Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Dispositivos Ultrasónicos para Dispersar Nanomateriales

Los nanomateriales se han convertido en un componente integral de productos tan diversos como protectores solares, revestimientos de rendimiento o compuestos plásticos. La cavitación ultrasónica se utiliza para dispersar nanopartículas en líquidos, como agua, aceite, disolventes o resinas.

UP200S homogeneizador ultrasónico para dispersión de partículas

La aplicación de ultrasonidos a nanomateriales tiene múltiples efectos. El más obvio es el Dispersión de materiales en líquidos Con el fin de romper los aglomerados de partículas. Otro proceso es la aplicación de ultrasonido durante Síntesis o precipitación de partículas. Generalmente, esto conduce a partículas más pequeñas y uniformidad de tamaño aumentada. La cavitación ultrasónica Mejora también la transferencia de material en las superficies de las partículas. Este efecto se puede utilizar para mejorar la superficie funcionalización De materiales que tienen una superficie específica elevada.

Dispersión y reducción del tamaño de los nanomateriales

Degussa polvo de dióxido de titanio antes y después del procesamiento cavitacional ultrasónico.Nanomateriales, por ejemplo, óxidos metálicos, nanoclays o nanotubos de carbono Tienden a aglomerarse cuando se mezclan en un líquido. Medios efectivos de desaglomeración y dispersión Para superar las fuerzas de unión después de humedecer el polvo. El desprendimiento ultrasónico de las estructuras aglomeradas en suspensiones acuosas y no acuosas permite utilizar todo el potencial de los materiales de tamaño nanométrico. Las investigaciones en diversas dispersiones de aglomerados de nanopartículas con un contenido de sólidos variable han demostrado la ventaja considerable de los ultrasonidos cuando se comparan con otras tecnologías, tales como mezcladores de estator de rotor (por ejemplo, ultra turrax), homogeneizadores de pistón o métodos de molienda en húmedo, por ejemplo molinos de bolas o molinos coloidales . Los sistemas ultrasónicos Hielscher pueden funcionar a concentraciones de sólidos bastante altas. Por ejemplo, para sílice Se encontró que la tasa de rotura era independiente de la Concentración de sólidos hasta el 50% por peso. El ultrasonido se puede aplicar para la dispersión de lotes maestros de alta concentración - procesando líquidos de baja y alta viscosidad. Esto hace que el ultrasonido sea una buena solución de procesamiento para pinturas y revestimientos, basado en diferentes medios, tales como agua, resina o aceite.

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Cavitación acústica

Cavitación ultrasónica en el agua causada por ultrasonidos intensosLa dispersión y la desaglomeración mediante ultrasonidos son el resultado de la cavitación ultrasónica. Al exponer los líquidos a ultrasonidos, las ondas sonoras que se propagan al líquido dan lugar a ciclos alternos de alta presión y baja presión. Esto aplica un esfuerzo mecánico sobre las fuerzas de atracción entre las partículas individuales. La cavitación ultrasónica En líquidos provoca chorros de líquido de alta velocidad de hasta 1000km / h (aproximadamente 600mph). Tales chorros presionan líquido a alta presión entre las partıculas y separan entre sı. Las partículas más pequeñas se aceleran con los chorros de líquido y chocan a altas velocidades. Esto hace que el ultrasonido sea un medio eficaz para la dispersión, pulverización De partículas de tamaño micrométrico y submicrométrico.

Síntesis de Partículas Asistida Ultrasonalmente / Precipitación

Reactor sono-químico optimizado (Banert et al., 2006)Las nanopartículas se pueden generar de abajo hacia arriba por síntesis o precipitación. La sonochemistry es una de las técnicas más tempranas usadas para preparar los compuestos del nanosize. Suslick en su trabajo original, sonicated Fe (CO)5 Ya sea como un líquido puro o en una solución de decilina y se obtuvieron nanopartículas de hierro amorfo de tamaño 10-20nm. Generalmente, una mezcla sobresaturada comienza a formar partículas sólidas a partir de un material altamente concentrado. La ultrasonicación mejora la mezcla de los pre-cursores y aumenta la transferencia de masa en la superficie de la partícula. Esto conduce a un menor tamaño de partícula ya una mayor uniformidad.

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Funcionalización de superficies mediante ultrasonidos

Muchos nanomateriales, como los óxidos metálicos, Tinta inkjet Y pigmentos de tóner, o rellenos para el rendimiento recubrimientos, Requieren funcionalidad superficial. Con el fin de funcionalizar la superficie completa de cada partícula individual, se requiere un buen método de dispersión. Cuando se dispersan, las partículas están típicamente rodeadas por una capa límite de moléculas atraídas a la superficie de la partícula. Para que los nuevos grupos funcionales lleguen a la superficie de la partícula, esta capa límite necesita ser dividida o eliminada. Los chorros de líquido resultantes de la cavitación ultrasónica pueden alcanzar velocidades de hasta 1000 km / h. Esta tensión ayuda a superar las fuerzas de atracción y lleva las moléculas funcionales a la superficie de la partícula. En sonoquímica, Este efecto se utiliza para mejorar el rendimiento de los catalizadores dispersos.

