სილიციუმის დიოქსიდის (SiO2) ულტრაბგერითი დისპერგირება

სილიციუმის დიოქსიდი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც SiO2, ნანოსილიკა ან მიკროსილიკა, გამოიყენება კბილის პასტაში, ცემენტში, სინთეზურ რეზინში, მაღალეფექტურ პოლიმერში ან საკვებ პროდუქტებში, როგორც გამასქელებელი, ადსორბენტი, შეწებების საწინააღმდეგო აგენტი ან სურნელოვანი და არომატული ნივთიერებების მატარებელი. ქვემოთ მეტს შეიტყობთ ნანოსილიკისა და მიკროსილიკის გამოყენების შესახებ და იმის შესახებ, თუ როგორ შეუძლია ულტრაბგერის სონომექანიკურ ეფექტებს გააუმჯობესოს პროცესის ეფექტურობა და საბოლოო პროდუქტის მახასიათებლები უკეთესი სილიციუმის დიოქსიდის სუსპენზიების შექმნითა და სილიციუმის დიოქსიდის ნანონაწილაკების სინთეზის ხელშეწყობით.

ნანოსილიკის (SiO2) ულტრაბგერითი დისპერგირების უპირატესობები

სილიციუმის დიოქსიდი ხელმისაწვდომია ჰიდროფილური და ჰიდროფობული ფორმების ფართო სპექტრით და აქვს უკიდურესად წვრილი ნაწილაკები, რომელთა ზომა რამდენიმე მიკრომეტრიდან რამდენიმე ნანომეტრამდეა. ჩვეულებრივ, სილიციუმის დიოქსიდი დასველების შემდეგ კარგად არ არის დისპერგირებული. ის ასევე ამატებს ბევრ მიკრობუშტს პროდუქტის შემადგენლობას. ულტრაბგერითი დამუშავება ეფექტური ტექნოლოგიაა მიკროსილიკისა და ნანოსილიკის დისპერგირებისა და ნარევიდან გახსნილი აირისა და მიკრობუშტების მოსაშორებლად.

ულტრაბგერითი დისპერგირება არის ტექნიკა, რომელიც იყენებს მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერით ტალღებს ნაწილაკების დისპერგირებისა და დეაგლომერაციისთვის თხევად გარემოში. სილიციუმის დიოქსიდისა და ნანოსილიკის დისპერგირებისას ულტრაბგერით დისპერგირებას რამდენიმე უპირატესობა აქვს:
 

სილიციუმის დიოქსიდის ნაწილაკების ზომის მნიშვნელობა

ნანოზომიერი ან მიკროზომიერი სილიკის მრავალი გამოყენებისთვის კარგი და ერთგვაროვანი დისპერგირება ძალიან მნიშვნელოვანია. ხშირად საჭიროა მონოდისპერსიული სილიკის სუსპენზია, მაგალითად, ნაწილაკების ზომის გასაზომად. განსაკუთრებით მელნებში, საფარებსა და პოლიმერებში ნაკაწრებისადმი მდგრადობის გასაუმჯობესებლად გამოყენებისას, სილიკის ნაწილაკები უნდა იყოს იმდენად მცირე, რომ არ შეუშალოს ხელი ხილულ სინათლეს, რათა თავიდან იქნეს აცილებული შემღვრევა და შენარჩუნდეს გამჭვირვალობა. საფარების უმეტესობისთვის სილიკის ნაწილაკების ზომა უნდა იყოს 40nm-ზე ნაკლები ამ მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად. სხვა გამოყენებისას სილიკის ნაწილაკების აგლომერაცია ხელს უშლის თითოეული ცალკეული ნაწილაკის ურთიერთქმედებას გარემომცველ გარემოსთან.
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები უფრო ეფექტურია სილიკის დისპერგირებაში, ვიდრე მაღალი ძვრის ძალებით შერევის სხვა მეთოდები, როგორიცაა როტაციული შემრევები ან რეზერვუარის შემრევები. ქვემოთ მოცემული სურათი აჩვენებს წყალში პიროგენული სილიკის ულტრაბგერითი დისპერგირების ტიპურ შედეგს.

