Nanoanyagok (nanorészecskék) ultrahangos diszpergálása
A nanoanyagok olyan sokféle termék szerves alkotóelemévé váltak, mint a nagy teljesítményű anyagok, a fényvédő készítmények, a nagy teljesítményű bevonatok vagy a műanyag kompozitok. Az ultrahangos kavitációt nanoméretű részecskék folyadékokban, például vízben, olajban, oldószerekben vagy gyantákban történő diszpergálására használják.
Nanorészecskék ultrahangos diszpergálása
A nanorészecskék ultrahangos diszpergálásának alkalmazása sokféle hatással jár. A legkézenfekvőbb az anyagok folyadékokban történő diszpergálása a részecskeagglomerátumok felbontása érdekében. Egy másik eljárás az ultrahang alkalmazása a részecskeszintézis vagy kicsapatás során. Ez általában kisebb részecskéket és egyenletesebb részecskeméretet eredményez. Az ultrahangos kavitáció a részecskék felületén zajló anyagátadást is javítja. Ez a hatás felhasználható a nagy fajlagos felületű anyagok felületi funkcionalizálásának javítására.
Nanoanyagok diszpergálása és méretcsökkentése
A nanoanyagok, például a fém-oxidok, a nanoagyagok vagy a szén nanocsövek, folyadékba keverve hajlamosak agglomerálódni. Hatékony eszközökre van szükség a deagglomeráláshoz és a diszpergáláshoz a por nedvesítése után fellépő kötőerők leküzdésére. Az agglomerátumszerkezetek ultrahangos felbontása vizes és nem vizes szuszpenziókban lehetővé teszi a nanoméretű anyagokban rejlő lehetőségek teljes kihasználását. A nanorészecskékből álló agglomerátumok különböző szilárdanyag-tartalmú diszperzióin végzett vizsgálatok az ultrahang jelentős előnyét mutatták ki más technológiákhoz, például rotor–sztátor keverőkhöz (pl. ultra turrax), dugattyús homogenizátorokhoz vagy nedves őrlési módszerekhez, például gyöngymalmokhoz vagy kolloidmalmokhoz képest. A Hielscher ultrahangos rendszerei meglehetősen magas szilárdanyag-koncentráció mellett is üzemeltethetők. Például a szilícium-dioxid esetében megállapították, hogy az aprítás sebessége független a legfeljebb 50% tömegarányú szilárdanyag-koncentrációtól. Az ultrahang nagy koncentrációjú mesterkeverékek diszpergálására is alkalmazható – kis és nagy viszkozitású folyadékok feldolgozására egyaránt. Ezáltal az ultrahang megfelelő feldolgozási megoldást kínál különböző közegeken, például vízen, gyantán vagy olajon alapuló festékekhez és bevonatokhoz.
Ultrahangos homogenizátor UP400St nanodiszperziókhoz
Ultrahangos kavitáció
Az ultrahangos kezeléssel végzett diszpergálás és deagglomerálás az ultrahangos kavitáció eredménye. Amikor a folyadékokat ultrahangnak teszik ki, a folyadékban terjedő hanghullámok váltakozó nagy és kis nyomású ciklusokat hoznak létre. Ez mechanikai igénybevételt fejt ki az egyes részecskék közötti vonzóerőkre. Az ultrahangos kavitáció a folyadékokban nagy sebességű folyadéksugarakat hoz létre, amelyek sebessége akár 1000km/hr (kb. 600mph) is lehet. Ezek a sugarak nagy nyomással folyadékot préselnek a részecskék közé, és elválasztják őket egymástól. A kisebb részecskéket a folyadéksugarak felgyorsítják, így azok nagy sebességgel ütköznek egymással. Ezáltal az ultrahang hatékony eszköz a mikrométeres és mikrométer alatti méretű részecskék diszpergálására, valamint őrlésére is.
