Ultrazvučna disperziva silika (SiO2)

Silika, poznata i kao SiO2, nano-silika ili mikro-silika se koristi u pasti za zube, cementu, sintetička guma, polimeru visokih performansi ili u proizvodima od hrane kao zgusljivač, adsorbent, anti-caking agens, ili nosilac za mirise i okuse. U nastavku ćete saznati više o upotrebi nanosilice i mikrosilice i o tome kako sonomehanički efekti ultrazvučnika mogu poboljšati efikasnost procesa i završne performanse proizvoda tako što će napraviti bolje ovjese silika ili poboljšanu sintezu silika nanočeslica.

Silika disperzija / Ovjes silika / Nano Silica (SiO2)

Silika je dostupna u širokom spektru hidrofilnih i hidrofobnih oblika i ima izuzetno finu veličinu čestica od nekoliko mikrometara sve do nekih nanometara. Obično se silicij nije dobro raspršio nakon mokraće. Također dodaje mnogo mikrobublesa u formulaciju proizvoda. Ultrasonikacija je efikasna procesna tehnologija za raspršivanje mikro-silikata i nano-silikata i uklanjanje rastvorenog gasa i mikro-mjehurića iz formulacije.

Caution: Video "duration" is missing

Za mnoge primjene nano-veličine ili mikro-veličine silika, dobra i u uniformna disperziji je vrlo važna. Često je potrebna mono-disperzivna suspenzija silika, npr. za mjerenje veličine čestica. Posebno za upotrebu u tirama ili premazima i polimerima za poboljšanje otpornosti na ogrebotine, čestice silika trebaju biti dovoljno male da ne ometaju vidljivo svjetlo kako bi se izbjegla izmaglica i održala transparentnost. Za većinu premazi silika čestice trebaju biti manje od 40nm da bi se ispunio ovaj zahtjev. Za druge aplikacije, aglomeracija silikatnih čestica ometa svaku pojedinačnu česticu silikata da bi bila u interakciji sa okolnim medijima.
Ultrazvučni homogenizatori su efikasniji u raspršivajućem siliciju od drugih metoda miješanja visoke smice, kao što su rotacijski mikseri ili agitatori spremnika. Slika ispod prikazuje tipičan rezultat ultrazvučnog raspršivanja fumed silika u vodi.

Ultrazvučna disperziva fumed silika u vodi

Obrade efikasnost u Silica Size Reduction

Ultrazvučna disperzacija nano-silika je superiornija od drugih visoko smicajućih metoda miješanja, kao što je IKA Ultra-Turrax. Ultrazvuka proizvodi suspenzije manje veličine silicij-čestica i ultrasonikacija je energetski efikasnija tehnologija. Pohl i Schubert su usporedili smanjenje veličine čestica Aerosil 90 (2%wt) u vodi koristeći Ultra-Turrax (rotor-stator-sistem) sa onim Hielscher UIP1000hd (1kW ultrazvučni uređaj). Grafika ispod prikazuje superiorne rezultate ultrazvučnog procesa. Kao rezultat njegove studije Pohl je zaključio, da je "Na konstantnoj specifičnoj energiji EV ultrazvuk je učinkovitiji od rotor-stator-sistema." Energetska efijencija i jednoličnost veličine silicijevih čestica su od najveće važnosti u proizvodnim procesima, gdje su troškovi proizvodnje, kapacitet procesa i materija kvaliteta proizvoda.

Ultrasonics vs. Ultra-turrax for Silica Dispersion

Slike ispod pokazuju rezultate koje je Pohl dobio sonicirajući silicij sprej zamrzava granule. (Kliknite na slike za uvećanje!)

(lijevo: prije sonication, desno: nakon sonication)

Šta je Silica (SiO2, Silicij dioksid)?

Silika je hemijski spoj koji se sačinjaju od silicija i kisika sa hemijskom formulom SiO2, ili silicij dioksidom. Postoji mnogo različitih oblika silikata, kao što su osigurani kvarc, fumed silicij, silikagel, i aerogeli. Silika postoji kao spoj nekoliko minerala i kao sintetički proizvod. Silika se najčešće u prirodi nađe kao kvarc i u raznim živim organizmima. Silicijan dioksid se dobija rudarstvom i pročišćavanje kvarca. Tri glavna oblika amorfnog silika su pirogeni silicij, precipitirani silicij i silikagel.

Fumed Silica / Pirogeična silika

Spaljivanje silicija tetraklorida (SiCl4) u vodikovom plamenu bogatom kisikom proizvodi dim SiO2 – fumed silika. Alternativno, isparajući kvarcni pijesak u električnom luku od 3000 °C, proizvodi i fumed silicij. U oba procesa, rezultirajuće mikroskopske kapljice amorfnog silicijskog osigurača u razgranate, lančane, trodimenzionalne sekundarne čestice. Ove sekundarne čestice se zatim aglomeratiraju u bijeli prah sa izuzetno niskom oguglom i vrlo visokom površinom. Primarna veličina čestica ne-poroznog fumed silika je između 5 a 50 nm. Fumed silicij ima jako zadeban efekat. Dakle, fumirani silicij se koristi kao punilo u silikonskim elastomerima i podešavanju viskoznosti u bojama, premazima, lepkovima, tinovima za štampanje ili nezasićenim poliesternim smolama. Fumed Silica se može tretirati tako da bude hidrofobna ili hidrofilna za bilo organske tekućine ili vodene primjene. Hidrofobni silicij je efektivna defoamer komponenta (anti-pjaneće agens).
Kliknite ovdje, da pročitate o ultrazvučnom odmazganju i klevetanju.
Fumed Silica CAS broj 112945-52-5

