Dispersion ultrasonique de la silice (SiO2)

La silice, également connue sous le nom de SiO2, nano-silice ou micro-silice, est utilisée dans le dentifrice, le ciment, le caoutchouc synthétique, les polymères haute performance ou dans les produits alimentaires comme épaississant, adsorbant, antiagglomérant ou support pour les parfums et les arômes. Vous découvrirez ci-dessous les utilisations de la nanosilice et de la microsilice et comment les effets sonomécaniques des ultrasons peuvent améliorer l'efficacité des processus et la performance du produit final en produisant de meilleures suspensions de silice et en facilitant la synthèse de nanoparticules de silice.

Avantages de la dispersion ultrasonique de la nano-silice (SiO2)

La silice est disponible sous une large gamme de formes hydrophiles et hydrophobes et a une taille de particule extrêmement fine, de quelques micromètres à quelques nanomètres. En général, la silice n'est pas bien dispersée après avoir été mouillée. Elle ajoute également beaucoup de microbulles à la formulation du produit. L'ultrason est une technologie de procédé efficace pour disperser la micro-silice et la nano-silice et éliminer les gaz dissous et les microbulles de la formulation.

La dispersion ultrasonique est une technique qui utilise des ondes ultrasoniques de haute intensité et de basse fréquence pour disperser et désagglomérer des particules dans un milieu liquide. En ce qui concerne la dispersion de la silice et de la nano-silice, la dispersion ultrasonique offre plusieurs avantages :
 

  • Dispersion améliorée : Les ondes ultrasoniques créent une cavitation intense et un flux acoustique dans le milieu liquide, ce qui contribue à briser les agglomérats ou les grappes de particules de silice. Il en résulte une meilleure dispersion et une réduction de la taille des particules, ce qui conduit à une distribution plus homogène des particules dans le liquide.
  • Stabilité accrue : En améliorant la dispersion, le traitement par ultrasons permet d'éviter la ré-agglomération ou la sédimentation des particules. Les particules de silice plus petites et bien dispersées ont une stabilité accrue, ce qui est crucial pour les applications où l'agglomération des particules peut entraîner des problèmes de performance.
  • Surface accrue : La dispersion ultrasonique réduit efficacement la taille des particules de silice et de nano-silice, ce qui se traduit par une surface spécifique plus élevée. L'augmentation de la surface peut offrir des avantages dans diverses applications, comme une meilleure réactivité, une capacité d'adsorption accrue et des propriétés mécaniques améliorées.
  • Disperseur ultrasonique MultiSonoReactor avec une capacité de dispersion de 16 000 watts pour la production de suspensions de nano-silice

    Système de dispersion ultrasonique pour la production industrielle de suspensions de nano-silice

  • Mélange efficace : La dispersion ultrasonique favorise un mélange efficace des particules dans le milieu liquide. L'énergie acoustique générée par les ondes ultrasoniques induit un microstreaming et un écoulement turbulent, facilitant la dispersion et le mélange uniforme des particules. Ceci est particulièrement bénéfique pour une distribution homogène dans les matériaux composites ou les revêtements.
  • Économies de temps et d'énergie : La dispersion par ultrasons nécessite généralement des temps de traitement plus courts que les autres méthodes de dispersion. La dispersion rapide et efficace obtenue par ultrasons réduit le temps de traitement global, ce qui se traduit par une augmentation de la productivité. En outre, elle peut souvent être réalisée à température ambiante, ce qui élimine la nécessité d'un chauffage excessif ou de l'utilisation de dispersants chimiques.
  • Fonctionnement simple et sûr : Les disperseurs à ultrasons sont simples et sûrs à utiliser et peuvent être facilement intégrés dans les installations de production existantes. Le contrôle précis des ultrasons permet d'ajuster les paramètres du procédé à des formulations de silice spécifiques et à des conditions de procédé idéales. Comme la technique de dispersion et de désagglomération par ultrasons n'utilise pas d'agents de broyage tels que les billes et les perles, la contamination croisée par les agents de broyage et la séparation laborieuse sont évitées.
  • Polyvalence : La dispersion par ultrasons est une technique polyvalente qui peut être appliquée à un large éventail de milieux liquides, notamment l'eau, les solvants et diverses solutions chimiques. Cette flexibilité la rend adaptée à différentes applications et industries, telles que les peintures, les revêtements, les composites, l'électronique et les produits pharmaceutiques.
  • Demande d'information





    Dispersion ultrasonique de la nano-silice : L'homogénéisateur à ultrasons UP400St de Hielscher disperse rapidement et efficacement les nanoparticules de silice en une nano-dispersion uniforme.