Ultrahanggal segített részecskeszintézis / kicsapatás
Nanorészecskék alulról felfelé építkező módon, szintézissel vagy kicsapatással hozhatók létre. A szonokémia a nanoméretű vegyületek előállítására használt legkorábbi technikák egyike. Suslick eredeti munkájában ultrahangos kezelésnek vetette alá a Fe(CO)5 vegyületet tiszta folyadékként vagy deaclin-oldatban, és 10–20nm méretű amorf vas nanorészecskéket kapott. Általában egy túltelített keverékben a nagy koncentrációban jelen lévő anyagból szilárd részecskék kezdenek képződni. Az ultrahangos kezelés javítja a prekurzorok keveredését és fokozza a részecskék felületén zajló anyagátadást. Ez kisebb részecskeméretet és nagyobb egyenletességet eredményez.
UIP2000hdT, egy 2kW teljesítményű ultrahangos készülék az SWCNT-k diszpergálására.
Felületi funkcionalizálás ultrahanggal
Számos nanoanyag, például a fém-oxidok, a tintasugaras nyomtatófestékek és tonerek pigmentjei, illetve a nagy teljesítményű bevonatok töltőanyagai, felületi funkcionalizálást igényelnek. Az egyes részecskék teljes felületének funkcionalizálásához megfelelő diszpergálási módszer szükséges. Diszpergált állapotban a részecskéket jellemzően a részecskefelülethez vonzódó molekulákból álló határréteg veszi körül. Ahhoz, hogy új funkciós csoportok juthassanak a részecskék felületére, ezt a határréteget fel kell bontani vagy el kell távolítani. Az ultrahangos kavitációból származó folyadéksugarak sebessége akár 1000km/hr is lehet. Ez az igénybevétel segít leküzdeni a vonzóerőket, és a funkcionális molekulákat a részecskék felületére szállítja. A szonokémiában ezt a hatást a diszpergált katalizátorok teljesítményének javítására használják.
Ultrahangos kezelés a részecskeméret mérése előtt
A minták ultrahangos kezelése javítja a részecskeméret vagy a morfológia mérésének pontosságát. Az új SonoStep kompakt kialakításban egyesíti a minták ultrahangos kezelését, keverését és szivattyúzását. Könnyen kezelhető, és ultrahanggal kezelt minták analitikai eszközökbe, például részecskeméret-analizátorokba történő továbbítására használható. Az intenzív ultrahangos kezelés segít az agglomerált részecskék diszpergálásában, ami következetesebb eredményekhez vezet. Kattintson ide további információkért!
Ultrahangos feldolgozás laboratóriumi és üzemi léptékben
A deagglomerálásra és diszpergálásra szolgáló ultrahangos processzorok és átfolyó cellák laboratóriumi és üzemi léptékben egyaránt elérhetők. Az ipari rendszerek könnyen átalakíthatók az inline működéshez. Kutatáshoz és folyamatfejlesztéshez a UIP1000hd (1 000 watt) használatát ajánljuk.
A Hielscher ultrahangos készülékek és tartozékok széles választékát kínálja nanoanyagok hatékony diszpergálásához, például festékekben, nyomdafestékekben és bevonatokban.
- Kompakt laboratóriumi készülékek legfeljebb 400 watt teljesítménnyel.
Ezeket a készülékeket főként minta-előkészítésre vagy kezdeti megvalósíthatósági vizsgálatokra használják, és bérelhetők is. - 500 és 1 000 és 2 000 watt teljesítményű ultrahangos processzorok, például az átfolyó cellával, valamint különféle amplitúdóerősítőkkel és szonotródákkal felszerelt UIP1000hd készlet , nagyobb térfogatáramok feldolgozására képesek.
Az ilyen készülékeket a paraméterek (például amplitúdó, üzemi nyomás, térfogatáram stb.) optimalizálására használják asztali vagy kísérleti üzemi léptékben. - A 2kW, 4kW, 10kW és 16kW teljesítményű ultrahangos processzorok, valamint több ilyen egységből álló nagyobb készülékcsoportok szinte bármilyen léptékű üzemi térfogatáram feldolgozására képesek.
