シリカの超音波分散(SiO2)

SiO2、ナノシリカまたはマイクロシリカとしても知られるシリカは、練り歯磨き、セメント、合成ゴム、高性能ポリマー、または増粘剤、吸着剤、固結防止剤、または香料および香料の担体として食品に使用されている。以下では、ナノシリカとマイクロシリカの使用と、超音波のソノメカニカル効果が、より良いシリカ懸濁液を作り、シリカナノ粒子合成を促進することによって、プロセス効率と最終製品性能をどのように改善できるかについて詳しく説明します。

ナノシリカ(SiO2)の超音波分散の利点

シリカは、親水性および疎水性の形態の広い範囲で利用可能であり、いくつかのナノメートルに数マイクロメートルの非常に微細な粒子サイズを有する。典型的にはシリカは湿潤後に十分に分散しない。また、製品の製剤に多くのマイクロバブルを追加します。超音波処理は、マイクロシリカとナノシリカを分散し、溶存ガスとマイクロバブルを製剤から除去する効果的なプロセス技術です。

超音波分散は、液体媒体中に粒子を分散させ、脱凝集させるために高強度、低周波超音波を利用する技術です。シリカとナノシリカの分散になると、超音波分散はいくつかの利点を提供します:
 

  • 分散の改善: 超音波は、シリカ粒子の凝集体またはクラスターを破壊するのに役立つ液体媒体中に強烈なキャビテーションと音響ストリーミングを作成します。これにより、分散が改善され、粒子サイズが小さくなり、液体中の粒子がより均一に分布します。
  • 安定性の向上: より良い分散を達成することにより、超音波処理は、粒子の再凝集または沈降を防ぐのに役立ちます。より小さく、よく分散されたシリカ粒子は安定性が向上し、粒子の凝集が性能の問題につながる可能性があるアプリケーションにとって非常に重要です。
  • 表面積の増加: 超音波分散は、シリカとナノシリカの粒子サイズを効果的に減少させ、より高い比表面積をもたらします。表面積の増加は、反応性の向上、吸着能力の向上、機械的特性の向上など、さまざまな用途で利点を提供できます。
  • ナノシリカ懸濁液の生産のための16,000ワットの分散能力を持つ超音波分散機MultiSonoReactor

    ナノシリカ懸濁液の工業生産のための超音波分散システム

  • 効率的な混合: 超音波分散は、液体媒体中の粒子の効率的な混合を促進します。超音波によって生成された音響エネルギーは、マイクロストリーミングと乱流を誘発し、粒子の分散と均一な混合を促進します。これは、複合材料またはコーティング中の均質な分布に特に有益です。
  • 時間とエネルギーの節約: 超音波分散は、一般に、他の分散方法と比較して短い処理時間を必要とする。超音波処理によって達成された迅速かつ効率的な分散は、全体的な処理時間を短縮し、生産性の向上につながります。さらに、それはしばしば室温で行うことができるため、過度の加熱や化学分散剤の使用が不要になります。
  • シンプルで安全な操作: 超音波分散機は操作が簡単で安全であり、既存の生産設備に簡単に統合することができます。超音波処理器の正確な制御は、特定のシリカ配合物と理想的なプロセス条件にプロセスパラメータを調整することができます。超音波分散および解凝集技術はビーズや真珠などの粉砕媒体を使用しないため、粉砕媒体および労働激しい分離による相互汚染が回避される。
  • 万芸: 超音波分散は、水、溶媒、および様々な化学溶液を含む液体媒体の広い範囲に適用することができる汎用性の高い技術です。この柔軟性により、塗料、コーティング、複合材料、電子機器、医薬品など、さまざまな用途や産業に適しています。
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    ナノシリカの超音波分散:ヒールシャー超音波ホモジナイザーUP400Stは、均一なナノ分散にシリカナノ粒子を迅速かつ効率的に分散させます。

    超音波装置UP400Stを使用したナノシリカの超音波分散

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    フュームドシリカの超音波分散:ヒールシャー超音波ホモジナイザーUP400Sは、単一のナノ粒子に迅速かつ効率的にシリカ粉末を分散させます。

