Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Ultrasonic Formulación de compuestos reforzados

  • Composites muestran propiedades de los materiales únicos tales como mejora de forma significativa termo-estabilidad, módulo elástico, resistencia a la tracción, resistencia a la fractura y por lo tanto se usan ampliamente en la fabricación de múltiples productos.
  • El tratamiento con ultrasonidos se ha demostrado para producir nanocompuestos de alta calidad con nanotubos de carbono de alta dispersión, el grafeno etc.
  • Equipo de ultrasonido para la formulación de compuestos reforzados está disponible en escala industrial.

 

nanocompuestos

Nanocompuestos sobresalen por su mecánica, eléctrica, térmica, óptica, electroquímica, y / o propiedades catalíticas.
Debido a su excepcionalmente alta relación de superficie a volumen de la relación de su excepcionalmente alto aspecto fase de refuerzo y / o, nanocompuestos son significativamente más performant que los compuestos convencionales. Nano partículas tales como sílice esférica, hojas de minerales tales como el grafeno o arcilla exfoliada, o fibras nano tales como nanotubos de carbono o fibras electrohiladas se utilizan con frecuencia para el refuerzo.
Por ejemplo, se añaden los nanotubos de carbono para mejorar la conductividad eléctrica y térmica, sílice nano se utiliza para mejorar las propiedades mecánicas, térmicas y resistencia al agua. Otros tipos de nanopartículas dan propiedades mejoradas ópticas, propiedades dieléctricas, resistencia al calor o propiedades mecánicas tales como rigidez, resistencia y resistencia a la corrosión y daños.

Ejemplos para nanocomposites ultrasónicamente formulados:

  • nanotubos de carbono (CNT) en una matriz de éster de vinilo
  • cebollas CNTs / carbono / diamantes nano en una matriz metálica de níquel
  • CNTs en una matriz de aleación de magnesio
  • CNTs en un alcohol de polivinilo (PVA) matriz
  • nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) en una matriz de resina epoxi (usando anhídrido tetrahidroftálico de metilo (MTHPA) como agente de curado)
  • óxido de grafeno en un poli (alcohol vinílico) (PVA) matriz
  • SiC nanopartículas en una matriz de magnesio
  • sílice nano (Aerosil) en una matriz de poliestireno
  • óxido de hierro magnético en un poliuretano flexible (PU) matriz
  • óxido de níquel en un grafito / poli (cloruro de vinilo)
  • nanopartículas de óxido de titanio en una matriz de poli-láctico-co-ácido glicólico (PLGA)
  • hidroxiapatita nano en una matriz de poli-láctico-co-ácido glicólico (PLGA)

dispersión ultrasónica

Los parámetros ultrasónicos del proceso se pueden controlar exactamente y adaptar de manera óptima a la composición del material y la calidad de salida deseada. La dispersión ultrasónica es la técnica recomendada para incorporar nanopartículas como CNT o grafeno en nanocompuestos. De larga data probado a nivel científico y aplicado en muchas plantas de producción industrial, la dispersión ultrasónica y la formulación de nanocompuestos es un método bien establecido. La larga experiencia de Hielscher en el procesamiento ultrasónico de nanomateriales garantiza una consulta profunda, la recomendación de una configuración ultrasónica adecuada y asistencia durante el desarrollo y la optimización del proceso.
Mayormente, las nano partículas de refuerzo se dispersan en la matriz durante el procesamiento. El porcentaje en peso (fracción de masa) de la gama de material de nano añadido en la escala más baja, por ejemplo, 0,5% a 5%, ya que la dispersión uniforme logrado por sonicación permite el ahorro de los materiales de carga de refuerzo y un mayor rendimiento de refuerzo.
Una aplicación típica de los ultrasonidos en la fabricación es la formulación de compuesto nanoparticulado-resina. Para producir éster de vinilo reforzado con CNT, sonicación se utiliza para dispersar y funcionalizar los CNT. Estos éster de CNT-vinilo se caracterizan por propiedades eléctricas y mecánicas mejoradas.
Haga clic aquí para leer más sobre la dispersión de CNT!

