Ultralydsdispersion af nanomaterialer (nanopartikler)
Nanomaterialer er blevet en integreret komponent i produkter så forskellige som højtydende materialer, solcremer, overfladebehandlingsmidler eller plastkompositter. Ultralydkavitation bruges til at sprede partikler i nanostørrelse i væsker, såsom vand, olie, opløsningsmidler eller harpikser.
Ultralydsspredning af nanopartikler
Anvendelsen af Ultralydsspredning af nanopartikler har mangfoldige virkninger. Det mest åbenlyse er Dispergering af materialer i væsker for at bryde partikelagglomerater. En anden proces er anvendelsen af ultralyd under partikelsyntese eller udfældning. Generelt fører dette til mindre partikler og øget størrelsesensartethed. ultralyd kavitation Forbedrer også materialeoverførslen på partikeloverflader. Denne effekt kan bruges til at forbedre overfladen Funktionalisering af materialer med et højt specifikt overfladeareal.
Spredning og størrelsesreduktion af nanomaterialer
Nanomaterialer, f.eks. metaloxider, nanoler eller Kulstof nanorør har tendens til at blive agglomereret, når det blandes i en væske. Effektive midler til deagglomerering og Sprede er nødvendige for at overvinde bindingskræfterne efter befugtning af pulveret. Ultralydsopbrydningen af agglomeratstrukturerne i vandige og ikke-vandige suspensioner gør det muligt at udnytte det fulde potentiale af nanostørrelsesmaterialer. Undersøgelser ved forskellige dispersioner af nanopartikelagglomerater med variabelt stofindhold har vist den betydelige fordel ved ultralyd sammenlignet med andre teknologier, såsom rotorstatorblandere (f.eks. ultraturrax), stempelhomogenisatorer eller vådformalingsmetoder, f.eks. perlemøller eller kolloidmøller. Hielscher ultralydssystemer kan køres ved ret høje faste koncentrationer. For eksempel til Silica Brudfrekvensen blev fundet at være uafhængig af fast koncentration op til 50% efter vægt. Ultralyd kan anvendes til dispergering af master-batches med høj koncentration - behandling af væsker med lav og høj viskositet. Dette gør ultralyd til en god behandlingsløsning til maling og belægninger, baseret på forskellige medier, såsom vand, harpiks eller olie.
Ultralyd homogenisator UP400St til nanodispersioner
ultralyd kavitation
Dispersion og deagglomerering ved ultralydbehandling er et resultat af ultralydkavitation. Når væsker udsættes for ultralyd, resulterer lydbølgerne, der forplanter sig i væsken, i skiftevis højtryks- og lavtrykscyklusser. Dette påfører mekanisk belastning på tiltrækningskræfterne mellem de enkelte partikler. ultralyd kavitation i væsker forårsager højhastigheds væskestråler på op til 1000 km/t (ca. 600 mph). Sådanne stråler presser væske ved højt tryk mellem partiklerne og adskiller dem fra hinanden. Mindre partikler accelereres med væskestrålerne og kolliderer ved høje hastigheder. Dette gør ultralyd til et effektivt middel til spredning, men også til Fræsning af partikler i mikronstørrelse og submikronstørrelse.
Ultralydassisteret partikelsyntese / udfældning
Nanopartikler kan genereres nedefra og op ved syntese eller udfældning. Sonokemi er en af de tidligste teknikker, der bruges til at fremstille nanostørrelsesforbindelser. Suslick i sit originale værk, sonikeret Fe(CO)5 enten som en pæn væske eller i en deaclinopløsning og opnået 10-20nm størrelse amorfe jern nanopartikler. Generelt begynder en overmættet blanding at danne faste partikler ud af et stærkt koncentreret materiale. Ultralydbehandling forbedrer blandingen af forkursorerne og øger masseoverførslen på partikeloverfladen. Dette fører til mindre partikelstørrelse og højere ensartethed.
UIP2000hdT, en 2kW kraftig ultralydsapparat til at sprede SWCNT'er.
Overfladefunktionalisering ved hjælp af ultralyd
Mange nanomaterialer, såsom metaloxider, inkjet-blæk og tonerpigmenter eller fyldstoffer for ydeevne Belægninger, kræver overfladefunktionalisering. For at funktionalisere den komplette overflade af hver enkelt partikel kræves en god dispersionsmetode. Når de spredes, er partikler typisk omgivet af et grænselag af molekyler, der tiltrækkes af partikeloverfladen. For at nye funktionelle grupper kan komme til partikeloverfladen, skal dette grænselag brydes op eller fjernes. De flydende stråler som følge af ultralydskavitation kan nå hastigheder på op til 1000 km / t. Denne stress hjælper med at overvinde de tiltrækkende kræfter og fører de funktionelle molekyler til partikeloverfladen. I Sonokemi, denne effekt bruges til at forbedre ydeevnen af dispergerede katalysatorer.
Ultralydbehandling før partikelstørrelsesmåling
Ultralydbehandling af prøver forbedrer nøjagtigheden af din partikelstørrelse eller morfologimåling. Den nye SonoStep kombinerer ultralyd, omrøring og pumpning af prøver i et kompakt design. Det er let at betjene og kan bruges til at levere sonikerede prøver til analytiske enheder, såsom partikelstørrelsesanalysatorer. Den intense sonikering hjælper med at sprede agglomererede partikler, hvilket fører til mere konsistente resultater.Klik her for at læse mere!