წყალში პიროგენული სილიკის ულტრაბგერითი დისპერგირება

დამუშავების ეფექტურობა სილიკის ზომის შემცირებაში

ნანოსილიკის ულტრაბგერითი დისპერგირება უფრო ეფექტურია, ვიდრე მაღალი ძვრის ძალებით შერევის სხვა მეთოდები, როგორიცაა IKA Ultra-Turrax. ულტრაბგერა ქმნის სუსპენზიებს სილიკის უფრო მცირე ზომის ნაწილაკებით და ულტრაბგერითი დამუშავება უფრო ენერგოეფექტური ტექნოლოგიაა. Pohl-მა და Schubert-მა შეადარეს წყალში Aerosil 90-ის (2%wt) ნაწილაკების ზომის შემცირება Ultra-Turrax-ის (როტორ-სტატორის სისტემა) გამოყენებით და Hielscher UIP1000hd-ის (1kW ულტრაბგერითი მოწყობილობა) გამოყენებით. ქვემოთ მოცემული გრაფიკი აჩვენებს ულტრაბგერითი პროცესის უპირატეს შედეგებს. თავისი კვლევის შედეგად Pohl-მა დაასკვნა, რომ „მუდმივი კუთრი ენერგიის EV პირობებში ულტრაბგერა უფრო ეფექტურია, ვიდრე როტორ-სტატორის სისტემა.“ ენერგოეფექტურობა და სილიკის ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვნება უმნიშვნელოვანესია წარმოების პროცესებში, სადაც მნიშვნელოვანია წარმოების ხარჯები, პროცესის წარმადობა და პროდუქტის ხარისხი.

ულტრაბგერა Ultra-turrax-თან შედარებით სილიკის დისპერგიისთვის

ქვემოთ მოცემული სურათები აჩვენებს შედეგებს, რომლებიც Pohl-მა მიიღო შესხურებით გაყინული და შემდეგ გამშრალი სილიკის გრანულების ულტრაბგერითი დამუშავებით.

მარცხნივ: შესხურებით გაყინული სილიკის გრანულების REM სურათები ულტრაბგერით დეაგლომერაციამდე
მარჯვნივ: ულტრაბგერითად დისპერგირებული სილიკის ფრაგმენტების TEM სურათები
კვლევა და სურათები: Pohl and Schubert, 2004)

მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი დისპერგატორები მაღალი ხარისხის სილიკის ფორმულაციებისთვის

Hielscher Ultrasonics არის გერმანული საოჯახო კომპანია, რომელიც სპეციალიზდება მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შემუშავებაზე, წარმოებასა და მიწოდებაზე სითხეების, მყარი ნაწილაკებით დატვირთული სუსპენზიებისა და პასტების დამუშავებისთვის. Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები საიმედოდ ამუშავებენ სილიკის პულპებს და სხვა ნანოსუსპენზიებს ნებისმიერი სასურველი სპეციფიკაციის მისაღწევად. უაღრესად მგრძნობიარე, აბრაზიული ან მაღალი სიბლანტის მქონე პროდუქტის ფორმულაციებიც კი შეიძლება ეფექტურად დისპერგირდეს და დეაგლომერირდეს ულტრაბგერითი დამუშავებით. ჩვენი მოწინავე ულტრაბგერითი აპარატები უკიდურესად მრავალმხრივია და უზრუნველყოფს პერიოდული და ნაკადში დამუშავების დახვეწილ შესაძლებლობებს. საიმედოდ მაღალი ხარისხის სტანდარტები და განმეორებადი შედეგები სილიკის ულტრაბგერითი დისპერგირების მთავარი მახასიათებლებია.
Hielscher-ის თანამედროვე სამრეწველო კლასის ულტრაბგერითი აპარატები გამოირჩევა ინტელექტუალური და მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი მენიუთი, პროგრამირებადი პარამეტრებით, ინტეგრირებულ SD-ბარათზე მონაცემთა ავტომატური აღრიცხვით, ბრაუზერის საშუალებით დისტანციური მართვითა და მაღალი გამძლეობით.
ამპლიტუდა ყველაზე გავლენიანი პარამეტრია ულტრაბგერითი დამუშავებისას. ამპლიტუდა გულისხმობს ულტრაბგერითი ტალღის მაქსიმალურ გადაადგილებას ან პიკიდან პიკამდე მოძრაობას. ულტრაბგერითი დისპერგირებისთვის, დეაგლომერაციისა და სველი დაფქვისთვის ხშირად საჭიროა მაღალი ამპლიტუდები, რათა ნაწილაკების ზომის შესამცირებლად საკმარისი ენერგია იქნეს გამოყენებული. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ განსაკუთრებით მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა. 200µm-მდე ამპლიტუდებით უწყვეტი მუშაობა მარტივად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდები.
მცირე და საშუალო ზომის R&D და საცდელი ულტრაბგერითი აპარატებიდან ინდუსტრიულ სისტემებამდე უწყვეტ რეჟიმში სილიკის კომერციული წარმოებისთვის, Hielscher Ultrasonics-ს აქვს სწორი ულტრაბგერითი პროცესორი, რომელიც დააკმაყოფილებს თქვენს მოთხოვნებს სილიკის უმაღლესი დამუშავებისთვის.

