A szilícium-dioxid ultrahangos diszperziója (SiO2)

A szilícium-dioxidot, más néven SiO2-t, nano-szilícium-dioxidot vagy mikro-szilícium-dioxidot fogkrémekben, cementben, szintetikus gumiban, nagy teljesítményű polimerben vagy élelmiszerekben használják sűrítőszerként, adszorbensként, csomósodásgátló szerként vagy illatanyagok és ízek hordozójaként. Az alábbiakban többet megtudhat a nanoszilícium-dioxid és a mikroszilika felhasználásáról, és arról, hogy az ultrahang szonomechanikai hatásai hogyan javíthatják a folyamat hatékonyságát és a végtermék teljesítményét azáltal, hogy jobb szilícium-dioxid szuszpenziókat készítenek és megkönnyítik a szilícium-dioxid nanorészecske szintézisét.

A nano-szilícium-dioxid ultrahangos diszperziójának előnyei (SiO2)

A szilícium-dioxid hidrofil és hidrofób formák széles skálájában kapható, és rendkívül finom részecskemérete néhány mikrométertől néhány nanométerig terjed. Általában a szilícium-dioxid nedvesítés után nem diszpergálódik jól. Sok mikrobuborékot is hozzáad a termék összetételéhez. Az ultrahangos kezelés hatékony technológiai technológia a mikro-szilícium-dioxid és a nano-szilícium-dioxid diszpergálására, valamint az oldott gáz és mikrobuborékok eltávolítására a készítményből.

Az ultrahangos diszperzió olyan technika, amely nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahanghullámokat használ a részecskék diszpergálására és deagglomerálására folyékony közegben. Amikor a szilícium-dioxid és a nano-szilícium-dioxid diszperziójáról van szó, az ultrahangos diszperzió számos előnnyel jár:
 

A szilícium-dioxid részecskeméretének fontossága

A nanoméretű vagy mikroméretű szilícium-dioxid számos alkalmazásához nagyon fontos a jó és egyenletes diszperzió. Gyakran monodiszperziós szilícium-dioxid szuszpenzióra van szükség, pl. szemcseméret méréséhez. Különösen a tintákban vagy bevonatokban és polimerekben való felhasználáshoz a karcállóság javítása érdekében a szilícium-dioxid részecskéknek elég kicsinek kell lenniük ahhoz, hogy ne zavarják a látható fényt a homályosság elkerülése és az átlátszóság fenntartása érdekében. A legtöbb bevonat esetében a szilícium-dioxid részecskéknek 40 nm-nél kisebbnek kell lenniük ahhoz, hogy megfeleljenek ennek a követelménynek. Más alkalmazásokban a szilícium-dioxid részecskék agglomerációja megakadályozza, hogy minden egyes szilícium-dioxid részecske kölcsönhatásba lépjen a környező közeggel.
Az ultrahangos homogenizátorok hatékonyabbak a diszpergáló szilícium-dioxidban, mint más nagy nyírási keverési módszerek, például forgó keverők vagy tartálykeverők. Az alábbi képen a füstölt szilícium-dioxid vízben történő ultrahangos diszpergálásának tipikus eredménye látható.

A füstölt szilícium-dioxid ultrahangos diszperziója vízben

Feldolgozási hatékonyság a szilícium-dioxid méretének csökkentésében

A nano-szilícium-dioxid ultrahangos diszperziója jobb, mint más nagy nyírási keverési módszerek, például az IKA Ultra-Turrax. Az ultrahang kisebb szilícium-dioxid részecskeméretű szuszpenziókat állít elő, és az ultrahangos kezelés az energiahatékonyabb technológia. Pohl és Schubert összehasonlította az Aerosil 90 részecskeméret-csökkentését (2% tömeg%) vízben egy Ultra-Turrax (rotor-állórész-rendszer) segítségével egy Hielscher UIP1000hd (1kW ultrahangos készülék). Az alábbi ábra az ultrahangos folyamat kiváló eredményeit mutatja. Tanulmányának eredményeként Pohl arra a következtetésre jutott, hogy "állandó fajlagos energia mellett az EV ultrahang hatékonyabb, mint a rotor-állórész rendszer." Az energiahatékonyság és a szilícium-dioxid részecskeméret egységessége rendkívül fontos a gyártási folyamatokban, ahol a gyártási költség, a folyamatkapacitás és a termékminőség számít.