    Dispersion par ultrasons de la nano-silice à l'aide de l'ultrasoniseur UP400St

    Vignette vidéo

    Dispersion ultrasonique de la silice fumée : L'homogénéisateur ultrasonique UP400S de Hielscher disperse rapidement et efficacement la poudre de silice en nanoparticules individuelles.

    Dispersion de la silice fumée dans l'eau avec l'UP400S

    Vignette vidéo

     

    L'importance de la taille des particules de silice

    Pour de nombreuses applications de la silice de taille nanométrique ou microscopique, une bonne et uniforme dispersion est très importante. Souvent, une suspension de silice mono-dispersée est nécessaire, par exemple pour la mesure de la taille des particules. En particulier pour une utilisation dans les encres ou les revêtements et les polymères afin d'améliorer la résistance aux rayures, les particules de silice doivent être suffisamment petites pour ne pas interférer avec la lumière visible afin d'éviter le voile et de maintenir la transparence. Pour la plupart des revêtements, les particules de silice doivent être inférieures à 40 nm pour satisfaire à cette exigence. Pour d'autres applications, l'agglomération des particules de silice empêche chaque particule de silice individuelle d'interagir avec le milieu environnant.
    Les homogénéisateurs à ultrasons sont plus efficaces pour disperser la silice que d'autres méthodes de mélange à fort cisaillement, comme les mélangeurs rotatifs ou les agitateurs à cuve. L'image ci-dessous montre un résultat typique de la dispersion par ultrasons de la silice fumée dans l'eau.

    L'image montre un résultat typique de la dispersion par ultrasons de la silice fumée dans l'eau.

    Dispersion ultrasonique de la silice fumée dans l'eau

    L'efficacité du traitement dans la réduction de la taille de silice

    La dispersion ultrasonique de la nano-silice est supérieure à d'autres méthodes de mélange à fort cisaillement, comme l'Ultra-Turrax d'IKA. Les ultrasons produisent des suspensions de particules de silice de plus petite taille et l'ultrasonification est la technologie la plus efficace sur le plan énergétique. Pohl et Schubert ont comparé la réduction de la taille des particules d'Aerosil 90 (2% en poids) dans l'eau en utilisant un Ultra-Turrax (système rotor-stator) avec celle d'un Hielscher UIP1000hd (appareil à ultrasons de 1kW). Le graphique ci-dessous montre les résultats supérieurs du procédé ultrasonique. À la suite de son étude, Pohl a conclu que "à énergie spécifique constante, les ultrasons EV sont plus efficaces que le système rotor-stator". L'efficacité énergétique et l'uniformité de la taille des particules de silice sont de la plus haute importance dans les processus de production, où le coût de fabrication, la capacité du processus et la qualité du produit comptent.

    Système de dispersion ultrasonique composé de 2 UIP1000hdT avec une puissance totale de traitement ultrasonique de 2kW pour les pigments de taille nanométrique tels que la nano-silice.

    2 disperseurs ultrasoniques de 1000 watts dans une armoire purgeable pour les nandispersions, par exemple la nano-silice.

    Dispersion ultrasonique de la nano-silice par rapport à d'autres méthodes de mélange à fort cisaillement, comme l'Ultra-Turrax d'IKA.

    Ultrasons contre Ultra-turrax pour la dispersion de la silice

    Les images ci-dessous montrent les résultats obtenus par Pohl en sonifiant des granulés de silice lyophilisés par pulvérisation.

    Les particules de silice peuvent être dispersées, désagglomérées et modifiées par ultrasons (par exemple, dopées/fonctionnalisées pour des applications catalytiques).

    À gauche : images REM de granulés de silice congelés par pulvérisation avant désagglomération par ultrasons.
    A droite : Images TEM de fragments de silice dispersés par ultrasons
    Étude et images : Pohl et Schubert, 2004)

    Disperseurs ultrasoniques haute performance pour des formulations de silice de haute qualité

    Hielscher Ultrasonics est une entreprise familiale allemande spécialisée dans le développement, la fabrication et la fourniture d'homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour le traitement des liquides, des suspensions chargées de solides et des pâtes. Les homogénéisateurs à ultrasons Hielscher traitent de manière fiable les boues de silice et autres nano-supensions afin d'obtenir toutes les spécifications souhaitées. Même les formulations de produits très sensibles, abrasifs ou très visqueux peuvent être efficacement dispersés et désagglomérés à l'aide d'ultrasons. Nos ultrasons avancés sont extrêmement polyvalents et offrent des possibilités sophistiquées de traitement par lots et en ligne. Des normes de qualité élevées et des résultats reproductibles sont les principales caractéristiques de la dispersion de la silice par ultrasons.
    Les ultrasons industriels de pointe Hielscher sont dotés d'un menu intelligent et convivial, de paramètres programmables, d'un enregistrement automatique des données sur une carte SD intégrée, d'une commande à distance par navigateur et d'une grande robustesse.
    L'amplitude est le paramètre le plus influent en matière de traitement par ultrasons. L'amplitude fait référence au déplacement maximal ou au mouvement crête à crête d'une onde ultrasonique. Pour la dispersion, la désagglomération et le broyage humide par ultrasons, des amplitudes élevées sont souvent nécessaires afin d'appliquer une énergie suffisante pour la réduction de la taille des particules. Les processeurs industriels à ultrasons Hielscher peuvent fournir des amplitudes exceptionnellement élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles.
    Des petites et moyennes entreprises R&Hielscher Ultrasonics a le processeur à ultrasons qu'il vous faut pour répondre à vos besoins en matière de traitement de la silice de qualité supérieure, qu'il s'agisse d'installations pilotes ou de systèmes industriels pour la fabrication de silice en continu.

