Dispersione ultrasonica di silice (SiO2)

La silice, nota anche come SiO2, nano-silice o micro-silice, viene utilizzata nei dentifrici, nel cemento, nella gomma sintetica, nei polimeri ad alte prestazioni o nei prodotti alimentari come addensante, adsorbente, antiagglomerante o vettore di fragranze e aromi. Qui di seguito troverete maggiori informazioni sugli usi della nanosilice e della microsilice e su come gli effetti sonomeccanici degli ultrasuoni possono migliorare l'efficienza del processo e le prestazioni del prodotto finale, realizzando migliori sospensioni di silice e facilitando la sintesi di nanoparticelle di silice.

Vantaggi della dispersione a ultrasuoni della nano silice (SiO2)

La silice è disponibile in una vasta gamma di forme idrofile e idrofobiche e ha una dimensione delle particelle estremamente fini di pochi micrometri fino a qualche nanometro. Tipicamente la silice non è ben dispersa dopo la bagnatura. Aggiunge anche molte microbolle alla formulazione del prodotto. L'ultrasonicazione è una tecnologia di processo efficace per disperdere microsilice e nano-silice e rimuovere gas disciolti e microbolle dalla formulazione.

La dispersione a ultrasuoni è una tecnica che utilizza onde ultrasoniche ad alta intensità e bassa frequenza per disperdere e deagglomerare le particelle in un mezzo liquido. Per quanto riguarda la dispersione di silice e nano-silice, la dispersione a ultrasuoni offre diversi vantaggi:
 

  • Dispersione migliorata: Le onde ultrasoniche creano un'intensa cavitazione e un flusso acustico nel mezzo liquido, che aiuta a rompere gli agglomerati o i cluster di particelle di silice. Ne consegue una migliore dispersione e una riduzione delle dimensioni delle particelle, con conseguente distribuzione più omogenea delle stesse nel liquido.
  • Stabilità migliorata: Ottenendo una migliore dispersione, il trattamento a ultrasuoni aiuta a prevenire la riagglomerazione o la sedimentazione delle particelle. Le particelle di silice più piccole e ben disperse hanno una maggiore stabilità, che è fondamentale per le applicazioni in cui l'agglomerazione delle particelle può causare problemi di prestazioni.
  • Aumento della superficie: La dispersione a ultrasuoni riduce efficacemente le dimensioni delle particelle di silice e nano-silice, con conseguente aumento dell'area superficiale specifica. L'aumento dell'area superficiale può offrire vantaggi in varie applicazioni, come una migliore reattività, una maggiore capacità di adsorbimento e proprietà meccaniche migliorate.
  • Dispersore a ultrasuoni MultiSonoReactor con capacità di dispersione di 16.000 watt per la produzione di sospensioni di nano-silice

    Sistema di dispersione a ultrasuoni per la produzione industriale di sospensioni di nano-silice

  • Miscelazione efficiente: La dispersione a ultrasuoni favorisce un'efficiente miscelazione delle particelle nel mezzo liquido. L'energia acustica generata dalle onde ultrasoniche induce microflussi e flussi turbolenti, facilitando la dispersione e la miscelazione uniforme delle particelle. Ciò è particolarmente vantaggioso per la distribuzione omogenea nei materiali compositi o nei rivestimenti.
  • Risparmio di tempo e di energia: La dispersione a ultrasuoni richiede generalmente tempi di lavorazione più brevi rispetto ad altri metodi di dispersione. La dispersione rapida ed efficiente ottenuta con gli ultrasuoni riduce il tempo complessivo di lavorazione, con conseguente aumento della produttività. Inoltre, spesso può essere eseguita a temperatura ambiente, eliminando la necessità di un riscaldamento eccessivo o l'uso di disperdenti chimici.
  • Funzionamento semplice e sicuro: I dispersori a ultrasuoni sono semplici e sicuri da utilizzare e possono essere facilmente integrati negli impianti di produzione esistenti. Il controllo preciso degli ultrasuonatori consente di regolare i parametri di processo in base alle specifiche formulazioni di silice e alle condizioni di processo ideali. Poiché la tecnica di dispersione e deagglomerazione a ultrasuoni non utilizza mezzi di macinazione come perle e perline, si evita la contaminazione incrociata da parte dei mezzi di macinazione e l'intensa attività di separazione.
  • Versatilità: La dispersione a ultrasuoni è una tecnica versatile che può essere applicata a un'ampia gamma di mezzi liquidi, tra cui acqua, solventi e varie soluzioni chimiche. Questa flessibilità la rende adatta a diverse applicazioni e industrie, come vernici, rivestimenti, compositi, elettronica e prodotti farmaceutici.
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    Dispersione a ultrasuoni di nano-silice: L'omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St di Hielscher disperde le nanoparticelle di silice in modo rapido ed efficiente in una nano-dispersione uniforme.

