Ултразвукова дисперсия на силициев диоксид (SiO2)

Силициевият диоксид, известен също като SiO2, нано-силициев диоксид или микросилициев диоксид, се използва в паста за зъби, цимент, синтетичен каучук, високоефективен полимер или в хранителни продукти като сгъстител, адсорбент, антислепващ агент или носител на аромати и аромати. По-долу ще научите повече за употребата на наносилициев диоксид и микросилициев диоксид и как сономеханичните ефекти на ултразвука могат да подобрят ефективността на процеса и производителността на крайния продукт чрез създаване на по-добри силициеви суспензии и улесняване на синтеза на силициеви наночастици.

Предимства на ултразвуковата дисперсия на нано силициев диоксид (SiO2)

Силициевият диоксид се предлага в широка гама от хидрофилни и хидрофобни форми и има изключително фин размер на частиците от няколко микрометра до няколко нанометра. Обикновено силициевият диоксид не се диспергира добре след намокряне. Освен това добавя много микромехурчета към формулата на продукта. Ултразвукът е ефективна технологична технология за диспергиране на микросилициев и наносилициев диоксид и отстраняване на разтворения газ и микромехурчета от формулата.

Ултразвуковата дисперсия е техника, която използва високоинтензивни, нискочестотни ултразвукови вълни за разпръскване и деагломериране на частици в течна среда. Когато става въпрос за дисперсия на силициев диоксид и нано-силициев диоксид, ултразвуковата дисперсия предлага няколко предимства:
 

Значението на размера на частиците на силициевия диоксид

За много приложения на силициев диоксид с наноразмер или микроразмер добрата и равномерна дисперсия е много важна. Често се изисква монодисперсна силициева суспензия, например за измерване на размера на частиците. По-специално, за използване в мастила или покрития и полимери за подобряване на устойчивостта на надраскване, силициевите частици трябва да са достатъчно малки, за да не пречат на видимата светлина, за да се избегне замъгляване и да се поддържа прозрачност. За повечето покрития силициевите частици трябва да са по-малки от 40 nm, за да изпълнят това изискване. За други приложения агломерацията на силициеви частици възпрепятства всяка отделна частица силициев диоксид да взаимодейства със заобикалящата среда.
Ултразвуковите хомогенизатори са по-ефективни в диспергиращия силициев диоксид, отколкото други методи за смесване с високо срязване, като ротационни смесители или бъркалки за резервоари. Снимката по-долу показва типичен резултат от ултразвуково диспергиране на димящ силициев диоксид във вода.

Ултразвукова дисперсия на димящ силициев диоксид във вода

Ефективност на обработката при намаляване на размера на силициевия диоксид

Ултразвуковата дисперсия на нано-силициев диоксид превъзхожда други методи за смесване с високо срязване, като IKA Ultra-Turrax. Ултразвукът произвежда суспензии с по-малък размер на силициевите частици, а ултразвукът е по-енергийно ефективната технология. Пол и Шуберт сравняват намаляването на размера на частиците на Aerosil 90 (2% wt) във вода с помощта на Ultra-Turrax (ротор-статор-система) с това на Hielscher UIP1000hd (ултразвуково устройство с мощност 1 kW). Графиката по-долу показва превъзходните резултати от ултразвуковия процес. В резултат на своето изследване Пол заключава, че "При постоянна специфична енергия ултразвукът на електромобилите е по-ефективен от системата ротор-статор". Енергийната ефективност и равномерността на размера на частиците силициев диоксид са от първостепенно значение в производствените процеси, където производствените разходи, капацитетът на процеса и качеството на продукта са от значение.

Ултразвук срещу ултра-туракс за дисперсия на силициев диоксид

Снимките по-долу показват резултатите, които Пол получава чрез ултразвук със спрей лиофилизирани силициеви гранули.