    Pourquoi Hielscher Ultrasonics?

    • haute efficacité
    • Une technologie de pointe
    • fiabilité & robustesse
    • contrôle du processus réglable et précis
    • lot & en ligne
    • pour tout volume
    • logiciels intelligents
    • fonctions intelligentes (par exemple, programmable, protocole de données, contrôle à distance)
    • Facile et sûr à utiliser
    • Faible entretien
    • CIP (clean-in-place)

    Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

    Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leur conception de haut niveau. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration harmonieuse de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.

    Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande convivialité. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

    Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

    lot Volume Débit Appareils recommandés
    00,5 à 1,5 ml n / a. VialTweeter
    1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
    10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
    0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
    10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
    15 à 150L 3 à 15L/min UIP6000hdT
    n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
    n / a. plus grand groupe de UIP16000

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    Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les homogénéisateurs et les disperseurs à ultrasons, les applications liées à la silice et les prix. Nous nous ferons un plaisir de discuter avec vous de votre processus de dispersion de la silice et de vous proposer un disperseur à ultrasons répondant à vos exigences !









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    La désagglomération par ultrasons avec l'UP400S permet de disperser efficacement la nanosilice.

    ultrasoniseur UP400S pour la désagglomération de la nanosilice.
    Etude et graphisme : Vikash, 2020.



    Qu'est-ce que la silice (SiO2, dioxyde de silicium) ?

    La silice est un composé chimique composé de silicium et d'oxygène dont la formule chimique est SiO2, ou dioxyde de silicium. Il existe de nombreuses formes différentes de silice, telles que le quartz fondu, la silice fumée, le gel de silice et les aérogels. La silice existe sous la forme d'un composé de plusieurs minéraux et d'un produit synthétique. La silice se trouve le plus souvent dans la nature sous forme de quartz et dans divers organismes vivants. Le dioxyde de silicium est obtenu par l'extraction et la purification du quartz. Les trois principales formes de silice amorphe sont la silice pyrogène, la silice précipitée et le gel de silice.

    Silice fumée / Silice pyrogène

    La combustion du tétrachlorure de silicium (SiCl4) dans une flamme d'hydrogène riche en oxygène produit une fumée de SiO2 – silice fumée. La vaporisation de sable de quartz dans un arc électrique à 3000 °C produit également de la silice fumée. Dans les deux procédés, les gouttelettes microscopiques de silice amorphe qui en résultent fusionnent en particules secondaires ramifiées, en forme de chaîne et tridimensionnelles. Ces particules secondaires s'agglomèrent ensuite en une poudre blanche de densité apparente extrêmement faible et de très grande surface. La taille des particules primaires de la silice fumée non poreuse est comprise entre 5 et 50 nm. La silice fumée a un très fort effet épaississant. La silice fumée est donc utilisée comme charge dans les élastomères de silicone et pour ajuster la viscosité des peintures, des revêtements, des adhésifs, des encres d'imprimerie ou des résines de polyester insaturé. La silice fumée peut être traitée pour la rendre hydrophobe ou hydrophile pour des applications liquides organiques ou aqueuses. La silice hydrophobe est un composant antimousse efficace (agent anti-mousse).
    Cliquez ici pour en savoir plus sur le dégazage et le démoussage par ultrasons.
    Silice fumée numéro CAS 112945-52-5

    Fumée de silice / Microsilice

    La fumée de silice est une poudre ultrafine de taille nanométrique, également appelée micro-silice. La fumée de silice ne doit pas être confondue avec la silice fumée. Le processus de production, la morphologie des particules et les domaines d'application de la fumée de silice sont tous différents de ceux de la silice fumée. La fumée de silice est une forme amorphe, non cristalline et polymorphe de SiO2. La fumée de silice est constituée de particules sphériques d'un diamètre moyen de 150 nm. L'application la plus importante de la fumée de silice est le matériau pouzzolanique pour le béton à haute performance. Elle est ajoutée au béton de ciment Portland pour améliorer les propriétés du béton, comme la résistance à la compression, la force d'adhérence et la résistance à l'abrasion. En outre, la fumée de silice réduit la perméabilité du béton aux ions chlorure. Cela protège l'acier d'armature du béton contre la corrosion.
    Pour en savoir plus sur le mélange ultrasonique de ciment et de fumée de silice, cliquez ici !
    Numéro CAS de la fumée de silice : 69012-64-2, numéro EINECS de la fumée de silice : 273-761-1

