Ultrazvučna disperzija silicijum dioksida (SiO2)
Silicijum dioksid, takođe poznat kao SiO2, nano-silicijum ili mikro-silicijum, koristi se u pastama za zube, cementu, sintetičkoj gumi, polimerima visokih performansi ili u prehrambenim proizvodima kao zgušnjivač, adsorbent, agens protiv zgrušavanja ili nosač za mirise i arome. U nastavku ćete saznati više o upotrebi nanosilicijum dioksida i mikrosilicijum dioksida i kako sonomehanički efekti ultrazvuka mogu poboljšati efikasnost procesa i performanse finalnog proizvoda stvaranjem boljih suspenzija silicijum dioksida i olakšavanjem sinteze nanočestica silicijum dioksida.
Prednosti ultrazvučne disperzije nano silicijum dioksida (SiO2)
Silicijum je dostupan u širokom spektru hidrofilnih i hidrofobnih oblika i ima izuzetno finu veličinu čestica od nekoliko mikrometara do nekoliko nanometara. Tipično, silicijum nije dobro raspršen nakon vlaženja. Također dodaje puno mikromjehurića u formulaciju proizvoda. Ultrasonication je efikasna procesna tehnologija za raspršivanje mikro-silicijum dioksida i nano-silicijum dioksida i uklanjanje rastvorenog gasa i mikro-mjehurića iz formulacije.
Ultrazvučna disperzija je tehnika koja koristi ultrazvučne talase visokog intenziteta, niske frekvencije za raspršivanje i deaglomeraciju čestica u tečnom mediju. Kada je u pitanju disperzija silicijum dioksida i nano-silicijum, ultrazvučna disperzija nudi nekoliko prednosti:
Važnost veličine čestica silicijum dioksida
Za mnoge primjene silicijum dioksida nano ili mikro veličine, dobra i ujednačena disperzija je vrlo važna. Često je potrebna mono-disperzna suspenzija silicijum dioksida, npr. za merenje veličine čestica. Posebno za upotrebu u bojama ili premazima i polimerima radi poboljšanja otpornosti na grebanje, čestice silicijevog dioksida moraju biti dovoljno male da ne ometaju vidljivu svjetlost kako bi se izbjegla maglica i održala transparentnost. Za većinu premaza čestice silicijum dioksida moraju biti manje od 40nm da bi ispunile ovaj zahtjev. Za druge primjene, aglomeracija čestica silicijevog dioksida ometa svaku pojedinačnu česticu silicijevog dioksida u interakciji s okolnim medijem.
Ultrazvučni homogenizatori su efikasniji u dispergovanju silicijum dioksida od drugih metoda mešanja sa visokim smicanjem, kao što su rotacione mešalice ili rezervoarske mešalice. Slika ispod prikazuje tipičan rezultat ultrazvučnog raspršivanja isparenog silicijum dioksida u vodi.
Efikasnost obrade u smanjenju veličine silicijum dioksida
Ultrazvučna disperzija nano-silicijum dioksida je superiornija u odnosu na druge metode mešanja sa visokim smicanjem, kao što je IKA Ultra-Turrax. Ultrazvuk proizvodi suspenzije manje veličine čestica silicijum dioksida, a ultrazvuk je energetski efikasnija tehnologija. Pohl i Schubert su uporedili smanjenje veličine čestica Aerosila 90 (2% wt) u vodi koristeći Ultra-Turrax (rotor-stator-sistem) sa onim od Hielscher UIP1000hd (1kW ultrazvučni uređaj). Grafik ispod prikazuje vrhunske rezultate ultrazvučnog procesa. Kao rezultat svoje studije, Pohl je zaključio da je „Uz konstantnu specifičnu energiju EV ultrazvuk efikasniji od sistema rotor-stator“. Energetska efikasnost i ujednačenost veličine čestica silicijum dioksida su od najveće važnosti u proizvodnim procesima, gde su troškovi proizvodnje, kapacitet procesa i kvalitet proizvoda važni.
Slike ispod pokazuju rezultate koje je Pohl dobio sonikacijom granula silicijum dioksida osušenih raspršivanjem.
Ultrazvučni disperzatori visokih performansi za visokokvalitetne formulacije silicijum dioksida
Hielscher Ultrasonics je njemačka obiteljska tvrtka specijalizirana za razvoj, proizvodnju i nabavu ultrazvučnih homogenizatora visokih performansi za tretman tekućina, suspenzija i pasta sa čvrstim punjenjem. Hielscher ultrazvučni homogenizatori pouzdano obrađuju silicijum dioksid i druge nano-supenzije kako bi dobili bilo koju željenu specifikaciju. Čak i formulacije proizvoda koje su vrlo osjetljive, abrazivne ili visoko viskozne mogu se efikasno raspršiti i deaglomerirati pomoću ultrazvučne obrade. Naši napredni ultrasonikatori su izuzetno svestrani i nude sofisticirane mogućnosti serijskog i inline tretmana. Pouzdano visoki standardi kvaliteta i ponovljivi rezultati su ključne karakteristike ultrazvučne disperzije silicijum dioksida.