    UP400Sを使用したヒュームドシリカの水中分散

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    シリカの粒径の重要性

    ナノサイズまたはマイクロサイズのシリカの多くの用途では、良好で均一な分散が非常に重要です。多くの場合、粒度測定などのために、モノ分散シリカ懸濁液が必要とされる。特にインクやコーティングやポリマーに使用して傷抵抗性を向上させるために、シリカ粒子は、ヘイズを避け、透明性を維持するために可視光に干渉しないように十分に小さくする必要があります。ほとんどのコーティングのシリカ粒子は、この要件を満たすために40nmよりも小さくする必要があります。他の用途では、シリカ粒子凝集は、個々のシリカ粒子が周囲の媒体と相互作用するのを妨げる。
    超音波ホモジナイザーは、ロータリーミキサーやタンク攪拌機などの他の高剪断混合方法よりも分散シリカに効果的です。下の写真は、水中のフュームドシリカの超音波分散の典型的な結果を示しています。

    写真は、水中のフュームドシリカの超音波分散の典型的な結果を示しています。

    水中のフュームドシリカの超音波分散

    シリカサイズの縮小で処理効率

    ナノシリカの超音波分散は、IKA超Turraxのような他の高剪断混合法よりも優れています。超音波は、より小さなシリカ粒子サイズの懸濁液を生成し、超音波は、よりエネルギー効率の高い技術です。ポールとシューベルトは、ウルトラトゥラックス(ローターステータ系)を用いた水中のアエロジル90(2%wt)の粒径縮小とヒールシャーUIP1000hd(1kW超音波装置)の粒子サイズの減少を比較した。以下の図は、超音波処理の優れた結果を示しています。彼の研究の結果、Pohlは、「一定の特定エネルギーでEV超音波はローターステータシステムよりも効果的である」と結論付けました。エネルギー効率とシリカ粒子サイズの均一性は、製造コスト、プロセス能力、製品品質が重要な製造プロセスにおいて最も重要です。

    ナノシリカなどのナノサイズの顔料の合計2kWの超音波処理能力を備えた2x UIP1000hdTの超音波分散システム

    2x 1000ワットの超音波分散機は、ナノシリカなどの非分散のためのパージ可能なキャビネットに。

    IKA超Turraxのような他の高剪断混合法と比較したナノシリカの超音波分散

    シリカ分散のための超音波対超ターラックス

    下の写真は、ポールが噴霧凍結乾燥シリカ顆粒を超音波処理することによって得られた結果を示しています。

    シリカ粒子は、超音波分散、解凝集および修飾(例えば、触媒用途のためのドープ/官能化)することができる。

    左:超音波解凝集前のスプレー凍結シリカ顆粒のREM写真
    右:超音波分散シリカ片のTEM写真
    研究と画像:ポールとシューベルト、2004年)

    高品質のシリカ配合のための高性能超音波分散機

    ヒールシャー超音波は、液体、固体負荷懸濁液およびペーストの処理のための高性能超音波ホモジナイザーの開発、製造および供給に特化したドイツの家族経営の企業です。ヒールシャー超音波ホモジナイザーは、任意の所望の仕様を得るために、シリカスラリーおよび他のナノスペンスを確実に処理する。高感度、研磨剤、または高粘度の製品製剤でさえ、超音波を使用して効率的に分散および解凝集することができます。当社の高度な超音波処理器は非常に汎用性が高く、洗練されたバッチおよびインライン治療の可能性を提供します。信頼性の高い高品質基準と再現性のある結果は、超音波シリカ分散の重要な特徴です。
    ヒールシャー最先端の工業用グレードの超音波処理器は、スマートでユーザーフレンドリーなメニュー、プログラム可能な設定、統合されたSDカード上の自動データプロトコル、ブラウザのリモコンと高い堅牢性を備えています。
    振幅は、超音波処理に関して最も影響力のあるパラメータです。 振幅とは、超音波の最大変位またはピークツーピークの動きを指します。超音波分散、解凝集、および湿式粉砕のために、粒子サイズの減少に十分なエネルギーを適用するために、しばしば高振幅が必要とされる。ヒールシャー産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7動作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。
    中小Rから&連続モードで商業用シリカ製造のための産業システムへのDとパイロット超音波装置、ヒールシャー超音波は、優れたシリカ処理のためのあなたの要件をカバーするために右の超音波プロセッサを持っています。

    なぜヒールシャー超音波?

