Ultrasonic Dispersion of Silica (SiO2)

SiO2, 나노 실리카 또는 마이크로 실리카라고도 하는 실리카는 치약, 시멘트, 합성 고무, 고성능 폴리머 또는 식품에 증점제, 흡착제, 고결 방지제 또는 향료 및 향료 운반체로 사용됩니다. 아래에서는 나노 실리카 및 마이크로 실리카의 용도와 초음파의 초음파 역학 효과가 더 나은 실리카 현탁액을 만들고 실리카 나노 입자 합성을 촉진함으로써 공정 효율성과 최종 제품 성능을 향상시키는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.

나노 실리카 (SiO2)의 초음파 분산의 장점

실리카는 광범위한 친수성 및 소수성 형태로 제공되며 수 마이크로미터에서 몇 나노미터에 이르는 매우 미세한 입자 크기를 가지고 있습니다. 일반적으로 실리카는 습윤 후 잘 분산되지 않습니다. 그것은 또한 제품 정립에 많은 microbubbles를 추가합니다. 초음파는 마이크로 실리카와 나노 실리카를 분산시키고 제형에서 용존 된 가스 및 마이크로 기포를 제거하는 효과적인 공정 기술입니다.

초음파 분산은 고강도, 저주파 초음파를 사용하여 액체 매체의 입자를 분산 및 응집시키는 기술입니다. 실리카와 나노 실리카의 분산과 관련하여 초음파 분산은 몇 가지 이점을 제공합니다.
 

실리카 입자 크기의 중요성

나노 크기 또는 마이크로 크기 실리카의 많은 응용 분야에서 우수하고 균일한 분산이 매우 중요합니다. 종종 mono-disperse silica suspension (단분산 실리카 현탁액)이 필요합니다(예: 입자 크기 측정). 특히 긁힘 방지를 개선하기 위해 잉크 또는 코팅 및 폴리머에 사용하기 위해 실리카 입자는 연무를 피하고 투명도를 유지하기 위해 가시광선을 방해하지 않을 만큼 충분히 작아야 합니다. 대부분의 코팅에서 실리카 입자는 이 요구 사항을 충족하기 위해 40nm보다 작아야 합니다. 다른 응용 분야의 경우, 실리카 입자 응집은 각 개별 실리카 입자가 주변 매체와 상호 작용하는 것을 방해합니다.
초음파 균질화기는 로터리 믹서 또는 탱크 교반기와 같은 다른 고전단 혼합 방법보다 분산 실리카에 더 효과적입니다. 아래 그림은 흄드 실리카를 물에 초음파 분산시킨 전형적인 결과를 보여줍니다.

흄드 실리카의 물 속 초음파 분산

실리카 크기 감소의 처리 효율성

나노 실리카의 초음파 분산은 IKA Ultra-Turrax와 같은 다른 고전단 혼합 방법보다 우수합니다. 초음파는 더 작은 실리카 입자 크기의 현탁액을 생산하며 초음파는 더 에너지 효율적인 기술입니다. Pohl과 Schubert는 Ultra-Turrax (로터 스테이터 시스템)를 사용하여 수중 Aerosil 90 (2 % wt)의 입자 크기 감소를 Hielscher UIP1000hd (1kW 초음파 장치)의 입자 크기 감소를 비교했습니다. 아래 그래픽은 초음파 공정의 우수한 결과를 보여줍니다. 그의 연구 결과, Pohl은 "일정한 비에너지에서 EV 초음파가 회전자-고정자-시스템보다 더 효과적"이라고 결론지었습니다. 에너지 효율성과 실리카 입자 크기 균일성은 제조 비용, 공정 용량 및 제품 품질이 중요한 생산 공정에서 가장 중요합니다.

초음파 vs. 실리카 분산을 위한 Ultra-turrax

아래 그림은 Pohl이 스프레이 동결 건조 실리카 과립을 초음파 처리하여 얻은 결과를 보여줍니다.

