Ultrazvučna disperzija silicija (SiO2)

Silicij, također poznat kao SiO2, nano-silicijev dioksid ili mikro-silicijev dioksid koristi se u pasti za zube, cementu, sintetičkoj gumi, visokoučinkovitim polimerima ili u prehrambenim proizvodima kao zgušnjivač, adsorbent, sredstvo protiv zgrudnjavanja ili nosač za mirise i okuse. U nastavku ćete saznati više o upotrebi nanosilicijevog dioksida i mikrosilicijevog dioksida i kako sonomehanički učinci ultrazvuka mogu poboljšati učinkovitost procesa i performanse konačnog proizvoda stvaranjem boljih suspenzija silicijevog dioksida i olakšavanjem sinteze nanočestica silicijevog dioksida.

Prednosti ultrazvučne disperzije nano silicija (SiO2)

Silicij je dostupan u širokom rasponu hidrofilnih i hidrofobnih oblika i ima iznimno finu veličinu čestica od nekoliko mikrometara do nekoliko nanometara. Obično silicij nije dobro raspršen nakon vlaženja. Također dodaje puno mikromjehurića u formulaciju proizvoda. Ultrasonication je učinkovita procesna tehnologija za raspršivanje mikro-silika i nano-silika i uklanjanje otopljenog plina i mikro-mjehurića iz formulacije.

Ultrazvučna disperzija je tehnika koja koristi ultrazvučne valove visokog intenziteta i niske frekvencije za raspršivanje i deaglomeraciju čestica u tekućem mediju. Kada je u pitanju disperzija silicija i nano-silika, ultrazvučna disperzija nudi nekoliko prednosti:
 

Važnost veličine čestica silicija

Za mnoge primjene nano-veličine ili mikro-veličine silicijevog dioksida, dobra i jednolika disperzija je vrlo važna. Često je potrebna monodisperzna suspenzija silicija, npr. za mjerenje veličine čestica. Osobito za upotrebu u tintama ili premazima i polimerima za poboljšanje otpornosti na ogrebotine, čestice silicijevog dioksida moraju biti dovoljno male da ne ometaju vidljivo svjetlo kako bi se izbjegla maglica i održala prozirnost. Za većinu premaza čestice silicijevog dioksida moraju biti manje od 40 nm kako bi ispunile ovaj zahtjev. Za druge primjene, aglomeracija čestica silicijevog dioksida sprječava svaku pojedinačnu česticu silicijevog dioksida u interakciji s okolnim medijem.
Ultrazvučni homogenizatori su učinkovitiji u raspršivanju silicijevog dioksida od drugih metoda miješanja s visokim smicanjem, kao što su rotacijske miješalice ili mješalice u spremniku. Slika u nastavku prikazuje tipičan rezultat ultrazvučnog raspršivanja silicijevog dioksida u vodi.

Ultrazvučna disperzija uparenog silicija u vodi

Učinkovitost obrade kod smanjenja veličine silicija

Ultrazvučna disperzija nano-silika je bolja od drugih metoda miješanja s velikim smicanjem, kao što je IKA Ultra-Turrax. Ultrasonics proizvodi suspenzije manje veličine čestica silicija, a ultrasonication je energetski učinkovitija tehnologija. Pohl i Schubert usporedili su smanjenje veličine čestica Aerosila 90 (2% wt) u vodi koristeći Ultra-Turrax (sustav rotor-stator) s onim Hielscher UIP1000hd (1kW ultrazvučni uređaj). Grafikon ispod prikazuje vrhunske rezultate ultrazvučnog procesa. Kao rezultat svoje studije Pohl je zaključio da je "Kod konstantne specifične energije EV ultrazvuk učinkovitiji od sustava rotor-stator." Energetska učinkovitost i ujednačenost veličine čestica silicijevog dioksida od iznimne su važnosti u proizvodnim procesima, gdje su troškovi proizvodnje, kapacitet procesa i kvaliteta proizvoda važni.

Ultrazvuk u odnosu na Ultra-turrax za disperziju silicija

Slike u nastavku prikazuju rezultate koje je Pohl dobio ultrazvučnom obradom zamrzavanjem osušenih granula silicijevog dioksida.

Lijevo: REM slike granula silicijevog dioksida zamrznutih raspršivanjem prije ultrazvučne deaglomeracije
Desno: TEM-slike ultrazvučno raspršenih fragmenata silicija
Studija i slike: Pohl i Schubert, 2004.)