    Dispersione a ultrasuoni di nano-silice con l'ultrasuonatore UP400St

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    Dispersione ad ultrasuoni di silice fumata: L'omogeneizzatore ad ultrasuoni Hielscher UP400S disperde la polvere di silice in modo rapido ed efficiente in singole nano particelle.

    Dispersione di silice fumata in acqua con UP400S

    Miniatura del video

     

    L'importanza della dimensione delle particelle di silice

    Per molte applicazioni di silice di dimensioni nano-size o micro-dimensionali, una buona e uniforme dispersione è molto importante. Spesso è necessaria una sospensione di silice monodispersa, ad esempio per la misurazione delle dimensioni delle particelle. In particolare per l'uso in inchiostri o rivestimenti e polimeri per migliorare la resistenza ai graffi, le particelle di silice devono essere abbastanza piccole da non interferire con la luce visibile per evitare la nebbia e mantenere la trasparenza. Per la maggior parte dei rivestimenti le particelle di silice devono essere più piccole di 40 nm per soddisfare questo requisito. Per altre applicazioni, l'agglomerazione di particelle di silice impedisce a ogni singola particella di silice di interagire con il supporto circostante.
    Gli omogeneizzatori ad ultrasuoni sono più efficaci nella dispersione della silice rispetto ad altri metodi di miscelazione ad alta velocità, come i miscelatori rotativi o gli agitatori a serbatoio. L'immagine sottostante mostra un tipico risultato della dispersione ad ultrasuoni di silice fumigata in acqua.

    L'immagine mostra un tipico risultato della dispersione ultrasonica di silice fumata in acqua.

    Dispersione ad ultrasuoni di silice fumé in acqua

    Efficienza di lavorazione nella riduzione delle dimensioni della silice

    La dispersione ad ultrasuoni della nano-silice è superiore ad altri metodi di miscelazione ad alta velocità, come l'IKA Ultra-Turrax. Gli ultrasuoni producono sospensioni di particelle di silice di dimensioni più piccole e l'ultrasonicità è la tecnologia più efficiente dal punto di vista energetico. Pohl e Schubert hanno confrontato la riduzione delle dimensioni delle particelle di Aerosil 90 (2%wt) in acqua utilizzando un Ultra-Turrax (sistema a rotore-statore) con quella di un Hielscher UIP1000hd (dispositivo ad ultrasuoni da 1kW). Il grafico sottostante mostra i risultati superiori del processo ad ultrasuoni. Come risultato del suo studio Pohl ha concluso che "A energia specifica costante EV ultrasuoni è più efficace rispetto al rotore-statore-sistema". L'efficienza energetica e l'uniformità delle dimensioni delle particelle di silice sono della massima importanza nei processi di produzione, dove il costo di produzione, la capacità del processo e la qualità del prodotto sono importanti.

    Sistema di dispersione a ultrasuoni composto da 2 UIP1000hdT con una potenza di elaborazione a ultrasuoni totale di 2kW per pigmenti di dimensioni nanometriche come la nano-silice

    2x dispersori a ultrasuoni da 1000 watt in un armadio spurgabile per nandispersioni, ad esempio nano-silice.

    Dispersione ultrasonica di nano-silice rispetto ad altri metodi di miscelazione ad alto taglio, come un IKA Ultra-Turrax

    Ultrasonici vs. Ultra-turrax per la dispersione di silice

    Le immagini seguenti mostrano i risultati ottenuti da Pohl sonicando i granuli di silice liofilizzati a spruzzo.

    Le particelle di silice possono essere disperse, deagglomerate e modificate a ultrasuoni (ad esempio drogate/funzionalizzate per applicazioni catalitiche).

    A sinistra: immagini REM di granuli di silice congelati a spruzzo prima della deagglomerazione a ultrasuoni
    A destra: Immagini TEM di frammenti di silice dispersi con gli ultrasuoni.
    Studio e immagini: Pohl e Schubert, 2004)

    Dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per formulazioni di silice di alta qualità