왼쪽: 초음파 응집 해제 전 스프레이 프리즈 실리카 과립의 REM 사진
오른쪽: 초음파로 분산된 실리카 조각의 TEM 사진
연구 및 이미지: Pohl and Schubert, 2004)

고품질 실리카 제형을 위한 고성능 초음파 분산기

Hielscher Ultrasonics는 액체, 고체 하중 현탁액 및 페이스트 처리를위한 고성능 초음파 균질화기의 개발, 제조 및 공급을 전문으로하는 독일의 가족 소유 기업입니다. Hielscher 초음파 균질화기는 원하는 사양을 얻기 위해 실리카 슬러리 및 기타 나노 연금을 안정적으로 처리합니다. 매우 민감하거나, 연마성이 있거나, 점성이 높은 제품 제형조차도 초음파를 사용하여 효율적으로 분산시키고 응집시킬 수 있습니다. 당사의 고급 초음파기는 매우 다재다능하며 정교한 배치 및 인라인 처리 가능성을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 높은 품질 표준물질과 재현 가능한 결과는 초음파 실리카 분산액의 주요 특징입니다.
Hielscher의 최첨단 산업용 초음파는 스마트하고 사용자 친화적 인 메뉴, 프로그래밍 가능한 설정, 통합 SD 카드의 자동 데이터 프로토콜, 브라우저 원격 제어 및 높은 견고성을 갖추고 있습니다.
진폭은 초음파 처리와 관련하여 가장 영향력 있는 매개변수입니다. 진폭은 초음파의 최대 변위 또는 피크 간 이동을 나타냅니다. 초음파 분산, 응집 제거 및 습식 밀링의 경우 입자 크기 감소를 위해 충분한 에너지를 적용하기 위해 높은 진폭이 필요한 경우가 많습니다. Hielscher 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.
중소형 R에서&연속 모드에서 상업용 실리카 제조를위한 산업 시스템에 대한 D 및 파일럿 초음파 발생기, Hielscher 초음파는 우수한 실리카 처리에 대한 요구 사항을 충족 할 수있는 올바른 초음파 프로세서를 갖추고 있습니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.

실리카(SiO2, 이산화규소)란 무엇입니까?

실리카는 규소와 산소로 구성된 화합물로 화학식 SiO2 또는 이산화규소입니다. 실리카에는 용융 석영, 흄드 실리카, 실리카겔 및 에어로겔과 같은 다양한 형태가 있습니다. 실리카는 여러 미네랄의 화합물 및 합성 제품으로 존재합니다. 실리카는 석영으로 자연에서 가장 일반적으로 발견되며 다양한 살아있는 유기체에서 발견됩니다. 이산화규소는 석영의 채굴 및 정제를 통해 얻어집니다. 비정질 실리카의 세 가지 주요 형태는 발열성 실리카, 침전 실리카 및 실리카겔입니다.

흄드 실리카 / 발열성 실리카

산소가 풍부한 수소 화염에서 사염화규소(SiCl4)를 태우면 SiO2 연기가 발생합니다 – 흄드 실리카. 또는 3000°C 전기 아크에서 석영 모래를 기화시키면 흄드 실리카도 생성됩니다. 두 공정 모두에서 비정질 실리카의 미세한 방울이 분지되고 사슬 같은 3차원 2차 입자로 융합됩니다. 그런 다음 이러한 2차 입자는 부피 밀도가 매우 낮고 표면적이 매우 높은 백색 분말로 응집됩니다. 비다공성 흄드 실리카의 1차 입자 크기는 5 내지 50 nm이다. 흄드 실리카는 매우 강력한 농축 효과가 있습니다. 따라서 흄드 실리카는 실리콘 엘라스토머의 충전제로 사용되며 페인트, 코팅, 접착제, 인쇄 잉크 또는 불포화 폴리에스테르 수지의 점도 조정에 사용됩니다. 흄드 실리카는 유기 액체 또는 수성 응용 분야를 위해 소수성 또는 친수성으로 처리될 수 있습니다. 소수성 실리카는 효과적인 소포제 성분(소포제)입니다.
초음파 탈기 및 소포에 대해 읽으려면 여기를 클릭하십시오.
흄드 실리카 CAS 번호 112945-52-5

실리카 흄 / 마이크로실리카

실리카흄은 마이크로 실리카라고도 하는 초미세 나노 크기의 분말입니다. 실리카 흄은 흄드 실리카와 혼동되어서는 안 됩니다. 실리카 흄의 생산 공정, 입자 형태 및 응용 분야는 모두 흄 실리카와 다릅니다. 실리카흄은 SiO2의 비정질, 비결정질, 다형체 형태입니다. 실리카흄은 평균 입자 직경이 150nm인 구형 입자로 구성됩니다. 실리카흄의 가장 두드러진 응용 분야는 고성능 콘크리트의 포졸란 재료입니다. 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 첨가되어 압축 강도, 접착 강도 및 내마모성과 같은 콘크리트 특성을 향상시킵니다. 그 외에도 실리카흄은 염화물 이온에 대한 콘크리트의 투과성을 감소시킵니다. 이것은 콘크리트의 철근을 부식으로부터 보호합니다.
시멘트와 실리카흄의 초음파 혼합에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!
실리카 흄 CAS 번호 : 69012-64-2, 실리카 흄 EINECS 번호 : 273-761-1