Ultrahangos vs. Ultra-turrax a szilícium-dioxid diszperzióhoz

Az alábbi képek azokat az eredményeket mutatják, amelyeket Pohl a porlasztva fagyasztva szárított szilícium-dioxid granulátumok ultrahangos kezelésével kapott.

Balra: REM-képek a spray freeze szilícium-dioxid granulátumokról az ultrahangos deagglomeráció előtt
Jobbra: TEM-képek ultrahanggal diszpergált szilícium-dioxid töredékekről
Tanulmány és képek: Pohl és Schubert, 2004)

Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálószerek kiváló minőségű szilícium-dioxid készítményekhez

A Hielscher Ultrasonics egy német családi vállalkozás, amely nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok fejlesztésére, gyártására és szállítására szakosodott folyadékok, szilárd terhelésű szuszpenziók és paszták kezelésére. A Hielscher ultrahangos homogenizátorok megbízhatóan feldolgozzák a szilícium-dioxid szuszpenziókat és más nano-szupanziókat a kívánt specifikáció elérése érdekében. Még a termékkészítmények, amelyek nagyon érzékenyek, csiszoló, vagy nagyon viszkózus, hatékonyan diszpergálható és deagglomeráció ultrahangos kezeléssel. Fejlett ultrahangos készülékeink rendkívül sokoldalúak, és kifinomult kötegelt és inline kezelési lehetőségeket kínálnak. Megbízhatóan magas minőségi szabványok és reprodukálható eredmények az ultrahangos szilícium-dioxid diszperzió legfontosabb jellemzői.
A Hielscher korszerű ipari minőségű ultrahangos készülékei intelligens és felhasználóbarát menüvel, programozható beállításokkal, automatikus adatprotokollal rendelkeznek integrált SD-kártyán, böngésző távirányítóval és nagy robusztussággal.
Az amplitúdó a legbefolyásosabb paraméter az ultrahangos feldolgozásban. Az amplitúdó az ultrahangos hullám maximális elmozdulására vagy csúcs-csúcs mozgására utal. Az ultrahangos diszperzióhoz, a deagglomerációhoz és a nedves maráshoz gyakran nagy amplitúdóra van szükség ahhoz, hogy elegendő energiát alkalmazzon a részecskeméret csökkentéséhez. A Hielscher ipari ultrahangos processzorok kivételesen nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
Kis és közepes méretű R-ből&D és pilóta ultrahangos készülékek ipari rendszerek kereskedelmi szilícium-dioxid gyártás folyamatos módban, Hielscher Ultrasonics rendelkezik a megfelelő ultrahangos processzor, hogy fedezze a követelmények a kiváló szilícium-dioxid feldolgozás.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:

Mi az a szilícium-dioxid (SiO2, szilícium-dioxid)?

A szilícium-dioxid szilíciumból és oxigénből álló kémiai vegyület, amelynek kémiai képlete SiO2 vagy szilícium-dioxid. A szilícium-dioxidnak sokféle formája létezik, például olvasztott kvarc, füstölt szilícium-dioxid, szilikagél és aerogélek. A szilícium-dioxid számos ásványi anyag vegyületeként és szintetikus termékként létezik. A szilícium-dioxid leggyakrabban kvarcként és különböző élő szervezetekben található a természetben. A szilícium-dioxidot kvarc bányászatával és tisztításával nyerik. Az amorf szilícium-dioxid három fő formája a pirogén szilícium-dioxid, a kicsapódott szilícium-dioxid és a szilikagél.

