Silikanın (SiO2) ultrasəslə dispersləşdirilməsi

SiO2, nanosilika və ya mikrosilika kimi də tanınan silika diş məcununda, sementdə, sintetik kauçukda, yüksək istismar göstəricilərinə malik polimerlərdə və ya qida məhsullarında qatılaşdırıcı, adsorbent, topalaşmanın qarşısını alan maddə, yaxud ətir və dadverici maddələr üçün daşıyıcı kimi istifadə olunur. Aşağıda nanosilika və mikrosilikanın istifadə sahələri, həmçinin ultrasəsin sonomexaniki təsirlərinin daha yaxşı silika suspenziyaları yaratmaqla və silika nanohissəciklərinin sintezini asanlaşdırmaqla prosesin səmərəliliyini və son məhsulun istismar göstəricilərini necə yaxşılaşdıra biləcəyi haqqında daha çox məlumat əldə edəcəksiniz.

Nanosilikanın (SiO2) ultrasəslə dispersləşdirilməsinin üstünlükləri

Silika müxtəlif hidrofil və hidrofob formalarda mövcuddur və bir neçə mikrometrdən bir neçə nanometrədək dəyişən son dərəcə kiçik hissəcik ölçüsünə malikdir. Adətən silika isladıldıqdan sonra yaxşı dispersləşmir. O, həmçinin məhsulun tərkibinə çoxlu mikroqabarcıq daxil edir. Ultrasəslə emal mikrosilika və nanosilikanı dispersləşdirmək, eləcə də tərkibdən həll olmuş qazı və mikroqabarcıqları çıxarmaq üçün səmərəli proses texnologiyasıdır.

Ultrasəslə dispersləşdirmə maye mühitdə hissəcikləri dispersləşdirmək və deaqqlomerasiya etmək üçün yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəs dalğalarından istifadə edən üsuldur. Silika və nanosilikanın dispersləşdirilməsində ultrasəslə dispersləşdirmə bir sıra üstünlüklər verir:
 

Silikanın hissəcik ölçüsünün əhəmiyyəti

Nanoölçülü və ya mikroölçülü silikanın bir çox tətbiqi üçün yaxşı və bərabər dispersləşmə çox vacibdir. Çox vaxt, məsələn, hissəcik ölçüsünün ölçülməsi üçün monodispers silika suspenziyası tələb olunur. Xüsusilə cızılmaya davamlılığı yaxşılaşdırmaq məqsədilə mürəkkəblərdə və ya örtüklərdə və polimerlərdə istifadə zamanı silika hissəcikləri bulanıqlığın qarşısını almaq və şəffaflığı qorumaq üçün görünən işıqla qarşılıqlı təsirə mane olmayacaq qədər kiçik olmalıdır. Əksər örtüklərdə bu tələbi yerinə yetirmək üçün silika hissəcikləri 40nm-dən kiçik olmalıdır. Digər tətbiqlərdə silika hissəciklərinin aqqlomerasiyası hər bir silika hissəciyinin ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirinə mane olur.
Ultrasəs homogenizatorları silikanın dispersləşdirilməsində fırlanan qarışdırıcılar və ya çən qarışdırıcıları kimi digər yüksək kəsilməli qarışdırma üsullarından daha effektivdir. Aşağıdakı şəkil pirogen silikanın suda ultrasəslə dispersləşdirilməsinin tipik nəticəsini göstərir.

Pirogen silikanın suda ultrasəslə dispersləşdirilməsi

Silikanın ölçüsünün kiçildilməsində emal səmərəliliyi

Nanosilikanın ultrasəslə dispersləşdirilməsi IKA Ultra-Turrax kimi digər yüksək kəsilməli qarışdırma üsullarından üstündür. Ultrasəs daha kiçik silika hissəciklərinə malik suspenziyalar yaradır və ultrasəslə emal enerji baxımından daha səmərəli texnologiyadır. Pohl və Schubert suda Aerosil 90 (2%wt) hissəciklərinin ölçüsünün Ultra-Turrax (rotor-stator sistemi) ilə kiçildilməsini Hielscher UIP1000hd (1kW ultrasəs cihazı) ilə kiçildilməsi ilə müqayisə etmişlər. Aşağıdakı qrafik ultrasəs prosesinin üstün nəticələrini göstərir. Tədqiqatının nəticəsində Pohl belə qənaətə gəlmişdir: “Sabit xüsusi enerji EV şəraitində ultrasəs rotor-stator sistemindən daha effektivdir.” İstehsal xərclərinin, prosesin emal gücünün və məhsul keyfiyyətinin əhəmiyyət daşıdığı istehsal proseslərində enerji səmərəliliyi və silika hissəciklərinin ölçülərinin bərabərliyi son dərəcə vacibdir.

