Dispersi Ultrasonik Nanomaterial (Nanopartikel)
Nanomaterial telah menjadi komponen integral dalam beragam produk seperti material berkinerja tinggi, tabir surya, pelapis berkinerja tinggi, atau komposit plastik. Kavitasi ultrasonik digunakan untuk mendispersikan partikel berukuran nano ke dalam cairan, seperti air, minyak, pelarut, atau resin.
Dispersi Ultrasonik Nanopartikel
Penerapan dispersi ultrasonik nanopartikel memiliki beragam efek. Yang paling jelas adalah pendispersian material dalam cairan untuk memecah aglomerat partikel. Proses lainnya adalah penerapan ultrasonik selama sintesis atau presipitasi partikel. Secara umum, hal ini menghasilkan partikel yang lebih kecil dan meningkatkan keseragaman ukuran. Kavitasi ultrasonik juga meningkatkan perpindahan material pada permukaan partikel. Efek ini dapat digunakan untuk meningkatkan fungsionalisasi permukaan material yang memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi.
Pendispersian dan Pengurangan Ukuran Nanomaterial
Nanomaterial, misalnya oksida logam, nanolempung, atau tabung nano karbon cenderung beraglomerasi ketika dicampurkan ke dalam cairan. Metode deaglomerasi dan pendispersian yang efektif diperlukan untuk mengatasi gaya ikatan setelah serbuk dibasahi. Pemecahan struktur aglomerat secara ultrasonik dalam suspensi berair dan nonair memungkinkan pemanfaatan seluruh potensi material berukuran nano. Penelitian pada berbagai dispersi aglomerat nanopartikel dengan kandungan padatan yang bervariasi telah menunjukkan keunggulan ultrasonik yang signifikan dibandingkan teknologi lain, seperti pencampur rotor-stator (misalnya ultra turrax), homogenizer piston, atau metode penggilingan basah, misalnya penggiling manik atau penggiling koloid. Sistem ultrasonik Hielscher dapat dioperasikan pada konsentrasi padatan yang cukup tinggi. Sebagai contoh, untuk silika , laju pemecahan diketahui tidak bergantung pada konsentrasi padatan hingga 50% berdasarkan berat. Ultrasonik dapat diterapkan untuk mendispersikan masterbatch berkonsentrasi tinggi – memproses cairan berviskositas rendah maupun tinggi. Hal ini menjadikan ultrasonik solusi pemrosesan yang baik untuk cat dan pelapis berbasis berbagai media, seperti air, resin, atau minyak.
Homogenizer ultrasonik UP400St untuk nanodispersi
Kavitasi Ultrasonik
Dispersi dan deaglomerasi melalui ultrasonikasi merupakan hasil dari kavitasi ultrasonik. Ketika cairan dipaparkan pada ultrasonik, gelombang suara yang merambat ke dalam cairan menghasilkan siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah secara bergantian. Hal ini memberikan tegangan mekanis yang melawan gaya tarik antarpartikel individual. Kavitasi ultrasonik dalam cairan menimbulkan semburan cairan berkecepatan tinggi hingga 1000km/hr (sekitar 600mph). Semburan tersebut mendorong cairan bertekanan tinggi ke sela-sela partikel dan memisahkan partikel satu sama lain. Partikel yang lebih kecil dipercepat oleh semburan cairan dan bertumbukan pada kecepatan tinggi. Hal ini menjadikan ultrasonik metode yang efektif untuk pendispersian sekaligus penggilingan partikel berukuran mikron dan submikron.