Las partículas inorgánicas se pueden funcionalizar mediante ultrasonicación

partículas nano ultrasónicamente funcionalizado

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grafeno

El grafeno ofrece propiedades físicas excepcionales, una alta relación de aspecto y de baja densidad. El grafeno y óxido de grafeno se integran en una matriz de material compuesto con el fin de obtener polímeros de resistencia ligero, de alto. Para lograr el refuerzo mecánico, las láminas de grafeno / plaquetas deben ser muy bien dispersado, para láminas de grafeno aglomerados limitan el efecto de refuerzo drásticamente.
La investigación científica ha demostrado que la magnitud de la mejora depende principalmente sobre el grado de dispersión de las láminas de grafeno en la matriz. Sólo grafeno dispersado homogéneamente da los efectos deseados. Debido a su fuerte hidrofobicidad y la atracción de van der Waals, el grafeno es propensa a agregarse y aglomerarse en copos de interacción débil placas monocapa.
Mientras que las técnicas de dispersión común a menudo no pueden producir, dispersiones de grafeno no dañadas homogéneos, ultrasonicators de alta potencia producen dispersiones de grafeno de alta calidad. ultrasonicators de Hielscher manejan grafeno prístino, óxido de grafeno, y óxido de grafeno reducido de baja a alta concentración y de pequeñas a grandes volúmenes hasslefree. Un disolvente usado común es N-metil-2-pirrolidona (NMP), pero con ultrasonidos de alta potencia, el grafeno puede ser aún dispersa en, disolventes de punto de ebullición bajos pobres tales como acetona, cloroformo, IPA, y ciclohexanona.
Haga clic aquí para leer más sobre la exfoliación grueso de grafeno!

Los nanotubos de carbono y otros materiales Nano

ultrasonidos de potencia se ha comprobado que como resultado dispersiones de tamaño fino de diversos materiales nano incluyendo nanotubos de carbono (CNT), SWNT, MWNT, fulerenos, de sílice (SiO2), Dióxido de titanio (TiO2), Plata (Ag), el óxido de zinc (ZnO), celulosa nanofibrilada y muchos otros. En general, la sonicación supera dispersores convencionales y puede lograr resultados únicos.
Además de fresado y nano partículas dispersantes, se logran excelentes resultados mediante la síntesis de nano partículas a través de precipitación de ultrasonidos (síntesis de abajo hacia arriba). Se ha observado que el tamaño de partícula, por ejemplo, magnetita de ultrasonidos sintetizado, molibdato de zinc y sodio y otros, es menor en comparación con la obtenida usando el método convencional. El tamaño inferior se atribuye a la velocidad de nucleación mejorada y mejores patrones de mezcla debido a la cizalladura y la turbulencia generada por la cavitación ultrasónica.
Haga clic aquí para obtener más información sobre la precipitación de abajo hacia arriba por ultrasonidos!

Ultrasonic La funcionalización de partículas

La superficie específica de una partícula aumenta con la reducción del tamaño. Especialmente en la nanotecnología, la expresión de las características del material se incrementa significativamente por área de superficie ampliada de la partícula. El área de superficie puede ser por ultrasonidos aumentó y modificar uniendo moléculas funcionales apropiados en la superficie de la partícula. En cuanto a la aplicación y uso de materiales nano, propiedades de la superficie son tan importantes como propiedades del núcleo de partículas.
Ultrasónicamente partículas funcionalizadas son ampliamente utilizados en polímeros, materiales compuestos & biocomposites, nanofluidos, dispositivos ensamblados, nanomedicinas, etc. Por funcionalización de partículas, características tales como la estabilidad, la fuerza & rigidez, la solubilidad, la polidispersidad, fluorescencia, magnetismo, superparamagnetismo, absorción óptica, alta densidad electrónica, fotoluminiscencia etc. se mejoran drásticamente.
partículas comunes que están funcionalizados comercialmente con Hielscher’ sistemas ultrasónicos incude CNTs, SWNT, MWNT, grafeno, grafito, sílice (SiO2), Nanodiamonds, magnetita (óxido de hierro, Fe3O4), Nanopartículas de plata, las nanopartículas de oro, porosa & nanopartículas mesoporosas etc.
Haga clic aquí para ver las notas aplicaciones seleccionadas para el tratamiento de partículas de ultrasonidos!

Dispersantes ultrasónicos

equipos de dispersión de ultrasonidos de Hielscher está disponible para laboratorio, banco de trabajo y la producción industrial. ultrasonicators de Hielscher son fiable, robusto, fácil de usar y de limpiar. El equipo está diseñado para un funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo pesado. Los sistemas ultrasónicos pueden ser utilizados para el procesamiento por lotes y inline – flexible y fácilmente adaptable a su proceso y los requisitos.