    • 高効率
    • 最先端の技術
    • 確実 & 丈夫
    • 調整可能で正確なプロセス制御
    • バッチ & 列をなして
    • 任意のボリュームに対して
    • インテリジェントソフトウェア
    • スマート機能(プログラム可能、データプロトコル、リモートコントロールなど)
    • 操作が容易で安全
    • 低メンテナンス
    • CIP(クリーンインプレイス)

    設計・製造・コンサルティング – ドイツ製の品質

    ヒールシャー超音波処理器は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波処理器によって簡単に処理されます。

    ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波処理器はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

    下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

    バッチ容量 流量 推奨デバイス
    01.5mlの0.5へ N.A。 VialTweeter
    500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
    2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
    00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
    100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
    15から150L 3から15リットル/分 UIP6000hdT
    N.A。 10 100L /分 UIP16000
    N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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    以下のフォームを使用して、超音波ホモジナイザーと分散機、シリカ関連のアプリケーションと価格に関する追加情報を要求してください。私たちはあなたとあなたのシリカ分散プロセスについて話し合い、あなたの要件を満たす超音波分散機を提供して喜んでいます!









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    UP400Sによる超音波解凝集は、効率的に分散されたナノシリカをもたらす。

    超音波処理器 UP400S ナノシリカの解凝集用。
    研究とグラフィックス:ヴィカシュ、2020。



    シリカ(SiO2、二酸化ケイ素)とは何ですか?

    シリカは、化学式SiO2、または二酸化ケイ素を用いてケイ素と酸素からなる化学化合物である。シリカには、融合石英、フュームドシリカ、シリカゲル、エアロゲルなど、さまざまな形態があります。シリカは、いくつかの鉱物の化合物として、合成物として存在します。シリカは、石英として、そして様々な生物に自然の中で最も一般的に見られる。二酸化ケイ素は、石英の採掘と精製によって得られます。アモルファスシリカの3つの主要な形態は、発熱性シリカ、沈殿シリカおよびシリカゲルである。

    フュームドシリカ/パイロゲンシリカ

    酸素が豊富な水素炎で四塩化ケイ素(SiCl4)を燃焼するとSiO2の煙が発生する – ファメドシリカ。あるいは、3000°Cの電気アークで石英砂を気化させ、ヒュームドシリカも生成します。両方のプロセスにおいて、得られた非晶質シリカの微視的な液滴が分岐し、鎖状、三次元二次粒子に融合する。これらの二次粒子は、その後、極めて低いかさ密度と非常に高い表面積を有する白色粉末に凝集する。非多孔性フュームドシリカの一次粒子径は5〜50nmの間である。フュームドシリカは非常に強い増粘効果を有する。したがって、ヒュームドシリカは、シリコーンエラストマーの充填剤として使用され、塗料、コーティング、接着剤、印刷インキまたは不飽和ポリエステル樹脂の粘度調整。フュームドシリカは、有機液体または水性用途に疎水性または親水性を作るために処理することができます。疎水性シリカは、有効な消泡剤成分(消泡剤)である。
    超音波脱気と脱泡について読むには、ここをクリックしてください。
    フュームドシリカ CAS番号 112945-52-5

    シリカヒューム/ミクロシリカ

    シリカヒュームは、マイクロシリカとも呼ばれる超微細なナノサイズの粉末です。シリカヒュームは、ヒュームドシリカと混同してはなりません。製造プロセス、粒子形態、シリカヒュームの適用分野は、すべてフュームドシリカのものとは異なります。シリカヒュームは、非結晶型のSiO2の非結晶型の多形である。シリカヒュームは、平均粒子径が150nmの球状粒子からなる。シリカフュームの最も顕著な用途は、高性能コンクリートのためのポゾラン材料としてである。これは、圧縮強度、結合強度、耐摩耗性などのコンクリートの特性を改善するために、ポートランドのセメントコンクリートに追加されます。それ以上に、シリカヒュームは、塩化物イオンに対するコンクリートの透過性を低下させます。これは腐食からコンクリートの補強鋼を保護する。
    セメントとシリカフュームの超音波混合の詳細については、ここをクリックしてください!
    シリカヒュームCAS番号:69012-64-2、シリカヒュームEINECS番号:273-761-1