Sintesis / Presipitasi Partikel Berbantuan Ultrasonik
Nanopartikel dapat dihasilkan melalui pendekatan bottom-up dengan sintesis atau presipitasi. Sonokimia merupakan salah satu teknik paling awal yang digunakan untuk menyiapkan senyawa berukuran nano. Dalam penelitian awalnya, Suslick melakukan sonikasi pada Fe(CO)5 baik sebagai cairan murni maupun dalam larutan deaclin dan memperoleh nanopartikel besi amorf berukuran 10–20nm. Secara umum, campuran lewat jenuh mulai membentuk partikel padat dari material yang sangat pekat. Ultrasonikasi meningkatkan pencampuran prekursor dan perpindahan massa pada permukaan partikel. Hal ini menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dan keseragaman yang lebih tinggi.
UIP2000hdT, sonikator ultrasonik berdaya tinggi 2kW untuk mendispersikan SWCNT.
Fungsionalisasi Permukaan Menggunakan Ultrasonik
Banyak nanomaterial, seperti oksida logam, tinta inkjet dan pigmen toner, atau bahan pengisi untuk pelapis berkinerja tinggi, memerlukan fungsionalisasi permukaan. Untuk memfungsionalisasi seluruh permukaan setiap partikel individual, diperlukan metode dispersi yang baik. Ketika terdispersi, partikel biasanya dikelilingi lapisan batas berupa molekul yang tertarik ke permukaan partikel. Agar gugus fungsi baru dapat mencapai permukaan partikel, lapisan batas ini perlu dipecah atau dihilangkan. Semburan cairan yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik dapat mencapai kecepatan hingga 1000km/hr. Tegangan ini membantu mengatasi gaya tarik dan membawa molekul fungsional ke permukaan partikel. Dalam sonokimia, efek ini digunakan untuk meningkatkan kinerja katalis yang terdispersi.
Ultrasonikasi sebelum Pengukuran Ukuran Partikel
Ultrasonikasi sampel meningkatkan akurasi pengukuran ukuran atau morfologi partikel Anda. SonoStep yang baru menggabungkan ultrasonik, pengadukan, dan pemompaan sampel dalam desain yang ringkas. Perangkat ini mudah dioperasikan dan dapat digunakan untuk menyalurkan sampel yang telah disonikasi ke perangkat analisis, seperti penganalisis ukuran partikel. Sonikasi intensif membantu mendispersikan partikel yang beraglomerasi sehingga menghasilkan hasil yang lebih konsisten. Klik di sini untuk membaca lebih lanjut!
Pemrosesan Ultrasonik untuk Skala Laboratorium dan Produksi
Prosesor ultrasonik dan sel alir untuk deaglomerasi dan dispersi tersedia untuk skala laboratorium dan produksi . Sistem industri dapat dengan mudah dimodifikasi agar beroperasi secara inline. Untuk penelitian dan pengembangan proses, kami merekomendasikan penggunaan UIP1000hd (1.000 watt).
Hielscher menawarkan beragam perangkat dan aksesori ultrasonik untuk pendispersian nanomaterial yang efisien, misalnya dalam cat, tinta, dan pelapis.
- Perangkat laboratorium yang ringkas dengan daya hingga 400 watt.
Perangkat ini terutama digunakan untuk persiapan sampel atau studi kelayakan awal dan tersedia untuk disewa. - 500 dan 1.000 dan 2.000 watt merupakan daya prosesor ultrasonik seperti set UIP1000hd dengan sel alir serta berbagai horn penguat dan sonotrode ; prosesor ultrasonik tersebut dapat memproses aliran bervolume lebih besar.
Perangkat seperti ini digunakan dalam optimasi parameter (seperti amplitudo, tekanan operasi, laju alir, dll.) pada skala meja laboratorium atau pabrik percontohan. - Prosesor ultrasonik berdaya 2kW, 4kW, 10kW dan 16kW serta kelompok yang lebih besar yang terdiri atas beberapa unit tersebut dapat memproses aliran volume produksi pada hampir semua skala.
