Dispersi Ultrasonik Silika (SiO2)

Silika, juga dikenal sebagai SiO2, nano-silika atau mikro-silika digunakan dalam pasta gigi, semen, karet sintetis, polimer berkinerja tinggi atau dalam produk makanan sebagai pengental, adsorben, agen anti-caking, atau pembawa wewangian dan rasa. Di bawah ini Anda akan mempelajari lebih lanjut tentang penggunaan nanosilika dan mikrosilika dan bagaimana efek sonomekanik ultrasonik dapat meningkatkan efisiensi proses dan kinerja produk akhir dengan membuat suspensi silika yang lebih baik dan memfasilitasi sintesis nanopartikel silika.

Keuntungan Dispersi Ultrasonik Nano Silika (SiO2)

Silika tersedia dalam berbagai bentuk hidrofilik dan hidrofobik dan memiliki ukuran partikel yang sangat halus beberapa mikrometer hingga beberapa nanometer. Biasanya silika tidak tersebar dengan baik setelah pembasahan. Itu juga menambahkan banyak gelembung mikro ke formulasi produk. Ultrasonication adalah teknologi proses yang efektif untuk membubarkan mikro-silika dan nano-silika dan menghilangkan gas terlarut dan gelembung mikro dari formulasi.

Dispersi ultrasonik adalah teknik yang memanfaatkan gelombang ultrasound frekuensi rendah intensitas tinggi untuk membubarkan dan mendeaglomerasi partikel dalam media cair. Dalam hal dispersi silika dan nano-silika, dispersi ultrasonik menawarkan beberapa keuntungan:
 

Pentingnya Ukuran Partikel Silika

Untuk banyak aplikasi silika ukuran nano atau mikro, dispersi yang baik dan seragam sangat penting. Seringkali, suspensi silika mono-disperse diperlukan, misalnya untuk pengukuran ukuran partikel. Khususnya untuk digunakan dalam tinta atau pelapis dan polimer untuk meningkatkan ketahanan gores, partikel silika harus cukup kecil agar tidak mengganggu cahaya tampak untuk menghindari kabut dan menjaga transparansi. Untuk sebagian besar pelapis, partikel silika harus lebih kecil dari 40nm untuk memenuhi persyaratan ini. Untuk aplikasi lain, aglomerasi partikel silika menghalangi setiap partikel silika individu untuk berinteraksi dengan media di sekitarnya.
Homogenizer ultrasonik lebih efektif dalam silika pendispersi daripada metode pencampuran geser tinggi lainnya, seperti mixer putar atau pengaduk tangki. Gambar di bawah ini menunjukkan hasil khas dari penyebaran ultrasonik silika berasap dalam air.

Dispersi Ultrasonik Silika Berasap dalam Air

Efisiensi Pemrosesan dalam Pengurangan Ukuran Silika

Dispersi ultrasonik nano-silika lebih unggul daripada metode pencampuran geser tinggi lainnya, seperti IKA Ultra-Turrax. Ultrasonik menghasilkan suspensi dengan ukuran partikel silika yang lebih kecil dan ultrasonikasi adalah teknologi yang lebih hemat energi. Pohl dan Schubert membandingkan pengurangan ukuran partikel Aerosil 90 (2% wt) dalam air menggunakan Ultra-Turrax (rotor-stator-system) dengan Hielscher UIP1000hd (perangkat ultrasonik 1kW). Grafik di bawah ini menunjukkan hasil unggul dari proses ultrasonik. Sebagai hasil dari penelitiannya, Pohl menyimpulkan, bahwa "Pada energi spesifik konstan, ultrasound EV lebih efektif daripada sistem rotor-stator." Kehematan energi dan keseragaman ukuran partikel silika sangat penting dalam proses produksi, di mana biaya produksi, kapasitas proses, dan kualitas produk penting.

Ultrasonik vs. Ultra-turrax untuk Dispersi Silika

Gambar-gambar di bawah ini menunjukkan hasil yang diperoleh Pohl dengan sonikasi semprotan butiran silika beku-kering.