    Hielscher Ultrasonics è un'azienda tedesca a conduzione familiare specializzata nello sviluppo, nella produzione e nella fornitura di omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per il trattamento di liquidi, sospensioni cariche di solidi e paste. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni Hielscher trattano in modo affidabile impasti di silice e altre nano-sospensioni per ottenere qualsiasi specifica desiderata. Anche le formulazioni di prodotti altamente sensibili, abrasivi o altamente viscosi possono essere disperse e deagglomerate in modo efficiente utilizzando gli ultrasuoni. I nostri avanzati ultrasuonatori sono estremamente versatili e offrono sofisticate possibilità di trattamento in batch e in linea. Standard di qualità elevati e risultati riproducibili sono le caratteristiche principali della dispersione di silice a ultrasuoni.
    Gli ultrasuoni industriali Hielscher di ultima generazione sono dotati di un menu intelligente e facile da usare, impostazioni programmabili, protocollaggio automatico dei dati su una scheda SD integrata, controllo remoto via browser ed elevata robustezza.
    L'ampiezza è il parametro più influente nell'elaborazione degli ultrasuoni. L'ampiezza si riferisce allo spostamento massimo o al movimento da picco a picco di un'onda ultrasonica. Per la dispersione a ultrasuoni, la deagglomerazione e la macinazione a umido sono spesso necessarie ampiezze elevate per applicare un'energia sufficiente alla riduzione delle dimensioni delle particelle. I processori industriali a ultrasuoni Hielscher possono fornire ampiezze eccezionalmente elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.
    Dalle piccole e medie imprese R&Hielscher Ultrasonics ha il processore a ultrasuoni giusto per soddisfare le vostre esigenze di lavorazione della silice.

    Perché Hielscher Ultrasonics?

    • alta efficienza
    • Tecnologia all'avanguardia
    • attendibilità & robustezza
    • controllo di processo regolabile e preciso
    • lotto & in linea
    • per qualsiasi volume
    • software intelligente
    • funzioni intelligenti (ad esempio, programmabili, protocollatura dei dati, controllo remoto)
    • Facile e sicuro da usare
    • Bassa manutenzione
    • CIP (clean-in-place)

    Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

    Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

    Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.

    La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

    Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
    0,5-1,5 mL n.a. VialTweeter
    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
    Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n.a. 10 - 100L/min UIP16000
    n.a. più grande cluster di UIP16000

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    Utilizzate il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni su omogeneizzatori e dispersori a ultrasuoni, applicazioni e prezzi relativi alla silice. Saremo lieti di discutere con voi il vostro processo di dispersione della silice e di offrirvi un dispersore a ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









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    La deagglomerazione a ultrasuoni con UP400S consente di ottenere una nanosilice dispersa in modo efficiente.

    ultrasuoni UP400S per la deagglomerazione della nanosilice.
    Studio e grafica: Vikash, 2020.



    Che cos'è la silice (SiO2, biossido di silicio)?

    La silice è un composto chimico composto da silicio e ossigeno con la formula chimica SiO2, o biossido di silicio. Ci sono molte forme diverse di silice, come il quarzo fuso, la silice fumé, il gel di silice e gli aerogel. La silice esiste come composto di diversi minerali e come prodotto sintetico. La silice si trova più comunemente in natura come quarzo e in vari organismi viventi. Il biossido di silicio si ottiene dall'estrazione e dalla purificazione del quarzo. Le tre forme principali di silice amorfa sono la silice pirogenica, la silice precipitata e il gel di silice.

    Silice fumata / Silice pirogenica

    La combustione del tetracloruro di silicio (SiCl4) in una fiamma di idrogeno ricca di ossigeno produce un fumo di SiO2 – silice fumata. In alternativa, vaporizzando la sabbia di quarzo in un arco elettrico a 3000 °C, si ottiene anche la silice fumata. In entrambi i processi, le microscopiche goccioline di silice amorfa che ne risultano si fondono in particelle secondarie tridimensionali ramificate e a catena. Queste particelle secondarie si agglomerano poi in una polvere bianca con una densità di massa estremamente bassa e un'area superficiale molto elevata. La dimensione delle particelle primarie della silice fumosa non porosa è compresa tra 5 e 50 nm. La silice fumosa ha un effetto di ispessimento molto forte. Pertanto, la silice fumosa viene utilizzata come riempitivo in elastomero siliconico e regolazione della viscosità in vernici, rivestimenti, adesivi, inchiostri da stampa o resine poliestere insature. La silice fumigata può essere trattata per renderla idrofobica o idrofila sia per applicazioni liquide organiche che acquose. La silice idrofoba è un efficace componente antischiuma (agente antischiuma).
    Clicca qui, per saperne di più sul degasaggio e la schiumatura ad ultrasuoni.
    Fumed Silica numero CAS 112945-52-5

    Fumo di silice / Microsilice

    Il fumo di silice è una polvere ultrafine, di dimensioni nanometriche, nota anche come microsilice. Il fumo di silice non va confuso con la silice fumata. Il processo di produzione, la morfologia delle particelle e i campi di applicazione del fumo di silice sono tutti diversi da quelli della silice fumata. Il fumo di silice è una forma polimorfa amorfa, non cristallina, polimorfa di SiO2. Il fumo di silice è costituito da particelle sferiche con un diametro medio delle particelle di 150 nm. L'applicazione più importante del fumo di silice è come materiale pozzolanico per calcestruzzo ad alte prestazioni. Viene aggiunto al cemento Portland per migliorare le proprietà del calcestruzzo, come la resistenza alla compressione, la forza di legame e la resistenza all'abrasione. Oltre a ciò, il fumo di silice riduce la permeabilità del calcestruzzo agli ioni cloruro. Questo protegge l'acciaio di rinforzo del calcestruzzo dalla corrosione.
    Per saperne di più sulla miscelazione ad ultrasuoni di cemento e fumi di silice, cliccate qui!
    Fumo di silice numero CAS: 69012-64-2, Fumo di silice numero EINECS: 273-761-1