Füstölt szilícium-dioxid / pirogén szilícium-dioxid

A szilícium-tetraklorid (SiCl4) oxigénben gazdag hidrogénlángban történő égetése SiO2 füstöt eredményez – füstölt szilícium-dioxid. Alternatív megoldásként a kvarchomok 3000 °C-os elektromos ívben történő elpárologtatásával füstölt szilícium-dioxidot is előállíthatunk. Mindkét folyamat során az amorf szilícium-dioxid mikroszkopikus cseppjei elágazó, láncszerű, háromdimenziós másodlagos részecskékké olvadnak össze. Ezek a másodlagos részecskék ezután rendkívül alacsony térfogatsűrűségű és nagyon nagy felületű fehér porrá agglomerálódnak. A nem porózus füstölt szilícium-dioxid elsődleges részecskemérete 5 és 50 nm között van. A füstölt szilícium-dioxidnak nagyon erős sűrítő hatása van. Ezért a füstölt szilícium-dioxidot töltőanyagként használják szilikon elasztomerben és viszkozitásbeállításként festékekben, bevonatokban, ragasztókban, nyomdafestékekben vagy telítetlen poliészter gyantákban. A füstölt szilícium-dioxid kezelhető, hogy hidrofób vagy hidrofil legyen szerves folyadék vagy vizes alkalmazásokhoz. A hidrofób szilícium-dioxid hatékony habzásgátló komponens (habzásgátló szer).
Kattintson ide, hogy olvassa el ultrahangos gáztalanítás és habzás.
Füstölt szilícium-dioxid CAS-szám: 112945-52-5

Szilikafüst / Mikroszilika

A szilícium-dioxid füst egy ultrafinom, nanoméretű por, más néven mikro-szilícium-dioxid. A szilícium-dioxid füst nem tévesztendő össze a füstölt szilícium-dioxiddal. A szilícium-dioxid füst gyártási folyamata, részecskemorfológiája és alkalmazási területei mind különböznek a füstölt szilícium-dioxidétól. A szilícium-dioxid füst a SiO2 amorf, nem kristályos, polimorf formája. A szilícium-dioxid füstje gömb alakú részecskékből áll, amelyek átlagos részecskeátmérője 150 nm. A szilícium-dioxid füst legkiemelkedőbb alkalmazása pozzolán anyagként a nagy teljesítményű betonhoz. A portlandcement betonhoz adják a beton tulajdonságainak, például a nyomószilárdság, a kötési szilárdság és a kopásállóság javítása érdekében. Ezen túlmenően a szilícium-dioxid füst csökkenti a beton kloridionokká való áteresztőképességét. Ez megvédi a beton megerősítő acélját a korróziótól.
Ha többet szeretne megtudni a cement és a szilícium-dioxid füst ultrahangos keveréséről, kérjük, kattintson ide!
Szilícium-dioxid füst CAS-szám: 69012-64-2, szilícium-dioxid füst EINECS-szám: 273-761-1