    Silice précipitée

    La silice précipitée est une forme amorphe synthétique pulvérulente blanche de SiO2. La silice précipitée est utilisée comme charge, adoucissant ou amélioration des performances des plastiques ou du caoutchouc, par exemple des pneus. Elle est également utilisée comme agent nettoyant, épaississant ou polissant dans les dentifrices.
    Pour en savoir plus sur le mélange ultrasonique dans la fabrication de dentifrices, cliquez ici !
    Les particules primaires de silice fumée ont un diamètre compris entre 5 et 100 nm, tandis que la taille des agglomérats peut atteindre 40 µm, la taille moyenne des pores étant supérieure à 30 nm. Comme la silice pyrogène, la silice précipitée n'est essentiellement pas microporeuse.
    La silice fumée est produite par précipitation à partir d'une solution contenant des sels de silicate. Après réaction d'une solution de silicate neutre avec un acide minéral, des solutions d'acide sulfurique et de silicate de sodium sont ajoutées à l'eau simultanément avec une agitation, par exemple une agitation ultrasonique. La silice précipite dans des conditions acides. Outre des facteurs tels que la durée de la précipitation, le taux d'addition des réactifs, la température et la concentration, et le pH, la méthode et l'intensité de l'agitation peuvent faire varier les propriétés de la silice. L'agitation sonomécanique dans une chambre de réacteur à ultrasons est une méthode efficace pour produire une taille de particules constante et uniforme. L'agitation ultrasonique à des températures élevées évite la formation d'un stade de gel.
    Pour plus d'informations sur la précipitation assistée par ultrasons de nanomatériaux, tels que la silice précipitée, veuillez cliquer ici !
    Silice précipitée numéro CAS : 7631-86-9

    Silice colloïdale / Colloïde de silice

    La silice colloïdale est une suspension de fines particules de silice non poreuses, amorphes, principalement sphériques, dans une phase liquide.
    Les utilisations les plus courantes des colloïdes de silice sont l'aide au drainage dans la fabrication du papier, l'abrasif pour le polissage des plaquettes de silicium, le catalyseur dans les processus chimiques, l'absorbant d'humidité, l'additif pour les revêtements résistants à l'abrasion ou le tensioactif pour la floculation, la coagulation, la dispersion ou la stabilisation.
    Pour en savoir plus sur la silice colloïdale dans les revêtements polymères résistants à l'abrasion, veuillez cliquer ici !

    La production de silice colloïdale est un processus à plusieurs étapes. La neutralisation partielle d'une solution de silicate alcalin conduit à la formation de noyaux de silice. Les sous-unités des particules de silice colloïdale sont généralement comprises entre 1 et 5 nm. Selon les conditions de polymérisation, ces sous-unités peuvent être assemblées. En réduisant le pH en dessous de 7 ou en ajoutant du sel, les unités ont tendance à se fusionner en chaînes, souvent appelées gels de silice. Sinon, les sous-unités restent séparées et se développent progressivement. Les produits qui en résultent sont souvent appelés sols de silice ou silice précipitée. Une suspension de silice colloïdale est stabilisée par ajustement du pH puis concentrée, par exemple par évaporation.
    Pour en savoir plus sur les effets sonomécaniques dans les processus sol-gel, veuillez cliquer ici !

    Risque sanitaire lié à la silice

    Le dioxyde de silicone cristallin sec ou en suspension dans l'air est un cancérigène pulmonaire humain qui peut provoquer de graves maladies pulmonaires, un cancer du poumon ou des maladies auto-immunes systémiques. Lorsque la poussière de silice est inhalée et pénètre dans les poumons, elle provoque la formation de tissu cicatriciel et réduit la capacité des poumons à absorber l'oxygène (silicose). Le mouillage et la dispersion du SiO2 dans une phase liquide, par exemple par homogénéisation ultrasonique, élimine le risque d'inhalation. Par conséquent, le risque qu'un produit liquide contenant du SiO2 provoque une silicose est très faible. Veuillez utiliser un équipement de protection individuelle approprié lorsque vous manipulez de la silice sous forme de poudre sèche !

    Littérature

    Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

    Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.


    Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, depuis les ultrasons compacts de laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.

    Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.


    Nous serons heureux de discuter de votre processus.

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