    沈降シリカ

    沈殿シリカは、SiO2の白色の粉末状合成非晶質形態である。沈殿シリカは、充填剤、軟化剤またはゴム、例えばタイヤの性能向上として使用されます。その他の用途には、歯磨き粉の洗浄、増粘または研磨剤が含まれます。
    歯磨き粉製造における超音波混合の詳細については、ここをクリックしてください!
    ヒュームドシリカの一次粒子は直径5~100nm、凝集体サイズは最大40μmで、平均孔径は30nmを超える。発熱性シリカと同様に、沈殿したシリカは本質的に微孔性ではない。
    フュームドシリカは、ケイ酸塩を含む溶液から沈殿することによって生成される。中性ケイ酸溶液と無機酸との反応後、硫酸およびケイ酸ナトリウム溶液を、超音波攪拌などの攪拌と同時に水に添加する。シリカは酸性条件下で沈殿する。沈殿の持続時間、反応物の添加速度、温度および濃度、およびpHなどの要因のほかに、攪拌の方法および強度は、シリカの特性を変化させることができる。超音波反応器室でのソノメカニカル撹拌は、一貫した均一な粒子サイズを生成する有効な方法です。高温での超音波攪拌は、ゲル段階の形成を回避します。
    沈殿したシリカなどのナノ材料の超音波補助沈殿については、ここをクリックしてください!
    沈殿したシリカCAS番号:7631-86-9

    コロイドシリカ/シリカコロイド

    コロイド状シリカは、液体相中の微細な非多孔性、非晶質、主に球状シリカ粒子の懸濁液である。
    シリカコロイドの最も一般的な用途は、製紙、シリコンウエハー研磨用の研磨剤、化学プロセスにおける触媒、吸湿剤、摩耗抵抗塗料への添加剤、または凝集、凝固、分散または安定化のための界面活性剤の排水助剤として使用されます。
    摩耗抵抗性ポリマーコーティングにおけるコロイドシリカの詳細については、ここをクリックしてください!

    コロイダルシリカの製造は、多段階のプロセスです。アルカリケイ酸塩溶液の部分的な中和は、シリカ核の形成につながります。コロイド状シリカ粒子のサブユニットは、典型的には1〜5nmの範囲である。重合の条件に応じて、これらのサブユニットを結合することができます。pHを7未満に減らすか、塩を加えることによって、単位はしばしばシリカゲルと呼ばれる鎖で融合する傾向がある。それ以外の場合、サブユニットは分離されたままになり、徐々に成長します。得られた製品は、しばしばシリカゾルまたは沈殿シリカと呼ばれます。コロイダルシリカ懸濁液は、pH調整によって安定化され、次いで、例えば、蒸発によって濃縮される。
    ゾルゲルプロセスにおけるソノメカニカル効果の詳細については、ここをクリックしてください!

    シリカの健康リスク

    乾燥または空気中の結晶性二酸化ケイ素は、深刻な肺疾患、肺癌または全身自己免疫疾患を引き起こす可能性のあるヒト肺発がん性物質である。シリカダストが吸入され、肺に入ると瘢痕組織の形成を引き起こし、肺が酸素を取り込む能力を低下させる(Silicosis)。SiO2を液相に濡らし、分散させる、例えば超音波均質化によって、吸入の危険を排除する。したがって、SiO2を含む液体製品がシリコシスを引き起こす危険性は非常に低い。乾燥粉末の形でシリカを扱うときに適した個人保護具を使用してください!

    文献

    超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、産業加工で使用されます。

    ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。


    高性能超音波!ヒールシャー製品の範囲は、ベンチトップユニット上のコンパクトなラボ超音波装置から完全な産業用超音波システムまで、全スペクトルをカバーしています。

    ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。


    私たちはあなたのプロセスを議論して喜んでいるでしょう。

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