Ultralydsbehandling til laboratorie- og produktionsskala
Ultralydsprocessorer og flowceller til deagglomerering og dispersion er tilgængelige til Laboratorium og produktion niveau. Industrisystemerne kan nemt eftermonteres til at fungere inline. Til forskning og procesudvikling anbefaler vi at bruge UIP1000hd (1.000 watt).
Hielscher tilbyder et bredt udvalg af ultralydsapparater og tilbehør til effektiv dispergering af nanomaterialer, f.eks. i maling, blæk og belægninger.
- Kompakte laboratorieenheder på op til 400 watt effekt.
Disse enheder bruges hovedsageligt til prøveforberedelse eller indledende gennemførlighedsundersøgelser og kan lejes. - 500 og 1,000 og 2,000 watts ultralydsprocessorer som UIP1000hd sæt med flowcelle og forskellige boosterhorn og sonotroder kan behandle større volumenstrømme.
Enheder som denne bruges til optimering af parametrene (f.eks. amplitude, driftstryk, flowhastighed osv.) i bord- eller pilotanlægsskala. - Ultralydsprocessorer af 2kW, 4kW, 10kW og 16kW og større klynger af flere sådanne enheder kan behandle produktionsvolumenstrømme på næsten ethvert niveau.
Bænkudstyr kan lejes under gode forhold til at køre procesforsøg. Resultaterne af sådanne forsøg kan skaleres lineært til produktionsniveau – hvilket reducerer risikoen og omkostningerne forbundet med procesudviklingen. Vi hjælper dig gerne online, på telefonen eller personligt. Find venligst Vores adresser her, eller brug formularen nedenfor.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Nanomaterialer – Baggrundsinformation
Nanomaterialer er materialer med en størrelse på mindre end 100 nm. De udvikler sig hurtigt ind i formuleringerne af maling, blæk og belægninger. Nanomaterialer kan inddeles i tre brede kategorier: metaloxider, nanoler og Kulstof nanorør. Metaloxid-nanopartikler omfatter nanoskala zinkoxid, titaniumoxid, jernoxid, ceriumoxid og zirconiumoxid samt blandede metalforbindelser såsom indium-tinoxid og zirconium og titanium samt blandede metalforbindelser såsom indium-tinoxid. Denne lille sag har indflydelse på mange discipliner, såsom fysik, Kemi og biologi. I maling og belægninger opfylder nanomaterialer dekorative behov (f.eks. farve og glans), funktionelle formål (f.eks. ledningsevne, mikrobiel inaktivering) og forbedrer beskyttelsen (f.eks. ridsefasthed, UV-stabilitet) af maling og belægninger. Navnlig metaloxider i nanostørrelse, såsom TiO2 og ZnO eller aluminiumoxid, Ceria og Silica og pigmenter i nanostørrelse finder anvendelse i nye malings- og belægningsformuleringer.
Når stof reduceres i størrelse, ændrer det dets egenskaber, såsom farve og interaktion med andet stof, såsom kemisk reaktivitet. Ændringen i egenskaberne skyldes ændringen af de elektroniske egenskaber. Af Reduktion af partikelstørrelseøges materialets overfladeareal. På grund af dette kan en højere procentdel af atomerne interagere med andet stof, f.eks. med matrixen af harpikser.
Overfladeaktivitet er et centralt aspekt af nanomaterialer. Agglomeration og aggregering blokerer overfladearealet fra kontakt med andet stof. Kun godt spredte eller enkeltdispergerede partikler gør det muligt at udnytte stoffets fulde gavnlige potentiale. Resultatet er, at god dispergering reducerer mængden af nanomaterialer, der er nødvendige for at opnå de samme virkninger. Da de fleste nanomaterialer stadig er ret dyre, er dette aspekt af stor betydning for kommercialiseringen af produktformuleringer, der indeholder nanomaterialer. I dag produceres mange nanomaterialer i en tør proces. Som følge heraf skal partiklerne blandes i flydende formuleringer. Det er her, de fleste nanopartikler danner agglomerater under befugtningen. Især Kulstof nanorør er meget sammenhængende, hvilket gør det vanskeligt at sprede dem i væsker, såsom vand, ethanol, olie, polymer eller epoxyharpiks. Konventionelle procesanordninger, f.eks. højforskydnings- eller rotorstatorblandere, højtrykshomogenisatorer eller kolloid- og skivemøller, kommer til kort med hensyn til at adskille nanopartiklerne i diskrete partikler. Især for små stof fra flere nanometer til et par mikron er ultralydskavitation meget effektiv til at bryde agglomerater, aggregater og endda primærer. Når ultralyd bruges til Fræsning Af batcher med høj koncentration får de flydende jetstrømme som følge af ultralydskavitation partiklerne til at kollidere med hinanden ved hastigheder på op til 1000 km / t. Dette bryder van der Waals-kræfter i agglomerater og endda primære partikler.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer til blandingsapplikationer, dispersion, emulgering og ekstraktion i laboratorie-, pilot- og industriel skala.