Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Dispositivi a ultrasuoni per la dispersione dei nanomateriali

I nanomateriali sono diventati parte integrante di prodotti diversi come schermi solari, rivestimenti ad alte prestazioni o compositi plastici. La cavitazione ad ultrasuoni viene utilizzata per disperdere particelle di dimensioni ridotte in liquidi, come acqua, olio, solventi o resine.

Omogeneizzatore ad ultrasuoni UP200S per la dispersione delle particelle

L'applicazione degli ultrasuoni ai nanomateriali ha molteplici effetti. Il piu' ovvio e' il dispersione di materiali in liquidi per rompere gli agglomerati di particelle. Un altro processo è l'applicazione di ultrasuoni durante il processo di sintesi di particelle o precipitazioni. In generale, questo porta a particelle più piccole e ad una maggiore uniformità dimensionale. Cavitazione ad ultrasuoni migliora il trasferimento del materiale anche sulle superfici delle particelle. Questo effetto può essere utilizzato per migliorare la superficie Funzionalizzazione di materiali con un'elevata superficie specifica.

Dispersione e riduzione dimensionale dei nanomateriali

Degussa polvere di biossido di titanio prima e dopo l'elaborazione ultrasonica cavitazionale.Nanomateriali, ad es. ossidi metallici, nanoclay o nanotubi di carbonio tendono ad agglomerarsi quando vengono mischiati in un liquido. Mezzi efficaci di deagglomerazione e di la dispersione sono necessari per superare le forze di adesione dopo l'inumidimento della polvere. La rottura ultrasonica delle strutture dell'agglomerato in sospensioni acquose e non acquose permette di sfruttare appieno il potenziale dei materiali nanosize. Le indagini su varie dispersioni di agglomerati nanoparticolati a contenuto solido variabile hanno dimostrato il notevole vantaggio degli ultrasuoni rispetto ad altre tecnologie, come i miscelatori a statore a rotore (ad esempio ultra turrax), gli omogeneizzatori a pistone o i metodi di macinazione a umido, ad esempio i mulini a sfere o i mulini colloidali. I sistemi ad ultrasuoni Hielscher possono funzionare a concentrazioni di solidi piuttosto elevate. Ad esempio per silice il tasso di rottura è risultato indipendente dal tasso di rottura concentrazione solida fino al 50%. in peso. Gli ultrasuoni possono essere applicati per la dispersione di master-batch ad alta concentrazione - trattando liquidi a bassa e alta viscosità. Questo rende l'ultrasuoni una buona soluzione di lavorazione per vernici e rivestimenti, basata su diversi mezzi, come acqua, resina o olio.

Clicca qui per saperne di più sulla dispersione ultrasonica dei nanotubi di carbonio.

Cavitazione ad ultrasuoni

Cavitazione ultrasonica in acqua causata da un'intensa ultrasonicazioneLa dispersione e la deagglomerazione per ultrasuoni sono il risultato della cavitazione ultrasonica. Quando si espongono i liquidi agli ultrasuoni, le onde sonore che si propagano nel liquido danno luogo a cicli alternati di alta e bassa pressione. In questo modo si applica una sollecitazione meccanica sulle forze di attrazione tra le singole particelle. Cavitazione ad ultrasuoni nei liquidi provoca getti di liquidi ad alta velocità fino a 1000 km/h (circa 600 mph). Tali getti pressano il liquido ad alta pressione tra le particelle e li separano l'uno dall'altro. Le particelle più piccole vengono accelerate con i getti di liquido e si scontrano ad alta velocità. Questo rende gli ultrasuoni un mezzo efficace per la dispersione, ma anche per l'eliminazione degli ultrasuoni. Fresatura di particelle di dimensioni inferiori al micron e di dimensioni inferiori al micron.

Sintesi / Precipitazione / Sintesi di particelle assistite da ultrasuoni

Reattore sonochimico ottimizzato (Banert et al., 2006)Le nanoparticelle possono essere generate dal basso verso l'alto per sintesi o precipitazioni. La geochimica è una delle prime tecniche utilizzate per preparare i composti di nanosize. Suslick nel suo lavoro originale, sonicato Fe(CO)5 sia come liquido puro o in una soluzione di deaclin e ha ottenuto nanoparticelle di ferro amorfo di dimensioni 10-20nm. Generalmente, una miscela sovrasatura inizia a formare particelle solide da un materiale altamente concentrato. L'ultrasonicazione migliora la miscelazione dei pre-cursore e aumenta il trasferimento di massa sulla superficie delle particelle. Questo porta ad una dimensione delle particelle più piccola e ad una maggiore uniformità.

Clicca qui per saperne di più sulla precipitazione ultrasonicamente assistita di nanomateriali.

Funzionalizzazione della superficie con gli ultrasuoni

Molti nanomateriali, come gli ossidi di metallo, inchiostro a getto d'inchiostro e pigmenti toner, o cariche per prestazioni Rivestimentirichiedono la funzionalizzazione della superficie. Per funzionalizzare l'intera superficie di ogni singola particella è necessario un buon metodo di dispersione. Quando sono disperse, le particelle sono tipicamente circondate da uno strato limite di molecole attratte dalla superficie della particella. Affinché nuovi gruppi funzionali possano raggiungere la superficie delle particelle, questo strato limite deve essere rotto o rimosso. I getti di liquido derivanti dalla cavitazione ultrasonica possono raggiungere velocità fino a 1000 km/h. Questo stress aiuta a superare le forze di attrazione e trasporta le molecole funzionali alla superficie delle particelle. In Sonochimicaquesto effetto viene utilizzato per migliorare le prestazioni dei catalizzatori dispersi.