Az asztali berendezések kedvező feltételekkel bérelhetők folyamatkísérletek elvégzéséhez. Az ilyen kísérletek eredményei lineárisan méretezhetők üzemi léptékre – csökkentve a folyamatfejlesztés kockázatát és költségeit. Szívesen segítünk Önnek online, telefonon vagy személyesen. Kérjük, tekintse meg elérhetőségeinket itt, vagy használja az alábbi űrlapot.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Sarzs térfogata | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | készülékcsoport: UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
Nanoanyagok – háttérinformációk
A nanoanyagok 100nm-nél kisebb méretű anyagok. Gyorsan terjed a felhasználásuk festékek, nyomdafestékek és bevonatok formuláiban. A nanoanyagok három nagy kategóriába sorolhatók: fém-oxidok, nanoagyagok és szén nanocsövek. A fém-oxid nanorészecskék közé tartozik a nanoméretű cink-oxid, titán-oxid, vas-oxid, cérium-oxid és cirkónium-oxid, valamint a vegyesfém-vegyületek, például az indium–ón-oxid, továbbá a cirkónium és a titán, valamint a vegyesfém-vegyületek, például az indium–ón-oxid. Ez a kisméretű anyag számos tudományterületre hatással van, például a fizikára, a kémiára és a biológiára. A festékekben és bevonatokban a nanoanyagok dekoratív igényeket elégítenek ki (pl. szín és fényesség), funkcionális célokat szolgálnak (pl. vezetőképesség, mikrobiális inaktiválás), és javítják a festékek és bevonatok védőhatását (pl. karcállóság, UV-stabilitás). Különösen a nanoméretű fém-oxidok, például a TiO2 és a ZnO, illetve az alumínium-oxid, a cérium-dioxid és a szilícium-dioxid , valamint a nanoméretű pigmentek alkalmazásra kerülnek az új festék- és bevonatformulákban.
Az anyag méretének csökkentése megváltoztatja a tulajdonságait, például a színét és más anyagokkal való kölcsönhatását, így a kémiai reakcióképességét. A tulajdonságok változását az elektronikus tulajdonságok megváltozása okozza. A részecskeméret csökkentésével az anyag felülete megnő. Emiatt az atomok nagyobb hányada léphet kölcsönhatásba más anyagokkal, például a gyanták mátrixával.
A felületi aktivitás a nanoanyagok egyik kulcsfontosságú jellemzője. Az agglomeráció és az aggregáció megakadályozza, hogy a felület egy része más anyagokkal érintkezzen. Csak a jól diszpergált vagy egyenként diszpergált részecskék teszik lehetővé az anyagban rejlő előnyös lehetőségek teljes kihasználását. Következésképpen a megfelelő diszpergálás csökkenti az ugyanazon hatások eléréséhez szükséges nanoanyagok mennyiségét. Mivel a legtöbb nanoanyag még mindig meglehetősen drága, ez a szempont nagy jelentőséggel bír a nanoanyagokat tartalmazó termékformulák piaci bevezetése szempontjából. Napjainkban számos nanoanyagot száraz eljárással állítanak elő. Emiatt a részecskéket folyékony formulákba kell keverni. Ekkor a legtöbb nanorészecske a nedvesítés során agglomerátumokat képez. Különösen a szén nanocsövek közötti kohézió igen erős, ami megnehezíti diszpergálásukat folyadékokban, például vízben, etanolban, olajban, polimerben vagy epoxigyantában. A hagyományos feldolgozóberendezések, például a nagy nyíróhatású vagy rotor–sztátor keverők, a nagynyomású homogenizátorok, illetve a kolloid- és tárcsás malmok nem képesek megfelelően különálló részecskékre szétválasztani a nanorészecskéket. Különösen a néhány nanométertől néhány mikrométerig terjedő méretű anyagok esetében az ultrahangos kavitáció nagyon hatékonyan bontja fel az agglomerátumokat, az aggregátumokat, sőt az elsődleges részecskéket is. Amikor ultrahangot használnak nagy koncentrációjú sarzsok őrlésére , az ultrahangos kavitációból származó folyadéksugarak hatására a részecskék akár 1000km/h sebességgel ütköznek egymással. Ez felbontja a van der Waals-erőket az agglomerátumokban, sőt az elsődleges részecskékben is.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszpergáláshoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari léptékben.