Hielscher ultrasonikatori najsavremenije industrijske klase imaju pametan i jednostavan meni, programibilne postavke, automatsko protokoliranje podataka na integrisanoj SD kartici, daljinsko upravljanje pretraživačem i visoku robusnost.
Amplituda je najuticajniji parametar kada je u pitanju ultrazvučna obrada. Amplituda se odnosi na maksimalni pomak ili kretanje od vrha do vrha ultrazvučnog talasa. Za ultrazvučnu disperziju, deaglomeraciju i mokro mljevenje često su potrebne velike amplitude kako bi se primijenila dovoljna energija za smanjenje veličine čestica. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti izuzetno visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Od malih i srednjih R&D i pilot ultrasonikatori do industrijskih sistema za komercijalnu proizvodnju silicijum dioksida u kontinuiranom režimu, Hielscher Ultrasonics ima pravi ultrazvučni procesor da pokrije vaše zahteve za vrhunskom obradom silicijum dioksida.
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- podesiva, precizna kontrola procesa
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. programiranje, protokoliranje podataka, daljinsko upravljanje)
- jednostavan i siguran za rad
- nisko održavanje
- CIP (čišćenje na mjestu)
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany
Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
0.5 do 1.5 mL | N / A | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Šta je silicijum (SiO2, silicijum dioksid)?
Silicijum je hemijsko jedinjenje sastavljeno od silicijuma i kiseonika sa hemijskom formulom SiO2, ili silicijum dioksid. Postoji mnogo različitih oblika silicijum dioksida, kao što su topljeni kvarc, ispareni silicijum dioksid, silika gel i aerogelovi. Silicijum postoji kao spoj nekoliko minerala i kao sintetički proizvod. Silicijum se najčešće nalazi u prirodi kao kvarc i u raznim živim organizmima. Silicijum dioksid se dobija iskopavanjem i pročišćavanjem kvarca. Tri glavna oblika amorfnog silicijum dioksida su pirogeni silicijum dioksid, istaloženi silicijum dioksid i silika gel.
Dimni silicijum / Pirogeni silicijum
Spaljivanjem silicijum tetrahlorida (SiCl4) u plamenu vodonika bogatog kiseonikom proizvodi se dim SiO2 – ispareni silicijum. Alternativno, isparavanje kvarcnog pijeska u električnom luku od 3000 °C također proizvodi ispareni silicijum dioksid. U oba procesa, nastale mikroskopske kapljice amorfnog silicijum dioksida stapaju se u razgranate, lančane, trodimenzionalne sekundarne čestice. Ove sekundarne čestice se zatim aglomeriraju u bijeli prah s izuzetno malom zapreminskom gustinom i vrlo velikom površinom. Veličina primarne čestice neporoznog silicijum dioksida je između 5 i 50 nm. Ispareni silicijum ima veoma jak efekat zgušnjavanja. Stoga se ispareni silicijum dioksid koristi kao punilo u silikonskom elastomeru i podešavanje viskoziteta u bojama, premazima, ljepilima, tiskarskim bojama ili nezasićenim poliesterskim smolama. Ispareni silicijum se može tretirati kako bi postao hidrofobni ili hidrofilan za primenu u organskim tečnostima ili u vodi. Hidrofobni silicijum je efikasna komponenta protiv pene (sredstvo protiv pene).
Kliknite ovdje, da pročitate o ultrazvučnom otplinjavanju i uklanjanju pjene.
Ispareni silicijum CAS broj 112945-52-5
Silicijum dima / mikrosilika
Silicijum dioksid je ultra-fin prah nano veličine, takođe poznat kao mikro-silicijum. Dim silicijum dioksida ne treba mešati sa isparenim silicijumom. Proces proizvodnje, morfologija čestica i područja primjene silicijum dioksida su različiti od onih kod isparenog silicijum dioksida. Silicijum dioksid je amorfna, nekristalna, polimorfna forma SiO2. Dim silicijevog dioksida sastoji se od sfernih čestica sa prosječnim prečnikom čestica od 150 nm. Najistaknutija primjena silicijum dima je kao pucolanski materijal za beton visokih performansi. Dodaje se Portland cementnom betonu za poboljšanje svojstava betona, kao što su čvrstoća na pritisak, čvrstoća vezivanja i otpornost na abraziju. Osim toga, silicijum dioksid smanjuje propusnost betona za jone klorida. Ovo štiti armaturni čelik betona od korozije.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju cementa i silicijum dima, kliknite ovdje!
