند، که می‌تواند عملکرد آسیاب را مختل کند.
• محدودیت در مواد فیبری:
برای مواد فیبری مانند چوب، این نوع آسیاب چندان مناسب نیست و کارایی لازم را ندارد.
جت میل که با نام میکرونایزر نیز شناخته می‌شود، یکی از دستگاه های میکرونیزه برای آسیاب فوق‌العاده ریز است. در جت میل، ذرات درون جریان سریع گاز در یک محفظه آسیاب وارد می‌شوند. انرژی جنبشی در جریان گاز باعث برخورد بین ذرات می‌شود و زمانی که ذرات با سرعت بالا به یکدیگر برخورد میکنند، شکسته و به ذرات ریزتری تبدیل می‌شوند.
• اندازه ذرات ریز و توزیع یکنواخت:
جت میلها قادر به تولید ذرات با اندازه بسیار ریز و توزیع یکنواخت هستند.
• مناسب برای مواد حساس به حرارت در دماهای پایین:
این روش آسیاب‌کردن برای موادی که به دماهای بالا حساس هستند، مناسب است زیرا در فرآیند میکرونیزاسیون حرارت زیادی تولید نمی‌شود.
• خلوص بالای محصول به دلیل حداقل یا عدم سایش مکانیکی:
جت میلها به دلیل عدم تماس مستقیم ذرات با سطوح دیگر، می‌توانند خلوص بالایی را در محصول نهایی حفظ کنند.
• نیاز به هوای فشرده به عنوان منبع انرژی:
جت میلها برای عملکرد خود به هوای فشرده نیاز دارند که می‌تواند هزینه‌بر باشد.
• نامناسب برای مواد با قابلیت انعطاف‌پذیری بالا:
این دستگاه‌ها برای مواد بسیار نرم یا انعطاف‌پذیر مناسب نیستند زیرا ممکن است در فرآیند آسیاب به درستی خرد نشوند.
آسیاب کلاسفایر هوایی ترکیبی از یک آسیاب مکانیکی و یک کلاسفایر هوایی داخلی در یک دستگاه واحد است. مواد اولیه به آسیاب وارد می‌شوند و تحت تأثیر چکش‌ها یا سوزن‌هایی که با سرعت‌های بالا می‌چرخند، قرار می‌گیرند. پس از فرآیند آسیاب، کلاسفایر هوایی داخل آسیاب ذرات را بر اساس اندازه آن‌ها جداسازی می‌کند. این فرآیند طبقه‌بندی در این دستگاه میکرونیزه، امکان توزیع اندازه کنترل‌شده محصول نهایی را فراهم می‌کند.
• ترکیب آسیاب‌کردن و طبقه‌بندی:
آسیابهای کلاسفایر هوایی امکان آسیاب و طبقه‌بندی مواد را در یک دستگاه واحد فراهم میکنند.
• توزیع یکنواخت اندازه ذرات:
این آسیاب‌ها قادر به تولید ذرات با توزیع اندازه یکنواخت هستند که برای بسیاری از کاربردها ضروری است.
• مصرف انرژی نسبتاً کم:
آسیابهای کلاسفایر هوایی معمولاً انرژی کمتری نسبت به سایر روش‌های آسیاب‌کردن مصرف میکنند.
• هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بالا:
هزینه خرید و نصب آسیابهای کلاسفایر هوایی می‌تواند قابل توجه باشد.
• حرارت تولید شده در طول فرآیند آسیاب‌کردن:
در طول فرآیند آسیاب‌کردن، حرارت قابل توجهی تولید می‌شود که ممکن است بر ویژگی‌های ماده تأثیر بگذارد.
• نیاز به نگهداری و تعویض منظم قطعات:
این دستگاه‌ها به نگهداری منظم و تعویض قطعات برای حفظ عملکرد بهینه نیاز دارند.
آسیاب توپی شامل یک پوسته استوانه‌ای است که حول محور افقی خود می‌چرخد. با چرخش آسیاب توپی، رسانه‌های آسیاب (توپ ها یا گلوله‌ها) درون آن با مواد برخورد کرده و آن‌ها را به پودر نرم تبدیل میکنند. توپ‌ها با برخورد به ماده، باعث شکستن آن به ذرات کوچکتر از طریق نیروهای برخورد و سایش می‌شوند. سرعت چرخش آسیاب توپی می‌تواند کنترل شود تا به عملکرد آسیاب بهینه دست یابیم.