Lote ultrasónico y Capacidades Inline

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
5 a 200 ml 50 a 500 ml / min UP200Ht, UP400S
00,1 a 2L 00,25 a 2 m3/h UIP1000hd, UIP2000hd
00,4 a 10 litros 1 a 8m3/h UIP4000
n.a. 4 a 30m3/h UIP16000
n.a. 30 m por encima3/h Grupo de UIP10000 o UIP16000

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El ultrasonicador UP200S para la modificación de las partículas y la reducción de tamaño (click para ampliar!)

dispositivo de laboratorio de ultrasonidos para la funcionalización de partículas

Literatura/Referencias

  • Kpole, Ska:; Bhnwse, Bika.; Fitrgri, DIKW.; Gogte, Fkhri.; Khulkmi, Hrikdi.; Sonvne, Sk ः.; Pandit, Akbik (2014): “Investigación de rendimiento de inhibición de la corrosión del preparado ultrasónicamente nanopigmento molibdato de zinc y sodio en el revestimiento de epoxi-poliamida de dos componentes. Interfaces compuestos 21/9, 2015. 833-852.
  • Nikje, M.M.A .; Moghaddam, S.T .; Noruzian, M. (2016): Preparación de nuevos nanocompuestos de espuma de poliuretano magnéticos mediante el uso de nanopartículas de núcleo-envuelta. Polímeros no.4 vol.26, 2016.
  • Tolasz, J .; Stengl, V .; Ecorchard, P. (2014): La preparación de un material compuesto de grafeno óxido de poliestireno. 3ª Conferencia Internacional sobre el Medio Ambiente, Química y Biología. IPCBEE vol.78, 2014.


Información interesante

Acerca de Materiales Compuestos

Los materiales compuestos (también conocidos como material de la composición) se describen como un material hecho a partir de dos o más componentes que se caracterizan por propiedades significativamente diferentes físicos o químicos. Cuando se combinan los materiales constituyentes, un material nuevo – el llamado compuesto – se produce, que muestra características diferentes de los componentes individuales. Los componentes individuales permanecen separadas y distintas dentro de la estructura acabada.
El nuevo material tiene mejores propiedades, por ejemplo, es más fuerte, más ligero, más resistente o menos caro en comparación con los materiales convencionales. Mejoras de nanocompuestos van desde mecánico, eléctrico / conductor, térmica, óptica, electroquímica a las propiedades catalíticas.

materiales compuestos de ingeniería típicas incluyen:

  • biocomposites
  • plásticos reforzados, tales como polímero reforzado con fibras
  • compuestos metálicos
  • compuestos de cerámica (cerámica de matriz y la matriz de metal compuesto)

Los materiales compuestos se utilizan generalmente para materiales de construcción y y estructuración, tales como cascos de barcos, encimeras, carrocerías de automóviles, bañeras, tanques de almacenamiento, granito imitación y lavabos de mármol cultivadas, así como en naves espaciales y aviones.

Composites también pueden utilizar fibras metálicas de refuerzo de otros metales, como en materiales compuestos de matriz metálica (MMC) o compuestos de matriz cerámica (CMC), que incluye hueso (hidroxiapatita reforzada con fibras de colágeno), cermet (cerámica y metal) y hormigón.
matriz orgánica / materiales compuestos agregados cerámicos incluyen hormigón asfalto, hormigón polímero, asfalto fundido, híbrido rodillo masilla, compuesto dental, espuma sintáctica y madre de la perla.

Acerca de los efectos de ultrasonidos sobre las partículas

propiedades de las partículas se pueden observar cuando el tamaño de partícula se reduce a un nivel particular (conocida como tamaño crítico). Cuando las dimensiones de las partículas alcanzan el nivel de nanómetros, las interacciones en las interfases de fase convertido en gran medida mejorado, lo que es crucial para mejorar características de los materiales. De este modo, el área de superficie: relación de volumen de los materiales, que se utilizan para refuerzo en nanocompuestos es más significativo. Nanocompuestos ofrecen ventajas tecnológicas y económicas para casi todos los sectores de la industria, incluyendo la aeroespacial, automotriz, electrónica, biotecnología, farmacéutica y sectores médicos. Una gran ventaja es su respeto al medio ambiente.
ultrasonidos de potencia mejora la humectabilidad y homogeneización entre la matriz y las partículas por su intensa mezcla y dispersión – generado por Cavitación ultrasónica. Desde ultrasonidos es el método de dispersión más ampliamente utilizado y de mayor éxito cuando se trata de materiales nano, sistemas de ultrasonidos de Hielscher están instalados en el laboratorio, planta piloto y producción en todo el mundo.