Silicijum dima CAS broj: 69012-64-2, Silicijum dima EINECS broj: 273-761-1
Precipitated Silica
Precipitirani silicijum je bijeli praškasti sintetički amorfni oblik SiO2. Precipitirani silicijum se koristi kao punilo, omekšivač ili poboljšanje performansi u plastici ili gumi, npr. gumama. Ostale upotrebe uključuju sredstvo za čišćenje, zgušnjavanje ili poliranje u pastama za zube.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju u proizvodnji paste za zube, kliknite ovdje!
Primarne čestice isparenog silicijum dioksida imaju prečnik između 5 i 100 nm, dok je veličina aglomerata do 40 µm sa prosečnom veličinom pora veća od 30 nm. Poput pirogenog silicijum dioksida, precipitirani silicijum u suštini nije mikroporozan.
Ispareni silicijum se proizvodi precipitacijom iz rastvora koji sadrži silikatne soli. Nakon reakcije neutralne otopine silikata s mineralnom kiselinom, otopine sumporne kiseline i natrijevog silikata se dodaju istovremeno uz miješanje, kao što je ultrazvučno miješanje, u vodu. Silicijum se taloži u kiselim uslovima. Osim faktora, kao što su trajanje taloženja, brzina dodavanja reaktanata, temperatura i koncentracija i pH, metoda i intenzitet miješanja mogu varirati svojstva silicijum dioksida. Sonomehanička agitacija u ultrazvučnoj reaktorskoj komori je efikasna metoda za proizvodnju konzistentne i ujednačene veličine čestica. Ultrazvučno miješanje na povišenim temperaturama izbjegava stvaranje gela.
Za više informacija o ultrazvučnom potpomognutom taloženju nanomaterijala, kao što je precipitirani silicijum, kliknite ovdje!
Precipitirani silicijum CAS broj: 7631-86-9
Koloidni silicijum / silicijum koloid
Koloidni silicijum je suspenzija finih neporoznih, amorfnih, uglavnom sfernih čestica silicijum dioksida u tečnoj fazi.
Najčešća upotreba silicijum koloida je kao pomoćno sredstvo za drenažu u proizvodnji papira, abraziv za poliranje silikonskih pločica, katalizator u hemijskim procesima, upijač vlage, aditiv premazama otpornim na abraziju ili površinski aktivna tvar za flokulaciju, koagulaciju, dispergiranje ili stabilizaciju.
Da biste saznali više o koloidnom silicijum dioksidu u polimernim premazima otpornim na abraziju, kliknite ovdje!
Proizvodnja koloidnog silicijum dioksida je proces u više koraka. Djelomična neutralizacija alkalno-silikatnog rastvora dovodi do stvaranja jezgri silicijevog dioksida. Podjedinice koloidnih čestica silicijum dioksida su tipično u rasponu između 1 i 5 nm. U zavisnosti od uslova polimerizacije ove podjedinice se mogu spajati. Smanjenjem pH ispod 7 ili dodavanjem soli jedinice imaju tendenciju da se stapaju zajedno u lance, koji se često nazivaju silika gelovi. Inače, podjedinice ostaju odvojene i postepeno rastu. Dobiveni proizvodi se često nazivaju silicijum-soli ili precipitirani silicijum dioksid. Koloidna suspenzija silicijum dioksida se stabilizuje podešavanjem pH i zatim koncentriše, npr. isparavanjem.
Da biste saznali više o sonomehaničkim efektima u sol-gel procesima, kliknite ovdje!
Silica zdravstveni rizik
Suvi ili u zraku kristalni silikonski dioksid je kancerogen pluća kod ljudi koji može uzrokovati ozbiljne bolesti pluća, rak pluća ili sistemske autoimune bolesti. Kada se prašina silicijum dioksida udiše i uđe u pluća, izaziva stvaranje ožiljnog tkiva i smanjuje sposobnost pluća da uzima kiseonik (silikoza). Vlaženje i disperzija SiO2 u tečnu fazu, npr. ultrazvučnom homogenizacijom, eliminiše rizik od udisanja. Stoga je rizik da tekući proizvod koji sadrži SiO2 izazove silikozu vrlo nizak. Molimo koristite odgovarajuću ličnu zaštitnu opremu kada rukujete silicijum dioksidom u obliku suvog praha!
Književnost
- 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.