Hielscher – Technologie Ultrasons

Dispositifs à Ultrasons pour Disperser des Nanomatériaux

Les nanomatériaux sont devenus une partie intégrante de produits aussi divers que les écrans solaires, les revêtements de performance ou les composites plastiques. La cavitation ultrasonique est utilisée pour disperser des particules de taille nanométrique dans des liquides tels que l'eau, l'huile, les solvants ou les résines.

Homogénéisateur ultrasonique UP200S pour la dispersion des particules

L'application des ultrasons aux nanomatériaux a de multiples effets. La plus évidente est la dispersion de matériaux dans des liquides pour briser les agglomérats de particules. Un autre procédé est l'application d'ultrasons pendant synthèse de particules ou précipitation. En général, cela conduit à des particules plus petites et à une uniformité de taille accrue. Cavitation ultrasonique améliore également le transfert de matière à la surface des particules. Cet effet peut être utilisé pour améliorer la surface Fonctionnalisation de matériaux ayant une surface spécifique élevée.

Dispersion et réduction de la taille des nanomatériaux

Poudre de dioxyde de titane Degussa avant et après le traitement par cavitation ultrasonique.Nanomatériaux, par exemple oxydes métalliques, nano-argile ou nano-argile nanotubes de carbone ont tendance à s'agglomérer lorsqu'ils sont mélangés à un liquide. Moyens efficaces de désagglomération et de désagglomération Dispersion sont nécessaires pour surmonter les forces d'adhérence après mouillage de la poudre. La décomposition par ultrasons des structures des agglomérats en suspensions aqueuses et non aqueuses permet d'utiliser tout le potentiel des nanomatériaux de taille nanométrique. Des études sur diverses dispersions d'agglomérats de nanoparticules à teneur variable en solides ont démontré l'avantage considérable des ultrasons par rapport à d'autres technologies, telles que les mélangeurs statoriques à rotor (p. ex. ultra turrax), les homogénéisateurs à piston ou les méthodes de broyage humide (p. ex. moulins à billes ou à colloïdes). Les systèmes à ultrasons Hielscher peuvent fonctionner à des concentrations de solides relativement élevées. Par exemple pour silice le taux de bris a été jugé indépendant du taux de concentration de solides jusqu'à 50%. en poids. Les ultrasons peuvent être utilisés pour la dispersion de mélanges-maîtres à haute concentration - pour le traitement de liquides à basse et haute viscosité. Cela en fait une bonne solution de traitement par ultrasons pour les peintures et les revêtements, à base de différents milieux, tels que l'eau, la résine ou l'huile.

Cliquez ici pour en savoir plus sur la dispersion ultrasonique des nanotubes de carbone.

Cavitation ultrasonique

Cavitation ultrasonore dans l'eau provoquée par des ultrasons intensesLa dispersion et la désagglomération par ultrasons sont le résultat de la cavitation ultrasonore. Lors de l'exposition des liquides aux ultrasons, les ondes sonores qui se propagent dans le liquide entraînent des cycles alternatifs de haute pression et de basse pression. Ceci applique une contrainte mécanique sur les forces d'attraction entre les particules individuelles. Cavitation ultrasonique dans les liquides provoque des jets de liquide à grande vitesse allant jusqu'à 1000km/h (environ 600mph). Ces jets pressent le liquide à haute pression entre les particules et les séparent les unes des autres. Les particules plus petites sont accélérées par les jets de liquide et entrent en collision à grande vitesse. Cela fait de l'échographie un moyen efficace pour la dispersion mais aussi pour l'élimination de l'eau. Fraisage de particules de taille micron et de taille inférieure au micron.

Synthèse de particules assistée par ultrasons / Précipitation

Réacteur sonochimique optimisé (Banert et al., 2006)Les nanoparticules peuvent être générées de bas en haut par synthèse ou précipitation. La sonochimie est l'une des premières techniques utilisées pour la préparation de composés nanométriques. Suslick dans son œuvre originale, sonicated Fe(CO)5 soit sous forme de liquide pur, soit dans une solution de diacline et obtenu des nanoparticules de fer amorphe de 10 à 20 nm de diamètre. Généralement, un mélange sursaturé commence à former des particules solides à partir d'un matériau très concentré. L'ultrasonisation améliore le mélange des pré-curseurs et augmente le transfert de masse à la surface des particules. Il en résulte une réduction de la taille des particules et une plus grande uniformité.

Cliquez ici pour en savoir plus sur la précipitation assistée par ultrasons des nanomatériaux.

Fonctionnalisation de surface par ultrasons

Beaucoup de nanomatériaux, comme les oxydes métalliques, encre pour jet d'encre et de pigments de toner, ou de charges pour la performance Revêtementsnécessitent une fonctionnalisation de surface. Afin de fonctionnaliser la surface complète de chaque particule individuelle, une bonne méthode de dispersion est nécessaire. Lorsqu'elles sont dispersées, les particules sont généralement entourées d'une couche limite de molécules attirées à la surface des particules. Pour que de nouveaux groupes fonctionnels puissent atteindre la surface des particules, cette couche limite doit être brisée ou enlevée. Les jets liquides résultant de la cavitation ultrasonique peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 1000 km/h. Ce stress aide à surmonter les forces d'attraction et transporte les molécules fonctionnelles à la surface des particules. Dans sonochimieCet effet est utilisé pour améliorer la performance des catalyseurs dispersés.

