Ultraschalldispersioun vu Siliziumdioxid (SiO2)

Siliziumdioxid, och bekannt als SiO2, Nano-Siliziumdioxid oder Mikro-Siliziumdioxid, gëtt an Zahnpasta, Zement, syntheeteschem Kautschuk, Héichleeschtungspolymeren oder a Liewensmëttel als Verdéckungsmëttel, Adsorptiounsmëttel, Mëttel géint d’Verklompen oder Dréier fir Doft- an Aromastoffer benotzt. Hei ënnendrënner gitt Dir méi iwwer d’Uwendunge vun Nano-Siliziumdioxid a Mikro-Siliziumdioxid gewuer an doriwwer, wéi déi sonomechanesch Effekter vum Ultraschall d’Prozesseffizienz an d’Leeschtungsfäegkeet vum Endprodukt verbessere kënnen, andeems si besser Siliziumdioxid-Suspensiounen erméiglechen an d’Synthees vu Siliziumdioxid-Nanopartikelen erliichteren.

Virdeeler vun der Ultraschalldispersioun vun Nano-Siliziumdioxid (SiO2)

Siliziumdioxid ass an enger breeder Palett vun hydrophillen an hydrophobe Formen disponibel an huet eng extrem kleng Partikelgréisst vun e puer Mikrometer bis erof op e puer Nanometer. Typescherweis ass Siliziumdioxid nom Naassmaachen net gutt dispergéiert. Et bréngt och vill Mikroblosen an d’Produktformuléierung eran. D’Ultraschallbehandlung ass eng effektiv Prozesstechnologie, fir Mikro-Siliziumdioxid an Nano-Siliziumdioxid ze dispergéieren a opgeléiste Gas a Mikroblosen aus der Formuléierung ze entfernen.

D’Ultraschalldispersioun ass eng Technik, déi Ultraschallwelle mat héijer Intensitéit an niddreger Frequenz benotzt, fir Partikelen an engem flëssege Medium ze dispergéieren an ze deagglomeréieren. Bei der Dispersioun vu Siliziumdioxid an Nano-Siliziumdioxid bitt d’Ultraschalldispersioun verschidde Virdeeler:
 

D’Bedeitung vun der Partikelgréisst vu Siliziumdioxid

Fir vill Uwendunge vu Siliziumdioxid mat Partikelen am Nano- oder Mikrometerberäich ass eng gutt a gläichméisseg Dispersioun ganz wichteg. Dacks ass eng monodispers Siliziumdioxidsuspensioun néideg, z. B. fir d’Miessung vun der Partikelgréisst. Besonnesch beim Asaz an Tënten oder a Beschichtungen a Polymeren, fir d’Krazbeständegkeet ze verbesseren, mussen d’Siliziumdioxidpartikele kleng genuch sinn, fir net mat dem siichtbare Liicht ze interferéieren, sou datt eng Trübung verhënnert gëtt an d’Transparenz erhale bleift. Fir déi meescht Beschichtunge mussen d’Siliziumdioxidpartikele méi kleng wéi 40nm sinn, fir dës Ufuerderung ze erfëllen. Bei aneren Uwendunge verhënnert d’Agglomeratioun vun de Siliziumdioxidpartikelen, datt all eenzele Siliziumdioxidpartikel mat den Ëmgéigungsmedien interagéiere kann.
Ultraschallhomogenisatore si beim Dispergéiere vu Siliziumdioxid méi wierksam wéi aner Mëschmethode mat héije Schéierkräften, wéi Rotatiounsmëscher oder Réierwierker an Tanken. D’Bild hei ënne weist en typescht Resultat vum Dispergéiere vu pyrogenem Siliziumdioxid a Waasser mat Ultraschall.