침전된 실리카

침전된 실리카는 SiO2의 백색 분말 합성 비정질 형태입니다. 침전된 실리카는 플라스틱 또는 고무(예: 타이어)의 충전제, 연화제 또는 성능 개선제로 사용됩니다. 다른 용도로는 치약의 세척제, 농축제 또는 연마제가 있습니다.
치약 제조에서 초음파 혼합에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!
흄드 실리카의 1차 입자는 직경이 5nm에서 100nm 사이인 반면, 응집체 크기는 최대 40μm이고 평균 공극 크기는 30nm보다 큽니다. 발열성 실리카와 마찬가지로 침전된 실리카는 본질적으로 미세 다공성이 아닙니다.
흄드 실리카는 규산염을 함유한 용액에서 침전에 의해 생성됩니다. 중성 규산염 용액과 무기산, 황산 및 규산 나트륨 용액을 초음파 교반과 같은 교반과 동시에 물에 첨가합니다. 실리카는 산성 조건에서 침전됩니다. 침전 시간, 반응물의 첨가 속도, 온도 및 농도, pH와 같은 요인 외에도 교반 방법 및 강도는 실리카의 특성을 변화시킬 수 있습니다. 초음파 반응기 챔버에서의 초음파 역학적 교반은 일관되고 균일한 입자 크기를 생성하는 효과적인 방법입니다. 고온에서의 초음파 교반은 겔 스테이지의 형성을 방지합니다.
침전된 실리카와 같은 나노 물질의 초음파 보조 침전에 대한 자세한 내용은 여기를 클릭하십시오!
침전 실리카 CAS 번호 : 7631-86-9

콜로이드 실리카 / 실리카 콜로이드

콜로이드 실리카는 액상에 있는 미세한 비다공성, 비정질, 대부분 구형 실리카 입자의 현탁액입니다.
실리카 콜로이드의 가장 일반적인 용도는 제지의 배수 보조제, 실리콘 웨이퍼 연마용 연마제, 화학 공정의 촉매, 수분 흡수제, 내마모성 코팅에 첨가제 또는 응집, 응고, 분산 또는 안정화를 위한 계면활성제입니다.
내마모성 폴리머 코팅의 콜로이드 실리카에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오!

콜로이드 실리카의 생산은 다단계 공정입니다. 알칼리-규산염 용액의 부분 중화는 실리카 핵의 형성으로 이어집니다. 콜로이드 실리카 입자의 소단위는 일반적으로 1nm에서 5nm 사이입니다. 중합 조건에 따라 이러한 소단위체는 함께 결합될 수 있습니다. pH를 7 이하로 낮추거나 소금을 첨가하면 단위가 사슬로 서로 융합되는 경향이 있으며, 이를 종종 실리카겔이라고 합니다. 그렇지 않으면 소단위가 분리된 상태로 유지되고 점진적으로 증가합니다. 생성 된 생성물은 종종 실리카 졸 또는 침전 실리카라고합니다. 콜로이드 실리카 현탁액은 pH 조정에 의해 안정화된 후 증발 등에 의해 농축됩니다.
sol-gel 공정의 초음파 역학적 효과에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!

실리카 건강 위험

건조 또는 공기 중 결정질 이산화규소는 심각한 폐 질환, 폐암 또는 전신 자가면역 질환을 유발할 수 있는 인체 폐 발암 물질입니다. 실리카 가루가 흡입되어 폐로 들어가면 흉터 조직이 형성되고 폐가 산소를 흡수하는 능력이 감소합니다(규폐증). 예를 들어 초음파 균질화에 의해 SiO2를 액체 상태로 습윤 및 분산시키면 흡입 위험이 제거됩니다. 따라서 SiO2를 함유한 액체 제품이 규폐증을 유발할 위험은 매우 낮습니다. 건조 분말 형태의 실리카를 취급할 때는 적절한 개인 보호 장비를 사용하십시오!

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