Silikanın dispersləşdirilməsi üçün ultrasəs və Ultra-turrax müqayisəsi

Aşağıdakı şəkillər Pohlun püskürtmə ilə dondurularaq qurudulmuş silika qranullarını ultrasəslə emal etməklə əldə etdiyi nəticələri göstərir.

Solda: ultrasəslə deaqqlomerasiyadan əvvəl püskürtmə ilə dondurulmuş silika qranullarının REM şəkilləri
Sağda: ultrasəslə dispersləşdirilmiş silika fraqmentlərinin TEM şəkilləri
Tədqiqat və şəkillər: Pohl və Schubert, 2004)

Yüksək keyfiyyətli silika tərkibləri üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs dispersləşdiriciləri

Hielscher Ultrasonics mayelərin, bərk maddə tərkibli suspenziyaların və pastaların emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarının hazırlanması, istehsalı və təchizatı üzrə ixtisaslaşmış Almaniya ailə şirkətidir. Hielscher ultrasəs homogenizatorları istənilən tələb olunan spesifikasiyanı əldə etmək üçün silika şlamlarını və digər nanosuspenziyaları etibarlı şəkildə emal edir. Hətta çox həssas, abraziv və ya yüksək özlülüklü məhsul tərkibləri də ultrasəslə emal vasitəsilə səmərəli şəkildə dispersləşdirilə və deaqqlomerasiya edilə bilər. Qabaqcıl ultrasəs cihazlarımız son dərəcə çoxşaxəli tətbiq imkanlarına malikdir və təkmil partiyalı və axın xəttində emal imkanları təklif edir. Davamlı şəkildə yüksək keyfiyyət standartları və təkrarlana bilən nəticələr silikanın ultrasəslə dispersləşdirilməsinin əsas xüsusiyyətləridir.
Hielscher şirkətinin ən müasir sənaye ultrasəs cihazları ağıllı və istifadəçi üçün rahat menyuya, proqramlaşdırıla bilən parametrlərə, inteqrasiya edilmiş SD kartda məlumatların avtomatik qeydə alınmasına, brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetməyə və yüksək möhkəmliyə malikdir.
Ultrasəslə emalda ən çox təsir göstərən parametr amplitudadır. Amplituda ultrasəs dalğasının maksimum yerdəyişməsini və ya zirvədən zirvəyə hərəkətini ifadə edir. Ultrasəslə dispersləşdirmə, deaqqlomerasiya və yaş üyütmə zamanı hissəcik ölçüsünün kiçildilməsi üçün kifayət qədər enerji tətbiq etmək məqsədilə çox vaxt yüksək amplitudalar tələb olunur. Hielscher sənaye ultrasəs prosessorları müstəsna dərəcədə yüksək amplitudalar təmin edə bilər. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 fasiləsiz iş rejimində asanlıqla işləmək mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi sifarişlə hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Kiçik və orta ölçülü R&D və pilot ultrasəs cihazlarından tutmuş fasiləsiz rejimdə kommersiya məqsədli silika istehsalı üçün sənaye sistemlərinədək Hielscher Ultrasonics üstün silika emalı tələblərinizi qarşılamaq üçün uyğun ultrasəs prosessoruna malikdir.

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitin və yüksək tələblər qoyan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadə rahatlığı ilə seçilən yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini ödəyir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında təsəvvür yaradır:

Silika (SiO2, silisium dioksid) nədir?

Silika silisium və oksigendən ibarət, kimyəvi formulu SiO2 olan kimyəvi birləşmədir və ya silisium dioksiddir. Silikanın əridilmiş kvars, pirogen silika, silikagel və aerogellər kimi çoxlu müxtəlif formaları vardır. Silika bir neçə mineralın tərkibində birləşmə və sintetik məhsul kimi mövcuddur. Təbiətdə silika ən çox kvars şəklində və müxtəlif canlı orqanizmlərdə rast gəlinir. Silisium dioksid kvarsın çıxarılması və təmizlənməsi yolu ilə əldə olunur. Amorf silikanın üç əsas forması pirogen silika, çökdürülmüş silika və silikageldir.