Visokoučinkoviti ultrazvučni raspršivači za visokokvalitetne formulacije silicija

Hielscher Ultrasonics njemačko je obiteljsko poduzeće specijalizirano za razvoj, proizvodnju i opskrbu visokoučinkovitih ultrazvučnih homogenizatora za obradu tekućina, krutih suspenzija i pasta. Hielscher ultrazvučni homogenizatori pouzdano obrađuju kaše silicijevog dioksida i druge nano-suspenzije kako bi se dobila bilo koja željena specifikacija. Čak i formulacije proizvoda koje su vrlo osjetljive, abrazivne ili visoko viskozne mogu se učinkovito raspršiti i deaglomerirati korištenjem ultrazvučne obrade. Naši napredni ultrazvučni uređaji iznimno su svestrani i nude sofisticirane mogućnosti šaržnog i inline tretmana. Pouzdano visoki standardi kvalitete i ponovljivi rezultati ključne su značajke ultrazvučne disperzije silicija.
Hielscher najsuvremeniji industrijski ultrazvučni uređaji imaju pametan izbornik jednostavan za korištenje, postavke koje se mogu programirati, automatsko protokoliranje podataka na integriranoj SD kartici, daljinsko upravljanje preglednikom i visoku robusnost.
Amplituda je najutjecajniji parametar kada je u pitanju ultrazvučna obrada. Amplituda se odnosi na najveći pomak ili kretanje ultrazvučnog vala od vrha do vrha. Za ultrazvučnu disperziju, deaglomeraciju i mokro mljevenje često su potrebne visoke amplitude kako bi se primijenila dovoljna energija za smanjenje veličine čestica. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti iznimno visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
Od malih i srednjih R&D i pilot ultrazvučnih uređaja za industrijske sustave za komercijalnu proizvodnju silicijevog dioksida u kontinuiranom načinu rada, Hielscher Ultrasonics ima pravi ultrazvučni procesor koji će pokriti vaše zahtjeve za vrhunskom obradom silicijevog dioksida.

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj

Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Što je silicij (SiO2, silicijev dioksid)?

Silicij je kemijski spoj sastavljen od silicija i kisika kemijske formule SiO2 ili silicijev dioksid. Postoji mnogo različitih oblika silicijevog dioksida, kao što su fuzionirani kvarc, fumirani silicij, silikagel i aerogelovi. Silicij postoji kao spoj nekoliko minerala i kao sintetski proizvod. Silicij se u prirodi najčešće nalazi kao kvarc i u raznim živim organizmima. Silicijev dioksid se dobiva rudarenjem i pročišćavanjem kvarca. Tri glavna oblika amorfnog silicija su pirogeni silicij, precipitirani silicij i silika gel.

Pareni silicij/pirogeni silicij

Spaljivanje silicij tetraklorida (SiCl4) u plamenu vodika bogatom kisikom proizvodi dim od SiO2 – fumed silicij. Alternativno, isparavanje kvarcnog pijeska u električnom luku od 3000 °C također proizvodi pirjeni silicij. U oba procesa, rezultirajuće mikroskopske kapljice amorfnog silicijevog dioksida spajaju se u razgranate, lančane, trodimenzionalne sekundarne čestice. Te se sekundarne čestice zatim aglomeriraju u bijeli prah s iznimno niskom gustoćom i vrlo velikom površinom. Primarna veličina čestica neporoznog silicijevog dioksida je između 5 i 50 nm. Pareni silicij ima vrlo jak učinak zgušnjavanja. Stoga se pareni silicijev dioksid koristi kao punilo u silikonskom elastomeru i za podešavanje viskoznosti u bojama, premazima, ljepilima, tiskarskim bojama ili nezasićenim poliesterskim smolama. Pareni silicijev dioksid može se tretirati kako bi postao hidrofoban ili hidrofilan za primjenu u organskim tekućinama ili u vodi. Hidrofobni silicij je učinkovita komponenta protiv pjenjenja (sredstvo protiv pjenjenja).
Kliknite ovdje da biste pročitali o ultrazvučnom otplinjavanju i uklanjanju pjene.
Fugirani silicij CAS broj 112945-52-5

Silicij dioksid / mikrosilika

Silikatni dioksid je ultrafini prah nano veličine poznat i kao mikrosilicijev dioksid. Silicij dioksid ne smije se brkati sa silicijevim dioksidom. Proces proizvodnje, morfologija čestica i područja primjene silicijevog dioksida razlikuju se od onih za silicij dioksid. Silicij dioksid je amorfni, nekristalni, polimorfni oblik SiO2. Silicij dioksid sastoji se od sfernih čestica s prosječnim promjerom čestica od 150 nm. Najistaknutija primjena silicijevog dioksida je kao pucolanski materijal za beton visokih svojstava. Dodaje se betonu od portland cementa za poboljšanje svojstava betona, poput tlačne čvrstoće, čvrstoće veze i otpornosti na habanje. Osim toga, silicij dioksid smanjuje propusnost betona za kloridne ione. To štiti čelik za armiranje betona od korozije.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju cementa i silicij dioksida, kliknite ovdje!
Silikatna para CAS broj: 69012-64-2, Silikatna para EINECS broj: 273-761-1