• عملکرد پیوسته برای تولید در مقیاس بزرگ
• سهولت در استفاده و نگهداری به دلیل طراحی ساده
• نیاز به زمان آسیاب طولانی
• پتانسیل آلودگی ناشی از سایش مواد آسیاب‌کننده
• تولید نویز و لرزش قابل توجه
آسیاب پین میل یکی از دستگاههای میکرونیزه پرکاربرد در صنایع مختلف است که برای خردایش مواد تا اندازه‌های میکرونی استفاده می‌شود. این دستگاه با استفاده از برخوردهای پیوسته بین ذرات و پین‌ها، باعث خردایش و کاهش اندازه ذرات می‌شود. به‌طور عمده، پین میلها در صنایعی همچون مواد غذایی، داروسازی، مواد شیمیایی و مواد معدنی به کار گرفته می‌شوند، زیرا می‌توانند به اندازه‌های بسیار ریز و یکنواخت دست یابند.
• ذرات بسیار ریز و یکنواخت:
پین میلها قادرند تا به ذرات با اندازه‌های بسیار ریز، در حد میکرون، دست پیدا کنند و یکنواختی مطلوبی ارائه دهند.
• صرفه‌جویی در فضا و انرژی:
این دستگاه‌ها به دلیل طراحی کوچک و بهینه، فضای کمی اشغال کرده و انرژی کمتری نسبت به برخی آسیابهای دیگر مصرف میکنند.
• کاربرد چندمنظوره:
پین میلها قادرند مواد خشک یا مرطوب را بدون نیاز به توقف آسیاب کنند و اندازه ذرات را به‌صورت آنی تنظیم کنند.
• کاهش تولید گرد و غبار:
عملیات آسیاب در پین میل بدون ایجاد گرد و غبار انجام می‌شود که از اتلاف مواد و آلاینده‌های محیطی جلوگیری می‌کند.
• سایش بالا:
به دلیل برخوردهای شدید ذرات با پین‌ها، دستگاه دچار سایش بیشتری می‌شود که نیاز به تعمیرات منظم دارد.
• سختی در تمیزکاری:
ساختار پیچیده پین میلها باعث می‌شود که تمیزکاری آن‌ها دشوار باشد و نیاز به زمان بیشتری داشته باشد.
• تولید گرما:
به دلیل اصطکاک و برخوردهای شدید، ممکن است حرارت زیادی در حین عملیات ایجاد شود که می‌تواند بر کیفیت بعضی مواد حساس تأثیر بگذارد.
دستگاههای مدرن، مانند آسیابهای جت، از انرژی سیالاتی (معمولاً هوا یا نیتروژن) برای کاهش اندازه ذرات استفاده میکنند که این روش نه تنها آلودگی را کاهش می‌دهد بلکه از آسیب حرارتی به مواد حساس جلوگیری می‌کند. این پیشرفت‌ها به تولید ذرات با کیفیت بالا و یکنواخت می‌کند.
به عنوان مثال، آسیاب های جت کواکسیال(Coaxial Jet Mills)، که به طور خاص برای صنایع دارویی و شیمیایی طراحی شده‌اند، از مزایای قابل توجهی برخوردارند. این آسیاب‌ها مصرف گاز را تا ۲۳ درصد کاهش داده و میزان نویز را بیش از ۵۰ درصد کاهش می‌دهند. این ویژگی‌ها همچنین مشکلاتی مانند انسداد و برگرداندن هوا را کاهش می‌دهد و توزیع اندازه ذرات را بهبود می‌بخشد
با این تکنولوژی‌ها، تولیدکنندگان می‌توانند به سادگی به ابعاد و خواص مطلوب ذرات دست یابند که نه تنها در کیفیت محصول نهایی تأثیرگذار است بلکه به فرآیندهای تولیدی نیز کارایی بیشتری می‌بخشد.
تکنیکهای مدرن از دستگاههای پیشرفتهای مانند جت میل و آسیابهای لیزری استفاده میکنند که دقت و کارایی بیشتری در خردایش ذرات دارند.
جت میلها به دلیل عدم تماس مکانیکی، ذرات بسیار ریز و خلوص بالایی تولید میکنند و برای مواد حساس به حرارت مناسب هستند.