Вляво: REM-снимки на силициеви гранули със спрей замразяване преди ултразвукова деагломерация
Вдясно: TEM-снимки на ултразвуково диспергирани силициеви фрагменти
Проучване и изображения: Pohl and Schubert, 2004)

Високоефективни ултразвукови диспергатори за висококачествени силициеви формулировки

Hielscher Ultrasonics е немска семейна фирма, специализирана в разработването, производството и доставката на високоефективни ултразвукови хомогенизатори за обработка на течности, твърди суспензии и пасти. Ултразвуковите хомогенизатори на Hielscher надеждно обработват силициеви суспензии и други нано-супенсатори, за да получат желаната спецификация. Дори формулировките на продуктите, които са силно чувствителни, абразивни или силно вискозни, могат да бъдат ефективно диспергирани и деагломерирани с помощта на ултразвук. Нашите усъвършенствани ултразвукови апарати са изключително гъвкави и предлагат усъвършенствани възможности за партидно и вградено лечение. Надеждно високите стандарти за качество и възпроизводимите резултати са ключови характеристики на ултразвуковата силициева дисперсия.
Най-съвременните ултразвукови апарати от индустриален клас Hielscher разполагат с интелигентно и удобно за потребителя меню, програмируеми настройки, автоматично протоколиране на данни на вградена SD карта, дистанционно управление на браузъра и висока здравина.
Амплитудата е най-влиятелният параметър, когато става въпрос за ултразвукова обработка. Амплитудата се отнася до максималното изместване или движение от пик до пик на ултразвукова вълна. За ултразвукова дисперсия, деагломерация и мокро смилане често са необходими високи амплитуди, за да се приложи достатъчно енергия за намаляване на размера на частиците. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигурят изключително високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди.
От малък и среден размер R&D и пилотни ултразвукови апарати към промишлени системи за търговско производство на силициев диоксид в непрекъснат режим, Hielscher Ultrasonics разполага с правилния ултразвуков процесор, който да покрие вашите изисквания за превъзходна обработка на силициев диоксид.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Какво е силициев диоксид (SiO2, силициев диоксид)?

Силициевият диоксид е химично съединение, съставено от силиций и кислород с химическа формула SiO2 или силициев диоксид. Има много различни форми на силициев диоксид, като разтопен кварц, димящ силициев диоксид, силикагел и аерогелове. Силициевият диоксид съществува като съединение от няколко минерала и като синтетичен продукт. Силициевият диоксид най-често се среща в природата като кварц и в различни живи организми. Силициевият диоксид се получава чрез добив и пречистване на кварц. Трите основни форми на аморфен силициев диоксид са пирогенен силициев диоксид, утаен силициев диоксид и силикагел.

Димящ силициев диоксид / пирогенен силициев диоксид

Изгарянето на силициев тетрахлорид (SiCl4) в богат на кислород водороден пламък произвежда дим от SiO2 – димящ силициев диоксид. Алтернативно, изпаряването на кварцов пясък в електрическа дъга от 3000 °C също произвежда димящ силициев диоксид. И при двата процеса получените микроскопични капчици аморфен силициев диоксид се сливат в разклонени, верижни, триизмерни вторични частици. След това тези вторични частици се агломерират в бял прах с изключително ниска насипна плътност и много голяма повърхност. Размерът на първичните частици на непорестия димящ силициев диоксид е между 5 и 50 nm. Димяният силициев диоксид има много силен сгъстяващ ефект. Следователно димяният силициев диоксид се използва като пълнител в силиконов еластомер и регулиране на вискозитета в бои, покрития, лепила, печатарски мастила или ненаситени полиестерни смоли. Димяният силициев диоксид може да бъде обработен, за да стане хидрофобен или хидрофилен както за органични течности, така и за водни приложения. Хидрофобният силициев диоксид е ефективен компонент на пеногасител (антипенообразуващ агент).
Щракнете тук, за да прочетете за ултразвукова дегазация и разпенване.
Димящ силициев диоксид CAS номер 112945-52-5

Силициев диоксид / Микросилициев диоксид

Силициевият дим е ултрафин прах с наноразмер, известен още като микросилициев диоксид. Силициевият дим не трябва да се бърка с димящ силициев диоксид. Производственият процес, морфологията на частиците и областите на приложение на силициевия диоксид са различни от тези на димения силициев диоксид. Силициевият дим е аморфна, некристална, полиморфна форма на SiO2. Силициевият дим се състои от сферични частици със среден диаметър на частиците 150 nm. Най-видното приложение на силициевия дим е като пуцоланов материал за високоефективен бетон. Добавя се към портландциментов бетон за подобряване на свойствата на бетона, като якост на натиск, якост на свързване и устойчивост на абразия. Освен това силициевият дим намалява пропускливостта на бетона към хлоридни йони. Това предпазва армировъчната стомана на бетона от корозия.
За да научите повече за ултразвуковото смесване на цимент и силициев диоксид, моля, кликнете тук!
Силициев дим CAS номер: 69012-64-2, Силициев дим EINECS номер: 273-761-1