დიზაინი, წარმოება და კონსულტირება – გერმანიაში შექმნილი ხარისხი

Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ცნობილია უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი ექსპლუატაცია უზრუნველყოფს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების უპრობლემო ინტეგრაციას სამრეწველო ობიექტებში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ადვილად უმკლავდება მკაცრ პირობებსა და რთულ სამუშაო გარემოს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერტიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებულ ყურადღებას უთმობს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით აპარატებს, რომლებიც გამოირჩევიან თანამედროვე ტექნოლოგიითა და მომხმარებლისთვის მოსახერხებლობით. რა თქმა უნდა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები შეესაბამება CE სტანდარტს და აკმაყოფილებენ UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დამუშავების მიახლოებითი წარმადობის შესახებ:

რა არის სილიკა (SiO2, სილიციუმის დიოქსიდი)?

სილიკა არის სილიციუმისა და ჟანგბადისგან შემდგარი ქიმიური ნაერთი, რომლის ქიმიური ფორმულაა SiO2, ანუ სილიციუმის დიოქსიდი. სილიკას მრავალი განსხვავებული ფორმა აქვს, როგორიცაა გამდნარი კვარცი, პიროგენული სილიკა, სილიკაგელი და აეროგელები. სილიკა გვხვდება რამდენიმე მინერალის შემადგენლობაში და სინთეზური პროდუქტის სახით. ბუნებაში სილიკა ყველაზე ხშირად გვხვდება კვარცის სახით და სხვადასხვა ცოცხალ ორგანიზმში. სილიციუმის დიოქსიდი მიიღება კვარცის მოპოვებითა და გასუფთავებით. ამორფული სილიკის სამი ძირითადი ფორმაა პიროგენული სილიკა, დალექილი სილიკა და სილიკაგელი.

პიროგენული სილიკა

სილიციუმის ტეტრაქლორიდის (SiCl4) ჟანგბადით მდიდარ წყალბადის ალში წვისას მიიღება SiO2-ის კვამლი – პიროგენული სილიკა. ალტერნატიულად, კვარცის ქვიშის 3000 °C ტემპერატურის ელექტრულ რკალში აორთქლებით ასევე მიიღება პიროგენული სილიკა. ორივე პროცესში მიღებული ამორფული სილიკის მიკროსკოპული წვეთები ერწყმის ერთმანეთს და წარმოქმნის განშტოებულ, ჯაჭვისებურ, სამგანზომილებიან მეორეულ ნაწილაკებს. ეს მეორეული ნაწილაკები შემდეგ აგლომერირდება თეთრ ფხვნილად, რომელსაც აქვს უკიდურესად დაბალი ნაყარი სიმკვრივე და ძალიან დიდი ზედაპირის ფართობი. არაფოროვანი პიროგენული სილიკის პირველადი ნაწილაკების ზომა მერყეობს 5-დან 50 nm-მდე. პიროგენულ სილიკას აქვს ძალიან ძლიერი შემასქელებელი ეფექტი. ამიტომ პიროგენული სილიკა გამოიყენება შემავსებლად სილიკონის ელასტომერში და სიბლანტის რეგულირებისთვის საღებავებში, საფარებში, წებოებში, საბეჭდ მელნებსა თუ უჯერ პოლიესტერულ ფისებში. პიროგენული სილიკა შეიძლება დამუშავდეს ისე, რომ გახდეს ჰიდროფობური ან ჰიდროფილური ორგანულ სითხეებში ან წყლიან გარემოში გამოსაყენებლად. ჰიდროფობური სილიკა ქაფჩამქრობი საშუალების ეფექტური კომპონენტია.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ წაიკითხოთ ულტრაბგერითი დეგაზირებისა და ქაფის მოცილების შესახებ.
პიროგენული სილიკის CAS ნომერი 112945-52-5