    Silice precipitata

    La silice precipitata è una forma amorfa sintetica bianca in polvere di SiO2. La silice precipitata viene utilizzata come riempitivo, ammorbidente o miglioramento delle prestazioni in plastica o gomma, ad es. pneumatici. Altri usi includono la pulizia, l'addensamento o l'agente lucidante nei dentifrici.
    Per saperne di più sulla miscelazione ad ultrasuoni nella produzione del dentifricio, cliccate qui!
    Le particelle primarie di silice pirogenica hanno un diametro compreso tra 5 e 100 nm, mentre la dimensione dell'agglomerato è fino a 40 µm con una dimensione media dei pori superiore a 30 nm. Come la silice pirogenica, la silice precipitata non è essenzialmente microporosa.
    La silice fumata è prodotta per precipitazione da una soluzione contenente sali di silicato. Dopo una reazione di una soluzione di silicato neutro con un acido minerale, le soluzioni di acido solforico e di silicato di sodio vengono aggiunte contemporaneamente all'acqua con l'agitazione, come l'agitazione ad ultrasuoni. La silice precipita in condizioni acide. Oltre a fattori quali la durata della precipitazione, il tasso di aggiunta dei reagenti, la temperatura e la concentrazione, il pH, il metodo e l'intensità dell'agitazione possono variare le proprietà della silice. L'agitazioneonomeccanica in una camera di reattore ad ultrasuoni è un metodo efficace per produrre una dimensione delle particelle consistente ed uniforme. L'agitazione ad ultrasuoni a temperature elevate evita la formazione di uno stadio gel.
    Per ulteriori informazioni sulla precipitazione ultrasonica dei nanomateriali, come la silice precipitata, cliccate qui!
    Numero CAS di Silice Precipitato: 7631-86-9

    Silice colloidale / Silice colloide

    La silice colloidale è una sospensione di particelle di silice fini non porose, amorfe, per lo più sferiche in fase liquida.
    Gli usi più comuni dei colloidi di silice sono come coadiuvante di drenaggio nella produzione della carta, abrasivo per la lucidatura dei wafer di silicio, catalizzatore nei processi chimici, assorbitore di umidità, additivo per rivestimenti resistenti all'abrasione, o tensioattivo per flocculare, coagulare, disperdere o stabilizzare.
    Per saperne di più sulla silice colloidale nei rivestimenti polimerici resistenti all'abrasione, cliccate qui!

    La produzione di silice colloidale è un processo a più fasi. La neutralizzazione parziale di una soluzione alcalino-silicato porta alla formazione di nuclei di silice. Le sottounità di particelle di silice colloidale sono tipicamente nell'intervallo tra 1 e 5 nm. A seconda delle condizioni di polimerizzazione queste sottounità possono essere unite tra loro. Riducendo il pH al di sotto di 7 o aggiungendo sale le unità tendono a fondersi insieme in catene, che sono spesso chiamate gel di silice. In caso contrario, le sottounità rimangono separate e crescono gradualmente. I prodotti risultanti sono spesso chiamati sol di silice o silice precipitata. Una sospensione colloidale di silice viene stabilizzata mediante la regolazione del pH e poi concentrata, ad esempio per evaporazione.
    Per saperne di più sugli effetti sonomeccanici nei processi sol-gel, cliccate qui!

    Rischio per la salute della silice

    Il biossido di silicone cristallino secco o aerotrasportato è un agente cancerogeno per i polmoni umani che può causare gravi malattie polmonari, cancro ai polmoni o malattie autoimmuni sistemiche. Quando la polvere di silice viene inalata ed entra nei polmoni, provoca la formazione di tessuto cicatriziale e riduce la capacità dei polmoni di assorbire ossigeno (silicosi). La bagnatura e la dispersione di SiO2 in una fase liquida, ad esempio mediante omogeneizzazione ad ultrasuoni, elimina il rischio di inalazione. Pertanto il rischio che un prodotto liquido contenente SiO2 provochi la silicosi è molto basso. Si prega di utilizzare adeguati dispositivi di protezione personale quando si maneggia la silice sotto forma di polvere secca!

    Letteratura

    Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

    Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.


    Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

    Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.


    Saremo lieti di discutere il vostro processo.

    Mettiamoci in contatto.