Ultrasons avant la mesure de la taille des particules

Pompage, agitation et sonication avec l'appareil ultrasonique tout-en-un SonoStep (Cliquez ici pour agrandir !)

L'ultrasonisation des échantillons améliore la précision de la mesure de la taille ou de la morphologie de vos particules. Le nouveau SonoStep combine les ultrasons, l'agitation et le pompage des échantillons dans un design compact. Il est facile à utiliser et peut être utilisé pour livrer des échantillons soniques à des appareils d'analyse, tels que des analyseurs granulométriques. La sonication intense aide à disperser les particules agglomérées et à obtenir des résultats plus constants.Cliquez ici pour en savoir plus !

Traitement par ultrasons pour les balances de laboratoire et de production

Des processeurs à ultrasons et des cellules d'écoulement pour la désagglomération et la dispersion sont disponibles pour Laboratoire et Production niveau. Les systèmes industriels peuvent facilement être installés ultérieurement pour fonctionner en ligne. Pour la recherche et le développement de procédés, nous recommandons l'utilisation de la méthode UIP1000hd (1 000 watts).

Hielscher propose une large gamme d'appareils à ultrasons et d'accessoires pour la dispersion efficace des nanomatériaux, par exemple dans les peintures, encres et revêtements.

L'équipement de table est disponible à la location à de bonnes conditions pour effectuer des essais de procédé. Les résultats de ces essais peuvent être mis à l'échelle linéaire jusqu'au niveau de la production, ce qui réduit le risque et les coûts associés au développement du procédé. Nous serons heureux de vous aider en ligne, par téléphone ou personnellement. Veuillez trouver nos adresses iciou utilisez le formulaire ci-dessous.

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Littérature


Aharon Gedanken (2004) : Utilisation de la sonochimie pour la fabrication de nanomatériaux, la sonochimie par ultrasons a demandé des contributions.2004 Elsevier B.V.

Nanomatériaux – Renseignements de base

Les nanomatériaux sont des matériaux de taille inférieure à 100 nm. Ils progressent rapidement dans les formulations de peintures, d'encres et de revêtements. Les nanomatériaux se répartissent en trois grandes catégories : les oxydes métalliques, les nano-argile et les nano-argile. nanotubes de carbone. Les nanoparticules d'oxyde métallique comprennent l'oxyde de zinc, l'oxyde de titane, l'oxyde de fer, l'oxyde de cérium et l'oxyde de zirconium à l'échelle nanométrique, ainsi que les composés mixtes de métaux tels que l'oxyde d'indium-étain, le zirconium et le titane, et les composés mixtes de métaux comme l'oxyde d'indium-étain. Cette petite question a un impact sur de nombreuses disciplines, comme la physique, Chimie et la biologie. Dans la peinture et les revêtements, les nanomatériaux répondent à des besoins décoratifs (par ex. couleur et brillance), fonctionnels (par ex. conductivité, inactivation microbienne) et améliorent la protection (par ex. résistance aux rayures, stabilité UV) des peintures et revêtements. En particulier les nano-oxydes métalliques, tels que le TiO2 et le ZnO ou l'alumine, le Ceria et l'aluminium. silice et les pigments de taille nanométrique trouvent leur application dans de nouvelles formulations de peintures et de revêtements.

Lorsque la matière est de taille réduite, elle change ses caractéristiques, comme la couleur et l'interaction avec d'autres matières, comme la réactivité chimique. Le changement des caractéristiques est causé par le changement des propriétés électroniques. Par le réduction de taille de particulesla surface du matériau est augmentée. De ce fait, un pourcentage plus élevé d'atomes peut interagir avec d'autres matières, par exemple avec la matrice de résines.

L'activité de surface est un aspect clé des nanomatériaux. L'agglomération et l'agrégation bloquent la surface de contact avec d'autres matières. Seules des particules bien dispersées ou monoparticulaires permettent d'utiliser tout le potentiel bénéfique de la matière. En conséquence, une bonne dispersion réduit la quantité de nanomatériaux nécessaires pour obtenir les mêmes effets. Comme la plupart des nanomatériaux sont encore assez chers, cet aspect est d'une grande importance pour la commercialisation des formulations de produits contenant des nanomatériaux. Aujourd'hui, de nombreux nanomatériaux sont produits par voie sèche. Par conséquent, les particules doivent être mélangées dans des formulations liquides. C'est là que la plupart des nanoparticules forment des agglomérats pendant le mouillage. En particulier nanotubes de carbone sont très cohésifs, ce qui rend difficile leur dispersion dans des liquides tels que l'eau, l'éthanol, l'huile, le polymère ou la résine époxy. Les dispositifs de traitement conventionnels, par exemple les mélangeurs à cisaillement élevé ou à rotor-stator, les homogénéisateurs haute pression ou les broyeurs colloïdaux et à disques ne parviennent pas à séparer les nanoparticules en particules distinctes. En particulier pour les petites matières de plusieurs nanomètres à quelques microns, la cavitation ultrasonique est très efficace pour briser les agglomérats, les agrégats et même les primaires. Lorsque l'échographie est utilisée pour l'examen de la Fraisage de lots à haute concentration, les courants de jets liquides résultant de la cavitation ultrasonique, font entrer en collision les particules à des vitesses allant jusqu'à 1000km/h. Ceci brise les forces de van der Waals dans les agglomérats et même dans les particules primaires.