Dispersioun vu pyrogenem Siliziumdioxid a Waasser mat Ultraschall

Prozesseffizienz bei der Verklengerung vu Siliziumdioxidpartikelen

D’Dispersioun vun Nano-Siliziumdioxid mat Ultraschall ass anere Mëschmethode mat héije Schéierkräften, wéi engem IKA Ultra-Turrax, iwwerleeën. Ultraschall produzéiert Suspensioune mat méi klenge Siliziumdioxidpartikelen, an d’Ultraschallbehandlung ass déi méi energieeffizient Technologie. Pohl a Schubert hunn d’Verklengerung vun de Partikele vun Aerosil 90 (2%wt) a Waasser mat engem Ultra-Turrax (Rotor-Stator-System) mat där mat engem Hielscher UIP1000hd (1kW Ultraschallapparat) verglach. D’Grafik hei ënne weist déi iwwerleeë Resultater vum Ultraschallprozess. Op Basis vu senger Etüd ass de Pohl zu dësem Schluss komm: „Bei konstanter spezifescher Energie EV ass Ultraschall méi wierksam wéi de Rotor-Stator-System.“ Energieeffizienz an d’Gläichméissegkeet vun der Gréisst vun de Siliziumdioxidpartikele si vun héchster Wichtegkeet a Produktiounsprozesser, bei deenen d’Produktiounskäschten, d’Prozesskapazitéit an d’Produktqualitéit eng Roll spillen.

Ultraschall am Verglach mam Ultra-turrax fir d’Dispersioun vu Siliziumdioxid

D’Biller hei ënne weisen d’Resultater, déi de Pohl duerch d’Ultraschallbehandlung vu sprëtzgefréiergedréchente Siliziumdioxidgranulater kritt huet.

Lénks: REM-Biller vu sprëtzgefruerene Siliziumdioxidgranulater virun der Desagglomeratioun mat Ultraschall
Riets: TEM-Biller vu Siliziumdioxidfragmenter, déi mat Ultraschall dispergéiert goufen
Etüd a Biller: Pohl a Schubert, 2004)

Héichleeschtungs-Ultraschalldispergéiergeräter fir héichwäerteg Siliziumdioxidformuléierungen

Hielscher Ultrasonics ass en däitscht Familljebetrib, dat op d’Entwécklung, d’Hierstellung an d’Liwwerung vun héichleeschtungsfäegen Ultraschallhomogenisatore fir d’Behandlung vu Flëssegkeeten, mat Feststoffer beluedene Suspensiounen a Paste spezialiséiert ass. Hielscher Ultraschallhomogenisatore verschaffe Siliziumdioxidschlemmen an aner Nanosuspensiounen zouverlässeg, fir all gewënschte Spezifikatioun z’erreechen. Och Produktformuléierungen, déi héichempfindlech, abrasiv oder héichviskos sinn, kënne mat Ultraschall effizient dispergéiert an deagglomeréiert ginn. Eis fortgeschratt Ultraschallapparater sinn extrem villsäiteg a bidden ausgeklügelt Méiglechkeete fir d’Behandlung a Chargen an am Duerchlaf. Zouverlässeg héich Qualitéitsstandarden a reproduzéierbar Resultater si Schlësselmerkmoler vun der Ultraschalldispersioun vu Siliziumdioxid.
Hielscher Ultraschallapparater fir den industriellen Asaz entspriechen dem modernste Stand vun der Technik a verfügen iwwer en intelligenten a benotzerfrëndleche Menü, programméierbar Astellungen, automatesch Dateprotokolléierung op enger integréierter SD-Kaart, Fernsteierung iwwer de Browser an eng héich Robustheet.
D’Amplitud ass deen aflossräichste Parameter bei der Ultraschallveraarbechtung. D’Amplitud bezeechent déi maximal Auslenkung oder d’Beweegung vu Spëtzt zu Spëtzt vun enger Ultraschallwell. Fir d’Ultraschalldispersioun, d’Deagglomeratioun an d’Naassvermolung sinn dacks héich Amplituden néideg, fir genuch Energie fir d’Verklengerung vun de Partikelen anzesetzen. Hielscher industriell Ultraschallprozessoren kënnen aussergewéinlech héich Amplitudë liwweren. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel.
Vu klengen a mëttelgroussen Ultraschallapparater fir Fuerschung an Entwécklung a fir Pilotversich bis hin zu industrielle Systemer fir déi kommerziell Hierstellung vu Siliziumdioxid am kontinuéierleche Betrib huet Hielscher Ultrasonics dee richtegen Ultraschallprozessor, fir Är Ufuerderungen un eng iwwerleeë Veraarbechtung vu Siliziumdioxid ze erfëllen.