Утаен силициев диоксид

Утаеният силициев диоксид е бяла прахообразна синтетична аморфна форма на SiO2. Утаеният силициев диоксид се използва като пълнител, омекотител или подобряване на производителността в пластмаси или каучук, например гуми. Други приложения включват почистващ, сгъстяващ или полиращ агент в пастите за зъби.
За да научите повече за ултразвуковото смесване при производството на пасти за зъби, моля, кликнете тук!
Първичните частици от димящ силициев диоксид имат диаметър между 5 и 100 nm, докато размерът на агломерата е до 40 μm, като средният размер на порите е по-голям от 30 nm. Подобно на пирогенния силициев диоксид, утаеният силициев диоксид по същество не е микропорест.
Димяният силициев диоксид се получава чрез утаяване от разтвор, съдържащ силикатни соли. След реакция на неутрален силикатен разтвор с минерална киселина, разтворите на сярна киселина и натриев силикат се добавят едновременно с разбъркване, като ултразвуково разбъркване, към водата. Силициевият диоксид се утаява при киселинни условия. Освен фактори, като продължителността на утаяването, скоростта на добавяне на реагентите, температурата и концентрацията и pH, методът и интензивността на разбъркване могат да променят свойствата на силициевия диоксид. Сономеханичното разбъркване в ултразвукова реакторна камера е ефективен метод за получаване на постоянен и равномерен размер на частиците. Ултразвуковото разбъркване при повишени температури избягва образуването на гел етап.
За повече информация относно ултразвуковото утаяване на наноматериали, като утаен силициев диоксид, моля, кликнете тук!
Утаен силициев диоксид CAS номер: 7631-86-9

Колоиден силициев диоксид / силициев диоксид колоид

Колоидният силициев диоксид е суспензия от фини непорести, аморфни, предимно сферични силициеви частици в течна фаза.
Най-честите употреби на силициеви колоиди са като дренажно средство при производството на хартия, абразив за полиране на силициеви пластини, катализатор в химични процеси, абсорбиращ влага, добавка към устойчиви на абразия покрития или повърхностноактивно вещество за флокулиране, коагулиране, диспергиране или стабилизиране.
За да научите повече за колоидния силициев диоксид в устойчиви на абразия полимерни покрития, моля, щракнете тук!

Производството на колоиден силициев диоксид е многоетапен процес. Частичната неутрализация на алкално-силикатен разтвор води до образуването на ядра на силициев диоксид. Субединиците на колоидните силициеви частици обикновено са в диапазона между 1 и 5 nm. В зависимост от условията на полимеризация, тези субединици могат да бъдат съединени заедно. Чрез намаляване на рН под 7 или чрез добавяне на сол единиците са склонни да се сливат заедно във вериги, които често се наричат силикагелове. В противен случай субединиците остават разделени и растат постепенно. Получените продукти често се наричат соли от силициев диоксид или утаен силициев диоксид. Колоидната силициева суспензия се стабилизира чрез регулиране на рН и след това се концентрира, например чрез изпаряване.
За да научите повече за сономеханичните ефекти в сол-гел процесите, моля, кликнете тук!

Риск за здравето от силициев диоксид

Сухият или въздушен кристален силиконов диоксид е човешки белодробен канцероген, който може да причини сериозно белодробно заболяване, рак на белия дроб или системни автоимунни заболявания. Когато силициевият прах се вдишва и навлиза в белите дробове, това причинява образуването на белези и намалява способността на белите дробове да поемат кислород (силикоза). Намокрянето и диспергирането на SiO2 в течна фаза, например чрез ултразвукова хомогенизация, елиминира риска от вдишване. Следователно рискът течен продукт, който съдържа SiO2, да причини силикоза, е много нисък. Моля, използвайте подходящи лични предпазни средства, когато боравите със силициев диоксид под формата на сух прах!

Литература