Precipitirani silicij

Precipitirani silicij je bijeli praškasti sintetski amorfni oblik SiO2. Istaloženi silicij koristi se kao punilo, omekšivač ili poboljšanje performansi u plastici ili gumi, npr. gumama. Druge namjene uključuju sredstvo za čišćenje, zgušnjavanje ili poliranje u pastama za zube.
Da biste saznali više o ultrazvučnom miješanju u proizvodnji pasta za zube, kliknite ovdje!
Primarne čestice silicijevog dioksida imaju promjer između 5 i 100 nm, dok je veličina aglomerata do 40 µm s prosječnom veličinom pora većom od 30 nm. Poput pirogenog silicija, precipitirani silicij u biti nije mikroporozan.
Fumed Silica se proizvodi taloženjem iz otopine koja sadrži silikatne soli. Nakon reakcije neutralne otopine silikata s mineralnom kiselinom, otopine sumporne kiseline i natrijeva silikata dodaju se istovremeno uz miješanje, kao što je ultrazvučno miješanje, u vodu. Silicij se taloži u kiselim uvjetima. Osim čimbenika, kao što su trajanje taloženja, brzina dodavanja reaktanata, temperatura i koncentracija te pH, metoda i intenzitet miješanja mogu mijenjati svojstva silicija. Sonomehaničko miješanje u komori ultrazvučnog reaktora učinkovita je metoda za proizvodnju dosljedne i jednolike veličine čestica. Ultrazvučno miješanje na povišenim temperaturama izbjegava stvaranje faze gela.
Za više informacija o ultrazvučno potpomognutom taloženju nanomaterijala, kao što je precipitirani silicij, kliknite ovdje!
Istaloženi silicij CAS broj: 7631-86-9

Koloidni silicijev dioksid / koloid silicija

Koloidni silicij je suspenzija finih neporoznih, amorfnih, uglavnom sferičnih čestica silicija u tekućoj fazi.
Najčešća upotreba koloida silicijevog dioksida je kao pomoćno sredstvo za drenažu u proizvodnji papira, abraziv za poliranje silikonskih pločica, katalizator u kemijskim procesima, upijač vlage, dodatak premazima otpornim na abraziju ili surfaktant za flokulaciju, koagulaciju, disperziju ili stabilizaciju.
Da biste saznali više o koloidnom siliciju u polimernim premazima otpornim na abraziju, kliknite ovdje!

Proizvodnja koloidnog silicijevog dioksida proces je u više koraka. Djelomična neutralizacija otopine alkalnog silikata dovodi do stvaranja jezgri silicija. Podjedinice čestica koloidnog silicija obično su u rasponu između 1 i 5 nm. Ovisno o uvjetima polimerizacije ove se podjedinice mogu međusobno spojiti. Smanjenjem pH vrijednosti ispod 7 ili dodavanjem soli jedinice imaju tendenciju spajanja u lance, koji se često nazivaju silika gelovi. Inače, podjedinice ostaju odvojene i postupno rastu. Dobiveni produkti često se nazivaju silicijevim solima ili istaloženim silicijevim dioksidom. Suspenzija koloidnog silicijevog dioksida stabilizira se podešavanjem pH i zatim koncentrira, npr. isparavanjem.
Da biste saznali više o sonomehaničkim učincima u sol-gel procesima, kliknite ovdje!

Zdravstveni rizik od silicijevog dioksida

Suhi kristalni silikonski dioksid ili kristalni silikonski dioksid u zraku je karcinogen za ljudska pluća koji može uzrokovati ozbiljne bolesti pluća, rak pluća ili sistemske autoimune bolesti. Kada se prašina silicijevog dioksida udiše i uđe u pluća, uzrokuje stvaranje ožiljnog tkiva i smanjuje sposobnost pluća da upijaju kisik (silikoza). Vlaženje i disperzija SiO2 u tekuću fazu, npr. ultrazvučnom homogenizacijom, eliminira rizik od udisanja. Stoga je rizik da tekući proizvod koji sadrži SiO2 izazove silikozu vrlo nizak. Molimo koristite odgovarajuću osobnu zaštitnu opremu kada rukujete silicijevim dioksidom u obliku suhog praha!

Književnost