Ultrasonido antes de la medida del tamaño de partícula

La ultrasonicación de las muestras mejora la exactitud de su tamaño de partícula o de la medida de la morfología. El nuevo SonoStep combina ultrasonido, agitación y bombeo de muestras en un diseño compacto. Es fácil de operar y puede utilizarse para suministrar muestras sonicadas a dispositivos analíticos, como analizadores de tamaño de partícula. La sonicación intensa ayuda a dispersar las partículas aglomeradas conduciendo a resultados más consistentes. ¡Haga clic aquí para leer más!

Procesamiento ultrasónico para laboratorio y escala de producción

Los procesadores ultrasónicos y las celdas de flujo para desaglomeración y dispersión están disponibles para laboratorios y producción nivel. Los sistemas industriales pueden adaptarse fácilmente para trabajar en línea. Para la investigación y el desarrollo de procesos recomendamos UIP1000hd (1.000 vatios).

Hielscher ofrece una amplia gama de dispositivos ultrasónicos y accesorios para la dispersión eficiente de nanomateriales, por ejemplo, en pinturas, tintas y revestimientos.

Equipamiento de banco está disponible para alquiler en buenas condiciones para ejecutar ensayos de proceso. Los resultados de estos ensayos se pueden escalar linealmente al nivel de producción, reduciendo el riesgo y los costos involucrados en el desarrollo del proceso. Estaremos encantados de ayudarle en línea, por teléfono o personalmente. Encuentre nuestras direcciones aquí, O utilice el siguiente formulario.

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  • Molienda húmeda y pulverización por ultrasonidos Dispersión ultrasónica

Referencias


Aharon Gedanken (2004): Usando la sonoquímica para la fabricación de nanomateriales, Ultrasonic Sonochemistry Contribuciones Invitadas, 2004 Elsevier BV

Nanomateriales – Antecedentes

Los nanomateriales son materiales de menos de 100nm de tamaño. Rápidamente están avanzando en las formulaciones de pinturas, tintas y revestimientos. Los nanomateriales se dividen en tres grandes categorías: óxidos metálicos, nanoclays y nanotubos de carbono. Las nanopartículas de óxidos metálicos incluyen óxido de cinc a nanoescala, óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cerio y óxido de zirconio, así como compuestos de metales mixtos tales como óxido de indio-estaño y circonio y titanio, así como compuestos mixtos metálicos tales como indio - óxido de estaño. Este pequeño asunto tiene un impacto en muchas disciplinas, como la física, química Y la biología. En pinturas y recubrimientos, los nanomateriales satisfacen necesidades decorativas (por ejemplo, color y brillo), propósitos funcionales (por ejemplo, conductividad, inactivación microbiana) y mejoran la protección de las pinturas y revestimientos. En particular óxidos de metal de tamaño nanométrico, tales como TiO2 y ZnO o Alumina, Ceria y Sílice Y los pigmentos de nano-tamaño encuentran la aplicación en nuevas formulaciones de la pintura y del revestimiento.

Cuando la materia se reduce de tamaño, cambia sus características, como el color y la interacción con otras materias, como la reactividad química. El cambio en las características es causado por el cambio de las propiedades electrónicas. Por el la reducción del tamaño de las partículas, Se aumenta el área superficial del material. Debido a esto, un mayor porcentaje de los átomos pueden interactuar con otras materias, por ejemplo con la matriz de resinas.

La actividad superficial es un aspecto clave de los nanomateriales. La aglomeración y la agregación bloquean la superficie del contacto con otras materias. Sólo las partículas bien dispersadas o dispersadas solo permiten utilizar todo el potencial beneficioso de la materia. En consecuencia, una buena dispersión reduce la cantidad de nanomateriales necesaria para lograr los mismos efectos. Como la mayoría de los nanomateriales son todavía bastante caros, este aspecto es de gran importancia para la comercialización de formulaciones de productos que contienen nanomateriales. Hoy en día, muchos nanomateriales se producen en un proceso seco. Como resultado, las partículas necesitan ser mezcladas en formulaciones líquidas. Aquí es donde la mayoría de las nanopartículas forman aglomerados durante el mojado. Especialmente nanotubos de carbono Son muy cohesivos lo que hace difícil dispersarlos en líquidos, tales como agua, etanol, aceite, polímero o resina epoxi. Los dispositivos de procesamiento convencionales, por ejemplo mezcladores de alto cizallamiento o rotor-estator, homogeneizadores de alta presión o molinos de coloides y discos, no alcanzan a separar las nanopartículas en partículas discretas. En particular para la pequeña materia de varios nanómetros a par de micrones, cavitación ultrasónica es muy eficaz en la ruptura de aglomerados, agregados e incluso primarias. Cuando la ecografía se utiliza para pulverización De lotes de alta concentración, las corrientes de chorros de líquido resultantes de la cavitación ultrasónica, hacen que las partículas chocan entre sí a velocidades de hasta 1000 km / h. Esto rompe las fuerzas de van der Waals en aglomerados e incluso partículas primarias.