Kiri: Gambar REM butiran silika beku semprot sebelum deaglomerasi ultrasonik
Kanan: Gambar TEM dari fragmen silika yang tersebar secara ultrasonik
Studi dan gambar: Pohl dan Schubert, 2004)

Disperser Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Formulasi Silika Berkualitas Tinggi

Hielscher Ultrasonics adalah bisnis milik keluarga Jerman yang mengkhususkan diri dalam pengembangan, manufaktur, dan pasokan homogenizer ultrasound berkinerja tinggi untuk pengolahan cairan, suspensi dan pasta bermuatan padat. Homogenizer ultrasonik Hielscher dapat memproses bubur silika dan nano-supension lainnya dengan andal untuk mendapatkan spesifikasi yang diinginkan. Bahkan formulasi produk yang sangat sensitif, abrasif, atau sangat kental dapat secara efisien terdispersi dan deaglomerasi menggunakan ultrasonikasi. Ultrasonicator canggih kami sangat serbaguna dan menawarkan kemungkinan perawatan batch dan inline yang canggih. Standar kualitas tinggi yang andal dan hasil yang dapat direproduksi adalah fitur utama dispersi silika ultrasonik.
Ultrasonicators kelas industri Hielscher canggih memiliki menu yang cerdas dan ramah pengguna, pengaturan yang dapat diprogram, protokol data otomatis pada kartu SD terintegrasi, remote control browser dan ketahanan tinggi.
Amplitudo adalah parameter yang paling berpengaruh dalam hal pemrosesan ultrasonik. Amplitudo mengacu pada perpindahan maksimum atau gerakan puncak-ke-puncak dari gelombang ultrasonik. Untuk dispersi ultrasonik, deaglomerasi, dan penggilingan basah seringkali amplitudo tinggi diperlukan untuk menerapkan energi yang cukup untuk pengurangan ukuran partikel. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia.
Dari R ukuran kecil dan menengah&D dan ultrasonicators pilot ke sistem industri untuk manufaktur silika komersial dalam mode kontinu, Hielscher Ultrasonics memiliki prosesor ultrasonik yang tepat untuk memenuhi kebutuhan Anda untuk pemrosesan silika yang unggul.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Apa itu Silika (SiO2, Silikon Dioksida)?

Silika adalah senyawa kimia yang terdiri dari silikon dan oksigen dengan rumus kimia SiO2, atau silikon dioksida. Ada banyak bentuk silika yang berbeda, seperti kuarsa leburan, silika berasap, gel silika, dan aerogel. Silika ada sebagai senyawa dari beberapa mineral dan sebagai produk sintetis. Silika paling sering ditemukan di alam sebagai kuarsa dan di berbagai organisme hidup. Silikon dioksida diperoleh dengan penambangan dan pemurnian kuarsa. Tiga bentuk utama silika amorf adalah silika pirogenik, silika endapan dan gel silika.

Silika Berasap / Silika Pirogenik

Pembakaran silikon tetraklorida (SiCl4) dalam nyala api hidrogen yang kaya oksigen menghasilkan asap SiO2 – silika berasap. Atau, menguapkan pasir kuarsa dalam busur listrik 3000 °C, menghasilkan silika berasap juga. Dalam kedua proses tersebut, tetesan mikroskopis silika amorf yang dihasilkan menyatu menjadi partikel sekunder tiga dimensi yang bercabang, seperti rantai. Partikel sekunder ini kemudian menggumpal menjadi bubuk putih dengan kepadatan curah yang sangat rendah dan luas permukaan yang sangat tinggi. Ukuran partikel primer dari silika berasap tidak berpori adalah antara 5 dan 50 nm. Silika berasap memiliki efek penebalan yang sangat kuat. Oleh karena itu, silika berasap digunakan sebagai pengisi dalam elastomer silikon dan penyesuaian viskositas pada cat, pelapis, perekat, tinta cetak atau resin poliester tak jenuh. Silika Berasap dapat diolah untuk membuatnya hidrofobik atau hidrofilik untuk aplikasi cairan organik atau berair. Silika hidrofobik adalah komponen penghilang busa yang efektif (agen anti-busa).
Klik di sini, untuk membaca tentang degassing dan defoaming ultrasonik.
Nomor CAS Silika Berasap 112945-52-5

Asap Silika / Mikrosilika

Asap silika adalah bubuk berukuran nano ultra-halus yang juga dikenal sebagai mikro-silika. Asap silika tidak boleh disamakan dengan silika berasap. Proses produksi, morfologi partikel, dan bidang penerapan asam silika semuanya berbeda dari silika berasap. Asap silika adalah bentuk amorf, non-kristal, polimorf dari SiO2. Asap silika terdiri dari partikel bulat dengan diameter partikel rata-rata 150 nm. Aplikasi asap silika yang paling menonjol adalah sebagai bahan pozzolanic untuk beton berkinerja tinggi. Ini ditambahkan ke beton semen Portland untuk meningkatkan sifat beton, seperti kekuatan tekan, kekuatan ikatan, dan ketahanan abrasi. Di luar itu, asap silika mengurangi permeabilitas beton terhadap ion klorida. Ini melindungi baja tulangan beton dari korosi.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang pencampuran ultrasonik semen dan asap silika, silakan klik di sini!
Nomor CAS Asap Silika: 69012-64-2, Nomor EINECS Asap Silika: 273-761-1