Silika fume / Mikrosilica

Silika fuma je ultra fini, nano-veličinski prah poznat i kao mikro-silika. Silika fume se ne smije omesti sa fumiranom silicijkom. Proizvodni proces, morfologija čestica i polja primjene silicijevih fuma su različiti od onih fumed silikata. Silicijska fuma je amorfni, ne-kristalni, polimorfni oblik SiO2. Silicijska fuma se sastoji od sfernih čestica prosječnog promjera čestica od 150 nm. Najizraženije primjena silicij-fuma je kao pozzolanski materijal za beton visokih performansi. Dodaje se u Portland cementni beton kako bi se poboljšala svojstva betona, kao što su kompresivna snaga, snaga veza i otpornost na abraziju. Osim toga, silicij-fum smanjuje ovlasćenost betona na ione hlorida. To štiti armirani čelik betona od korozije.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju cementa i silicij-fuma, kliknite ovdje!
Silica Fume CAS broj: 69012-64-2, Silica Fume EINECS broj: 273-761-1

Precipitated Silica

Precipitirani silicij je bijeli prah sintetički amorfni oblik SiO2. Precipitirani silicij se koristi kao punilo, omekšivač ili poboljšanje performansi plastike ili gume, npr. gume. Ostale upotrebe uključuju čišćenje, zadebivanje ili poliranje agenta u pastama za zube.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju u proizvodnji paste za zube, kliknite ovdje!
Primarne čestice fumed silika imaju promjer između 5 i 100 nm, dok je veličina aglomerata do 40 μm sa prosječnom veličinom pora veća od 30 nm. Poput pirogenog silika, precipitirani silicij u suštini nije mikroporozan.
Fumed Silica se proizvodi padavinama iz otopine koja sadrži silikatne soli. Nakon reakcije neutralnog silikatnog rastvora sa mineralnom kiselinom, otopine sumporne kiseline i natrijevog silikata se dodaju istovremeno uz agitaciju, kao što je ultrazvučna agitacija, u vodu. Silika pada u kiselinama. Osim faktora, kao što su trajanje padavina, brzina dodavanja reaktora, temperatura i koncentracija, i pH, metoda i intenzivnost agitacije mogu se mjeriti svojstva silika. Sonomehanička agitacija u ultrazvučnoj komori reaktora je efikasna metoda za proizvodnju dosljedne i uniformne veličine čestica. Ultrazvučna agitacija na povišenim temperaturama izbjegava formiranje gel faze.
Za više informacija o ultrazvučno asistiranim padavinama nanomaterijala, kao što je precipitirani silicij, kliknite ovdje!
Precipitated Silica CAS broj: 7631-86-9

Koloidni silicij / Koloid silika

Koloidni silicij je suspenzija fine nepororane, amorfne, uglavnom sferične čestice silika u tekućoj fazi.
Najčešće upotrebe silicijevih koloida su kao odvodna pomoć u obradi papira, abrazivna za poliranje silikona, katalizator u hemijskim procesima, apsorbirajuća vlaga, dodatak premazi otpornim na abrazije, ili surfaktant za flokuliranje, koagulaciju, raspršivanje ili stabilizaciju.
Da biste saznali više o koloidnom siliciju u polimernim premazima otpornim na abrazije, kliknite ovdje!

Proizvodnja koloidnog silika je proces u više koraka. Parcijalna neutralizacija alkalno-silikatne otopine dovodi do formiranja silicijnih jedrova. Podjenice koloidnih čestica silika su obično u rasponu između 1 i 5 nm. U zavisnosti od uslova polimerizacije ove podsjednice se mogu spojiti zajedno. Smanjenjem pH ispod 7 ili dodavanjem soli jedinice imaju nastoje da se spoje zajedno u lancima, koji se često zovu silikageli. Inače, podsjednice ostaju odvojene i rastu postepeno. Rezultujući proizvodi se često zovu silicijni solovi ili precipitirani silicij. Koloidna suspenzija silika stabilizira se podešavanjem pH, a zatim koncentrirana, npr. isparavanjem.
Da biste saznali više o sonomehaničkom efektu u sol-gel procesima, kliknite ovdje!

Rizik za zdravlje silika

Suhi ili zrakom prenosiv kristalni silikonski dioksid je karcinogen ljudskih pluća koji može izazvati ozbiljnu bolest pluća, rak pluća ili sistemske autoimune bolesti. Kada se silicijska prašina udahne i uđe u pluća uzrokuje formiranje ožiljkastog tkiva i smanjuje sposobnost pluća da uzimaju kisik (Silikoza). Vlaženje i raspršivanje SiO2 u tekuću fazu, npr. ultrazvučnom homogenizacijom, eliminira rizik od inhalacije. Stoga je rizik od tekućih proizvoda koji sadrži SiO2 da uzrokuje Silikozu vrlo nizak. Molimo vas da koristite pogodan opremu za ličnu zaštitu kada rukujete silicijem u obliku suhog praha!

literatura