სილიკის კვამლი / მიკროსილიკა

სილიკის კვამლი არის ულტრაწვრილი, ნანოზომის ფხვნილი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მიკროსილიკა. სილიკის კვამლი არ უნდა აგვერიოს პიროგენულ სილიკაში. სილიკის კვამლის წარმოების პროცესი, ნაწილაკების მორფოლოგია და გამოყენების სფეროები განსხვავდება პიროგენული სილიკის შესაბამისი მახასიათებლებისგან. სილიკის კვამლი არის SiO2-ის ამორფული, არაკრისტალური, პოლიმორფული ფორმა. სილიკის კვამლი შედგება სფერული ნაწილაკებისგან, რომელთა საშუალო დიამეტრია 150 nm. სილიკის კვამლის ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენებაა პუცოლანურ მასალად გამოყენება მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე ბეტონში. ის ემატება პორტლანდცემენტის ბეტონს ისეთი თვისებების გასაუმჯობესებლად, როგორიცაა კუმშვის სიმტკიცე, შეჭიდების სიმტკიცე და ცვეთისადმი მედეგობა. გარდა ამისა, სილიკის კვამლი ამცირებს ბეტონის გამტარობას ქლორიდის იონების მიმართ. ეს იცავს ბეტონის ფოლადის არმატურას კოროზიისგან.
იმისათვის, რომ მეტი გაიგოთ ცემენტისა და სილიკის კვამლის ულტრაბგერითი შერევის შესახებ, გთხოვთ, გადახვიდეთ აქ!
სილიკის კვამლის CAS ნომერი: 69012-64-2, სილიკის კვამლის EINECS ნომერი: 273-761-1

დალექილი სილიკა

დალექილი სილიკა არის SiO2-ის თეთრი ფხვნილისებრი სინთეზური ამორფული ფორმა. დალექილი სილიკა გამოიყენება შემავსებლად, დამარბილებლად ან საექსპლუატაციო თვისებების გასაუმჯობესებლად პლასტმასებსა თუ რეზინში, მაგალითად, საბურავებში. სხვა გამოყენებებს შორისაა კბილის პასტებში საწმენდ, შემასქელებელ ან საპრიალებელ საშუალებად გამოყენება.
იმისათვის, რომ მეტი გაიგოთ კბილის პასტის წარმოებაში ულტრაბგერითი შერევის შესახებ, გთხოვთ, გადახვიდეთ აქ!
პიროგენული სილიკის პირველადი ნაწილაკების დიამეტრი 5-დან 100 nm-მდეა, ხოლო აგლომერატების ზომა 40 µm-მდე აღწევს; ფორების საშუალო ზომა 30 nm-ზე მეტია. პიროგენული სილიკის მსგავსად, დალექილი სილიკა პრაქტიკულად არ არის მიკროფოროვანი.
პიროგენული სილიკა მიიღება სილიკატური მარილების შემცველი ხსნარიდან დალექვით. ნეიტრალური სილიკატური ხსნარის მინერალურ მჟავასთან რეაქციის შემდეგ წყალს ერთდროულად ემატება გოგირდმჟავასა და ნატრიუმის სილიკატის ხსნარები მორევის, მაგალითად, ულტრაბგერითი მორევის პირობებში. სილიკა ილექება მჟავე პირობებში. ისეთი ფაქტორების გარდა, როგორიცაა დალექვის ხანგრძლივობა, რეაგენტების დამატების სიჩქარე, ტემპერატურა, კონცენტრაცია და pH, მორევის მეთოდმა და ინტენსივობამაც შეიძლება შეცვალოს სილიკის თვისებები. ულტრაბგერითი რეაქტორის კამერაში სონომექანიკური მორევა ეფექტური მეთოდია სტაბილური და ერთგვაროვანი ზომის ნაწილაკების მისაღებად. მაღალ ტემპერატურაზე ულტრაბგერითი მორევა თავიდან აცილებს გელის ფაზის წარმოქმნას.
ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ნანომასალების, მაგალითად, დალექილი სილიკის, დალექვის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისთვის დააწკაპუნეთ აქ!
დალექილი სილიკის CAS ნომერი: 7631-86-9