Tüstü üsulu ilə alınan silika / Pirogen silika

Silisium tetraxloridin (SiCl4) oksigenlə zəngin hidrogen alovunda yandırılması SiO2 tüstüsü – pirogen silika yaradır. Alternativ olaraq, kvars qumunun 3000 °C temperaturda elektrik qövsündə buxarlandırılması da pirogen silika yaradır. Hər iki prosesdə yaranan amorf silikanın mikroskopik damcıları birləşərək şaxələnmiş, zəncirvari, üçölçülü ikincili hissəciklər əmələ gətirir. Daha sonra bu ikincili hissəciklər aqqlomerasiya edərək son dərəcə aşağı tökmə sıxlığına və çox yüksək səth sahəsinə malik ağ toz yaradır. Məsaməsiz pirogen silikanın ilkin hissəcik ölçüsü 5 və 50 nm arasındadır. Pirogen silika çox güclü qatılaşdırıcı təsirə malikdir. Buna görə pirogen silika silikon elastomerlərdə doldurucu kimi, boyalarda, örtüklərdə, yapışdırıcılarda, çap mürəkkəblərində və ya doymamış poliester qatranlarında isə özlülüyün tənzimlənməsi üçün istifadə olunur. Pirogen silika üzvi maye və ya sulu mühitdə tətbiqlər üçün hidrofob və ya hidrofil hala gətirilmək məqsədilə emal edilə bilər. Hidrofob silika köpüksöndürücünün effektiv komponentidir (köpüklənməyə qarşı vasitədir).
Ultrasəslə qazsızlaşdırma və köpüksöndürmə haqqında oxumaq üçün buraya klikləyin.
Pirogen silikanın CAS nömrəsi 112945-52-5

Silika tüstüsü / Mikrosilika

Silika tüstüsü mikrosilika kimi də tanınan son dərəcə incə, nanoölçülü tozdur. Silika tüstüsünü pirogen silika ilə qarışdırmaq olmaz. Silika tüstüsünün istehsal prosesi, hissəcik morfologiyası və tətbiq sahələri pirogen silikanınkından fərqlənir. Silika tüstüsü SiO2-nin amorf, qeyri-kristal, polimorf formasıdır. Silika tüstüsü orta hissəcik diametri 150 nm olan kürəvi hissəciklərdən ibarətdir. Silika tüstüsünün ən əsas tətbiqi yüksək istismar göstəricilərinə malik beton üçün pussolan materialı kimi istifadəsidir. O, betonun sıxılmaya möhkəmlik, yapışma möhkəmliyi və aşınmaya davamlılıq kimi xassələrini yaxşılaşdırmaq üçün Portland sementli betona əlavə olunur. Bundan əlavə, silika tüstüsü betonun xlorid ionlarına keçiriciliyini azaldır. Bu, betonun armatur poladını korroziyadan qoruyur.
Sementin və silika tüstüsünün ultrasəslə qarışdırılması haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün buraya klikləyin!
Silika tüstüsünün CAS nömrəsi: 69012-64-2, silika tüstüsünün EINECS nömrəsi: 273-761-1