Kicsapódott szilícium-dioxid

A kicsapódott szilícium-dioxid a SiO2 fehér, porszerű szintetikus amorf formája. A kicsapódott szilícium-dioxidot töltőanyagként, lágyítószerként vagy teljesítményjavító szerként használják műanyagokban vagy gumikban, pl. gumiabroncsokban. Egyéb felhasználások közé tartozik a fogkrémek tisztítása, sűrítése vagy polírozása.
Ha többet szeretne megtudni az ultrahangos keverésről a fogkrémgyártásban, kérjük, kattintson ide!
A füstölt szilícium-dioxid elsődleges részecskéinek átmérője 5 és 100 nm között van, míg az agglomerátum mérete legfeljebb 40 μm, átlagos pórusmérete nagyobb, mint 30 nm. A pirogén szilícium-dioxidhoz hasonlóan a kicsapódott szilícium-dioxid lényegében nem mikroporózus.
A füstölt szilícium-dioxidot szilikátsókat tartalmazó oldatból történő kicsapással állítják elő. Semleges szilikátoldat ásványi savval való reakciója után kénsavat és nátrium-szilikát oldatokat adunk egyidejűleg keveréssel, például ultrahangos keveréssel a vízhez. A szilícium-dioxid savas körülmények között kicsapódik. Az olyan tényezők mellett, mint a csapadék időtartama, a reagensek addíciós sebessége, a hőmérséklet és a koncentráció, valamint a pH, a keverés módja és intenzitása megváltoztathatja a szilícium-dioxid tulajdonságait. A szonomechanikus keverés ultrahangos reaktorkamrában hatékony módszer az egyenletes és egyenletes részecskeméret előállítására. Az ultrahangos keverés magas hőmérsékleten elkerüli a gélfázis kialakulását.
További információ ultrahanggal segített kicsapás nanoanyagok, például kicsapódott szilícium-dioxid, kérjük, kattintson ide!
Kicsapódott szilícium-dioxid CAS-szám: 7631-86-9

Kolloid szilícium-dioxid / szilícium-dioxid kolloid

A kolloid szilícium-dioxid finom, nem porózus, amorf, többnyire gömb alakú szilícium-dioxid részecskék szuszpenziója folyékony fázisban.
A szilícium-dioxid kolloidok leggyakoribb felhasználási területei a papírgyártásban vízelvezető segédanyagként, csiszolóanyagként a szilícium ostya polírozásához, katalizátorként kémiai folyamatokban, nedvszívó anyagként, kopásálló bevonatok adalékanyagaként vagy felületaktív anyagként pelyhesítéshez, koaguláláshoz, diszpergáláshoz vagy stabilizáláshoz.
Ha többet szeretne megtudni a kolloid szilícium-dioxidról a kopásálló polimer bevonatokban, kérjük, kattintson ide!

A kolloid szilícium-dioxid előállítása többlépcsős folyamat. Az alkáli-szilikát oldat részleges semlegesítése szilícium-dioxid magok képződéséhez vezet. A kolloid szilícium-dioxid részecskék alegységei jellemzően 1 és 5 nm közötti tartományban vannak. A polimerizáció körülményeitől függően ezek az alegységek összekapcsolhatók. A pH 7 alá csökkentésével vagy só hozzáadásával az egységek láncokban olvadnak össze, amelyeket gyakran szilikagéleknek neveznek. Ellenkező esetben az alegységek elkülönülnek és fokozatosan növekednek. A kapott termékeket gyakran szilícium-dioxid-szolnak vagy kicsapódott szilícium-dioxidnak nevezik. A kolloid szilícium-dioxid szuszpenziót pH-beállítással stabilizálják, majd koncentrálják, pl. párolgással.
Ha többet szeretne megtudni a sonomechanical hatásokról a szol-gél folyamatokban, kérjük, kattintson ide!

Szilícium-dioxid egészségügyi kockázat

A száraz vagy levegőben lévő kristályos szilikon-dioxid az emberi tüdő rákkeltő anyaga, amely súlyos tüdőbetegséget, tüdőrákot vagy szisztémás autoimmun betegségeket okozhat. Amikor a szilícium-dioxid port belélegzik és belép a tüdőbe, hegszövet képződését okozza, és csökkenti a tüdő oxigénfelvevő képességét (szilikózis). A SiO2 nedvesítése és diszperziója folyékony fázisba, pl. ultrahangos homogenizálással, kiküszöböli a belélegzés kockázatát. Ezért a SiO2-t tartalmazó folyékony termék szilikózist okozásának kockázata nagyon alacsony. Kérjük, használjon megfelelő személyi védőfelszerelést, ha száraz por alakú szilícium-dioxidot kezel!

Irodalom