კოლოიდური სილიკა / სილიკის კოლოიდი

კოლოიდური სილიკა არის წვრილი, არაფოროვანი, ამორფული, ძირითადად სფერული სილიკის ნაწილაკების სუსპენზია თხევად ფაზაში.
სილიკის კოლოიდების ყველაზე გავრცელებული გამოყენებებია ქაღალდის წარმოებაში წყლის მოცილების ხელშემწყობ საშუალებად, სილიციუმის ფირფიტების გასაპრიალებელ აბრაზივად, ქიმიურ პროცესებში კატალიზატორად, ტენის შთამნთქმელად, ცვეთამედეგი საფარების დანამატად ან ფლოკულაციის, კოაგულაციის, დისპერგირებისა თუ სტაბილიზაციისთვის ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებად გამოყენება.
ცვეთამედეგ პოლიმერულ საფარებში კოლოიდური სილიკის შესახებ მეტი ინფორმაციისთვის დააწკაპუნეთ აქ!

კოლოიდური სილიკის წარმოება მრავალსაფეხურიანი პროცესია. ტუტე სილიკატის ხსნარის ნაწილობრივი ნეიტრალიზაცია იწვევს სილიკის ბირთვების წარმოქმნას. კოლოიდური სილიკის ნაწილაკების სუბერთეულების ზომა, როგორც წესი, 1-დან 5 nm-მდე დიაპაზონშია. პოლიმერიზაციის პირობების მიხედვით, ეს სუბერთეულები შეიძლება ერთმანეთთან შეერთდეს. pH-ის 7-ზე დაბლა შემცირებისას ან მარილის დამატებისას ერთეულები ჯაჭვებად გაერთიანებისკენ არის მიდრეკილი; ამ ჯაჭვებს ხშირად სილიკის გელებს უწოდებენ. სხვა შემთხვევაში სუბერთეულები განცალკევებული რჩება და თანდათან იზრდება. მიღებულ პროდუქტებს ხშირად სილიკის ზოლებს ან დალექილ სილიკას უწოდებენ. კოლოიდური სილიკის სუსპენზია სტაბილიზდება pH-ის რეგულირებით და შემდეგ კონცენტრირდება, მაგალითად, აორთქლებით.
იმისათვის, რომ მეტი გაიგოთ სონომექანიკური ეფექტების შესახებ ზოლ-გელ პროცესებში, გთხოვთ, დააჭირეთ აქ!

სილიკის ჯანმრთელობის რისკი

მშრალი ან ჰაერში გაფანტული კრისტალური სილიციუმის დიოქსიდი ადამიანის ფილტვისთვის კანცეროგენია და შეიძლება გამოიწვიოს ფილტვის მძიმე დაავადება, ფილტვის კიბო ან სისტემური აუტოიმუნური დაავადებები. სილიკის მტვრის ჩასუნთქვა და ფილტვებში მოხვედრა იწვევს ნაწიბუროვანი ქსოვილის წარმოქმნას და ამცირებს ფილტვების მიერ ჟანგბადის შეთვისების უნარს (სილიკოზი). SiO2-ის დასველება და თხევად ფაზაში დისპერგირება, მაგალითად, ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაციით, გამორიცხავს მისი ჩასუნთქვის რისკს. ამიტომ SiO2-ის შემცველი თხევადი პროდუქტით სილიკოზის გამოწვევის რისკი ძალიან დაბალია. სილიკის მშრალ ფხვნილთან მუშაობისას გამოიყენეთ შესაბამისი ინდივიდუალური დაცვის საშუალებები!

ლიტერატურა

• Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
• Rosa Mondragon, J. Enrique Julia, Antonio Barba, Juan Carlos Jarque (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology, Volume 224, 2012. 138-146.
• Pohl, Markus; Schubert, Helmar (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.