Silika Diendapkan

Silika yang diendapkan adalah bentuk amorf sintetis bubuk putih dari SiO2. Silika yang diendapkan digunakan sebagai pengisi, pelembut atau peningkatan kinerja pada plastik atau karet, misalnya ban. Kegunaan lain termasuk pembersih, pengentalan atau bahan pemoles dalam pasta gigi.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang pencampuran ultrasonik dalam pembuatan pasta gigi, silakan klik di sini!
Partikel primer silika berasap memiliki diameter antara 5 dan 100 nm, sedangkan ukuran aglomerat hingga 40 μm dengan ukuran pori rata-rata lebih besar dari 30 nm. Seperti silika pirogenik, silika yang diendapkan pada dasarnya tidak berpori.
Silika Berasap dihasilkan oleh pengendapan dari larutan yang mengandung garam silikat. Setelah reaksi larutan silikat netral dengan asam mineral, larutan asam sulfat dan natrium silikat ditambahkan bersamaan dengan agitasi, seperti agitasi ultrasonik, ke air. Silika mengendap dalam kondisi asam. Selain faktor-faktor, seperti durasi curah hujan, laju penambahan reaktan, suhu dan konsentrasi, dan pH, metode dan intensitas agitasi dapat memvariasikan sifat-sifat silika. Agitasi sonomekanis dalam ruang reaktor ultrasonik adalah metode yang efektif untuk menghasilkan ukuran partikel yang konsisten dan seragam. Agitasi ultrasonik pada suhu tinggi menghindari pembentukan tahap gel.
Untuk informasi lebih lanjut tentang pengendapan bahan nano yang dibantu secara ultrasonik, seperti silika yang diendapkan, silakan klik di sini!
Nomor CAS Silika yang Diendapkan: 7631-86-9

Silika Koloid / Silika Koloid

Silika koloid adalah suspensi partikel silika halus tidak berpori, amorf, sebagian besar berbentuk bulat dalam fase cair.
Penggunaan koloid silika yang paling umum adalah sebagai bantuan drainase dalam pembuatan kertas, abrasif untuk pemolesan wafer silikon, katalis dalam proses kimia, penyerap kelembaban, aditif untuk pelapis tahan abrasi, atau surfaktan untuk flokulasi, koagulasi, dispersi atau stabilisasi.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang silika koloid dalam pelapis polimer tahan abrasi, silakan klik di sini!

Produksi silika koloid adalah proses multi-langkah. Netralisasi parsial larutan alkali-silikat mengarah pada pembentukan inti silika. Subunit partikel silika koloid biasanya berada dalam kisaran antara 1 dan 5 nm. Tergantung pada kondisi polimerisasi, subunit ini dapat digabungkan bersama. Dengan mengurangi pH di bawah 7 atau dengan penambahan garam, unit cenderung menyatu bersama dalam rantai, yang sering disebut gel silika. Jika tidak, subunit tetap terpisah dan tumbuh secara bertahap. Produk yang dihasilkan sering disebut sol silika atau silika yang diendapkan. Suspensi silika koloid distabilkan dengan penyesuaian pH dan kemudian dikonsentrasikan, misalnya dengan penguapan.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang efek sonomekanik dalam proses sol-gel, silakan klik di sini!

Risiko Kesehatan Silika

Silikon dioksida kristal kering atau udara adalah karsinogen paru-paru manusia yang dapat menyebabkan penyakit paru-paru yang serius, kanker paru-paru atau penyakit autoimun sistemik. Ketika debu silika dihirup dan masuk ke paru-paru, itu menyebabkan pembentukan jaringan parut dan mengurangi kemampuan paru-paru untuk mengambil oksigen (Silikosis). Pembasahan dan dispersi SiO2 menjadi fase cair, misalnya dengan homogenisasi ultrasonik, menghilangkan risiko inhalasi. Oleh karena itu risiko produk cair yang mengandung SiO2 menyebabkan Silikosis sangat rendah. Silakan gunakan peralatan pelindung diri yang sesuai saat menangani silika dalam bentuk bubuk kering!

Literatur