Çökdürülmüş silika

Çökdürülmüş silika SiO2-nin ağ tozşəkilli sintetik amorf formasıdır. Çökdürülmüş silika plastiklərdə və ya kauçukda, məsələn, şinlərdə doldurucu, yumşaldıcı və ya istismar göstəricilərini yaxşılaşdıran maddə kimi istifadə olunur. Digər istifadə sahələrinə diş məcunlarında təmizləyici, qatılaşdırıcı və ya cilalayıcı vasitə kimi tətbiq daxildir.
Diş məcunu istehsalında ultrasəslə qarışdırma haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün buraya klikləyin!
Pirogen silikanın ilkin hissəciklərinin diametri 5 və 100 nm arasındadır, aqqlomeratların ölçüsü isə 40 µm-ə qədərdir və orta məsamə ölçüsü 30 nm-dən böyükdür. Pirogen silika kimi, çökdürülmüş silika da əsas etibarilə mikroməsaməli deyil.
Pirogen silika silikat duzları olan məhluldan çökdürmə yolu ilə istehsal olunur. Neytral silikat məhlulunun mineral turşu ilə reaksiyasından sonra sulfat turşusu və natrium silikat məhlulları ultrasəslə qarışdırma kimi bir qarışdırma üsulu tətbiq edilməklə suya eyni vaxtda əlavə olunur. Silika turş mühitdə çökür. Çökdürmə müddəti, reagentlərin əlavə edilmə sürəti, temperatur, qatılıq və pH kimi amillərlə yanaşı, qarışdırmanın üsulu və intensivliyi də silikanın xassələrini dəyişə bilər. Ultrasəs reaktorunun kamerasında sonomexaniki qarışdırma sabit və bərabər hissəcik ölçüsü əldə etmək üçün effektiv üsuldur. Yüksək temperaturlarda ultrasəslə qarışdırma gel mərhələsinin yaranmasının qarşısını alır.
Çökdürülmüş silika kimi nanomaterialların ultrasəs dəstəyi ilə çökdürülməsi haqqında daha çox məlumat üçün buraya klikləyin!
Çökdürülmüş silikanın CAS nömrəsi: 7631-86-9

Kolloidal silika / Silika kolloidi

Kolloidal silika maye fazada incə, məsaməsiz, amorf, əsasən kürəvi silika hissəciklərinin suspenziyasıdır.
Silika kolloidlərinin ən geniş yayılmış istifadə sahələri kağız istehsalında suyun süzülməsinə kömək edən vasitə, silisium lövhələrinin cilalanmasında abraziv, kimyəvi proseslərdə katalizator, nəm uducu, aşınmaya davamlı örtüklərə əlavə və ya flokulyasiya, koaqulyasiya, dispersləşdirmə və ya sabitləşdirmə üçün səthi aktiv maddə kimi tətbiqdir.
Aşınmaya davamlı polimer örtüklərdə kolloidal silika haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün buraya klikləyin!

Kolloidal silikanın istehsalı çoxmərhələli prosesdir. Qələvi silikat məhlulunun qismən neytrallaşdırılması silika nüvələrinin yaranmasına gətirib çıxarır. Kolloidal silika hissəciklərinin alt vahidlərinin ölçüsü adətən 1 və 5 nm arasındadır. Polimerləşmə şəraitindən asılı olaraq bu alt vahidlər bir-birinə birləşə bilər. pH-ın 7-dən aşağı salınması və ya duz əlavə edilməsi nəticəsində vahidlər çox vaxt silikagellər adlandırılan zəncirlər şəklində birləşməyə meyil edir. Əks halda alt vahidlər ayrı qalır və tədricən böyüyür. Alınan məhsullar çox vaxt silika zolları və ya çökdürülmüş silika adlandırılır. Kolloidal silika suspenziyası pH-ın tənzimlənməsi ilə sabitləşdirilir və sonra, məsələn, buxarlandırma yolu ilə qatılaşdırılır.
Zol-gel proseslərində sonomexaniki təsirlər haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün buraya klikləyin!

Silikanın sağlamlıq üçün riski

Quru və ya havada olan kristal silikon dioksidi insanlarda ciddi ağciyər xəstəliyinə, ağciyər xərçənginə və ya sistemli autoimmun xəstəliklərə səbəb ola bilən ağciyər kanserogenidir. Silika tozu nəfəs vasitəsilə udulub ağciyərlərə daxil olduqda çapıq toxumasının yaranmasına səbəb olur və ağciyərlərin oksigen qəbul etmə qabiliyyətini azaldır (silikoz). SiO2-nin isladılması və maye fazada, məsələn, ultrasəslə homogenləşdirmə yolu ilə dispersləşdirilməsi nəfəs vasitəsilə udulma riskini aradan qaldırır. Buna görə SiO2 tərkibli maye məhsulun silikoza səbəb olma riski çox aşağıdır. Silika ilə quru toz şəklində işləyərkən uyğun fərdi mühafizə vasitələrindən istifadə edin!

Ədəbiyyat

• Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
• Rosa Mondragon, J. Enrique Julia, Antonio Barba, Juan Carlos Jarque (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology, Volume 224, 2012. 138-146.
• Pohl, Markus; Schubert, Helmar (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.