Peralatan meja laboratorium tersedia untuk disewa dengan ketentuan yang menguntungkan guna menjalankan uji coba proses. Hasil uji coba tersebut dapat ditingkatkan skalanya secara linear ke tingkat produksi – mengurangi risiko dan biaya dalam pengembangan proses. Kami dengan senang hati membantu Anda secara daring, melalui telepon, atau secara langsung. Silakan temukan alamat kami di sini, atau gunakan formulir di bawah ini.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator ultrasonik kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| tidak berlaku | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| tidak berlaku | lebih besar | kelompok unit UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Nanomaterial – Informasi Latar Belakang
Nanomaterial adalah material berukuran kurang dari 100nm. Penggunaannya dalam formulasi cat, tinta, dan pelapis berkembang pesat. Nanomaterial terbagi menjadi tiga kategori utama: oksida logam, nanolempung, dan tabung nano karbon. Nanopartikel oksida logam mencakup seng oksida, titanium oksida, besi oksida, serium oksida, dan zirkonium oksida berskala nano, serta senyawa logam campuran seperti indium-timah oksida dan zirkonium dan titanium, serta senyawa logam campuran seperti indium-timah oksida. Materi berukuran kecil ini berdampak pada banyak disiplin ilmu, seperti fisika, kimia dan biologi. Dalam cat dan pelapis, nanomaterial memenuhi kebutuhan dekoratif (misalnya warna dan kilap), tujuan fungsional (misalnya konduktivitas, inaktivasi mikroba), serta meningkatkan perlindungan (misalnya ketahanan gores, stabilitas UV) cat dan pelapis. Khususnya oksida logam berukuran nano, seperti TiO2 dan ZnO atau Alumina, Ceria, dan Silika serta pigmen berukuran nano digunakan dalam formulasi cat dan pelapis baru.
Ketika ukuran materi diperkecil, karakteristiknya berubah, seperti warna dan interaksinya dengan materi lain, misalnya reaktivitas kimia. Perubahan karakteristik ini disebabkan oleh perubahan sifat elektronik. Melalui pengurangan ukuran partikel, luas permukaan material meningkat. Karena itu, persentase atom yang dapat berinteraksi dengan materi lain, misalnya matriks resin, menjadi lebih tinggi.
Aktivitas permukaan merupakan aspek utama nanomaterial. Aglomerasi dan agregasi menghalangi kontak permukaan dengan materi lain. Hanya partikel yang terdispersi dengan baik atau terdispersi secara individual yang memungkinkan pemanfaatan seluruh potensi manfaat materi tersebut. Dengan demikian, pendispersian yang baik mengurangi jumlah nanomaterial yang diperlukan untuk mencapai efek yang sama. Karena sebagian besar nanomaterial masih cukup mahal, aspek ini sangat penting bagi komersialisasi formulasi produk yang mengandung nanomaterial. Saat ini, banyak nanomaterial diproduksi melalui proses kering. Akibatnya, partikel perlu dicampurkan ke dalam formulasi cair. Pada tahap inilah sebagian besar nanopartikel membentuk aglomerat selama pembasahan. Terutama tabung nano karbon memiliki kohesi yang sangat tinggi sehingga sulit didispersikan ke dalam cairan, seperti air, etanol, minyak, polimer, atau resin epoksi. Perangkat pemrosesan konvensional, misalnya pencampur bergaya geser tinggi atau rotor-stator, homogenizer bertekanan tinggi, atau penggiling koloid dan cakram, kurang mampu memisahkan nanopartikel menjadi partikel individual. Khususnya untuk materi kecil berukuran beberapa nanometer hingga beberapa mikron, kavitasi ultrasonik sangat efektif dalam memecah aglomerat, agregat, dan bahkan partikel primer. Ketika ultrasonik digunakan untuk penggilingan batch berkonsentrasi tinggi, aliran semburan cairan yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik membuat partikel saling bertumbukan pada kecepatan hingga 1000km/h. Hal ini memutus gaya van der Waals dalam aglomerat dan bahkan partikel primer.
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, percontohan, dan industri.