Ultrasonicazione prima della misurazione della dimensione delle particelle

Pompaggio, agitazione e sonicazione con il dispositivo a ultrasuoni All-in-One SonoStep (clicca per ingrandire!)

L'ultrasonicazione dei campioni migliora l'accuratezza della misurazione della dimensione delle particelle o della morfologia. Il nuovo SonoStep combina ultrasuoni, agitazione e pompaggio di campioni in un design compatto. È facile da usare e può essere utilizzato per fornire campioni sonicati a dispositivi analitici, come gli analizzatori di particelle. L'intensa sonicazione aiuta a disperdere le particelle agglomerate portando a risultati più consistenti.Clicca qui per saperne di più!

Elaborazione ad ultrasuoni per laboratorio e scala di produzione

Processori ad ultrasuoni e celle a flusso per deagglomerazione e dispersione sono disponibili per Laboratorio e produzione livello. Gli impianti industriali possono essere facilmente adattati per funzionare in linea. Per la ricerca e lo sviluppo dei processi si consiglia l'utilizzo dell'opzione UIP1000hd (1.000 watt).

Hielscher offre un'ampia gamma di dispositivi a ultrasuoni e accessori per la dispersione efficiente dei nanomateriali, ad esempio in vernici, inchiostri e rivestimenti.

L'attrezzatura da banco è disponibile per il noleggio a buone condizioni per l'esecuzione di prove di processo. I risultati di tali prove possono essere scalati linearmente a livello di produzione, riducendo i rischi e i costi legati allo sviluppo del processo. Saremo lieti di assistervi online, al telefono o personalmente. Trovate i nostri indirizzi eccooppure utilizzare il modulo sottostante.

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Letteratura


Aharon Gedanken (2004): Utilizzando la sono-chimica per la fabbricazione di nanomateriali, Ultrasonic Sonochemistry Invited Contributions2004 Elsevier B.V.

Nanomateriali – Informazioni di base

I nanomateriali sono materiali di dimensioni inferiori a 100 nm. Stanno rapidamente progredendo nella formulazione di vernici, inchiostri e rivestimenti. I nanomateriali rientrano in tre grandi categorie: ossidi di metallo, nanoclay e nanotubi di carbonio. Le nanoparticelle di ossido metallico comprendono l'ossido di zinco su scala nanometrica, l'ossido di titanio, l'ossido di ferro, l'ossido di cerio e l'ossido di zirconio, nonché composti misti metallici come l'ossido di indio-stagno e l'ossido di zirconio e titanio, così come composti misti metallici come l'ossido di indio-stagno. Questa piccola materia ha un impatto su molte discipline, come la fisica, Chimica e biologia. Nelle vernici e nei rivestimenti i nanomateriali soddisfano esigenze decorative (ad es. colore e brillantezza), scopi funzionali (ad es. conduttività, inattivazione microbica) e migliorano la protezione (ad es. resistenza ai graffi, stabilità ai raggi UV) di vernici e rivestimenti. In particolare gli ossidi metallici di dimensioni nanometriche, quali TiO2 e ZnO o Allumina, Ceria e silice e pigmenti di nano-size trovano applicazione in nuove formulazioni di vernici e rivestimenti.

Quando la materia è di dimensioni ridotte cambia le sue caratteristiche, come il colore e l'interazione con altre materie, come la reattività chimica. Il cambiamento delle caratteristiche è causato dal cambiamento delle proprietà elettroniche. Dal riduzione delle dimensioni delle particellela superficie del materiale viene aumentata. Per questo motivo, una percentuale maggiore di atomi può interagire con altre materie, ad esempio con la matrice delle resine.

L'attività di superficie è un aspetto chiave dei nanomateriali. L'agglomerazione e l'aggregazione bloccano l'area di superficie dal contatto con altre materie. Solo particelle ben disperse o singole particelle disperse permettono di sfruttare appieno il potenziale benefico della materia. In questo modo una buona dispersione riduce la quantità di nanomateriali necessari per ottenere gli stessi effetti. Poiché la maggior parte dei nanomateriali sono ancora piuttosto costosi, questo aspetto è di grande importanza per la commercializzazione di formulazioni di prodotti contenenti nanomateriali. Oggi, molti nanomateriali sono prodotti con un processo a secco. Di conseguenza, le particelle devono essere mescolate in formulazioni liquide. È qui che la maggior parte delle nanoparticelle formano agglomerati durante la bagnatura. Soprattutto nanotubi di carbonio sono molto coesive, rendendo difficile la dispersione in liquidi, come acqua, etanolo, olio, polimero o resina epossidica. I dispositivi di trattamento convenzionali, come i miscelatori ad alta cesoiatura o a rotore-statore, gli omogeneizzatori ad alta pressione o i mulini a disco e colloidi, non riescono a separare le nanoparticelle in particelle discrete. In particolare per piccole masse da diversi nanometri a coppie di micron, la cavitazione ultrasonica è molto efficace nel rompere agglomerati, aggregati e persino primarie. Quando gli ultrasuoni vengono utilizzati per il Fresatura dei lotti ad alta concentrazione, i getti di liquido derivanti dalla cavitazione ultrasonica, fanno sì che le particelle si scontrino tra loro a velocità fino a 1000km/h. Questo rompe le forze di van der Waals negli agglomerati e persino le particelle primarie.