Design, Hierstellung a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen déi reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater gi problemlos mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfeld eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifiéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater, déi sech duerch Technologie um modernste Stand vun der Technik a Benotzerfrëndlechkeet auszeechnen. Selbstverständlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

D’Tabell hei drënner gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Wat ass Silica (SiO2, Siliziumdioxid)?

Silica ass eng cheemesch Verbindung aus Silizium a Sauerstoff mat der cheemescher Formel SiO2, och Siliziumdioxid genannt. Et gi vill verschidde Forme vu Siliziumdioxid, wéi Quarzglas, pyrogeent Siliziumdioxid, Silikagel an Aerogelen. Siliziumdioxid existéiert als Verbindung vu verschiddene Mineraler an als syntheetescht Produkt. An der Natur kënnt Siliziumdioxid am heefegsten als Quarz an a verschiddene liewegen Organisme vir. Siliziumdioxid gëtt duerch den Ofbau an d’Rengegung vu Quarz gewonnen. Déi dräi Haaptforme vun amorphem Siliziumdioxid si pyrogeent Siliziumdioxid, gefällte Siliziumdioxid a Silikagel.

Pyrogeent Siliziumdioxid / Pyrogeent Siliziumdioxid

D’Verbrenne vu Siliziumtetrachlorid (SiCl4) an enger waasserstoffhalteger Flam mat héijem Sauerstoffgehalt produzéiert en Damp aus SiO2 – pyrogeent Siliziumdioxid. Alternativ entsteet pyrogeent Siliziumdioxid och beim Verdampe vu Quarzsand an engem elektresche Bou vu 3000 °C. A béide Prozesser verschmëlzen déi entstane mikroskopesch Drëpse vun amorphem Siliziumdioxid zu verzweigten, kettenaartegen, dräidimensionale Sekundärpartikelen. Dës Sekundärpartikelen agglomeréieren duerno zu engem wäisse Polver mat extrem niddreger Schëdddicht a ganz grousser Uewerfläch. D’Primärpartikelgréisst vum net poröse pyrogene Siliziumdioxid läit tëscht 5 a 50 nm. Pyrogeent Siliziumdioxid huet e ganz staarke Verdéckungseffekt. Dofir gëtt pyrogeent Siliziumdioxid als Fëllstoff a Silikonelastomeren an zur Upassung vun der Viskositéit a Faarwen, Beschichtungen, Pechstoffer, Drocktënten oder ongesättegte Polyesterharze benotzt. Pyrogeent Siliziumdioxid ka behandelt ginn, fir et fir Uwendunge mat organesche Flëssegkeeten oder wässerleche Medien hydrophob oder hydrophil ze maachen. Hydrophoobt Siliziumdioxid ass e wierksame Bestanddeel vun Entschäumeren (Antischaummëttelen).
Klickt hei, fir iwwer d’Entgasung an d’Entschäumung mat Ultraschall ze liesen.
Pyrogeent Siliziumdioxid CAS-Nummer 112945-52-5

Silikastëbs / Mikrosilika

Silikastëbs ass en ultrafeint Polver mat Partikelen am Nanoberäich, dat och als Mikrosilika bekannt ass. Silikastëbs däerf net mat pyrogenem Siliziumdioxid verwiesselt ginn. De Produktiounsprozess, d’Partikelmorphologie an d’Uwendungsberäicher vu Silikastëbs ënnerscheede sech all vun deene vu pyrogenem Siliziumdioxid. Silikastëbs ass eng amorph, net kristallin, polymorph Form vu SiO2. Silikastëbs besteet aus kugelfërmege Partikele mat engem duerchschnëttleche Partikelduerchmiesser vun 150 nm. Déi bedeitendst Uwendung vu Silikastëbs ass als puzzolanescht Material fir Héichleeschtungsbeton. E gëtt Beton op Basis vu Portlandzement bäigefüügt, fir Betoneegenschafte wéi Drockfestegkeet, Haftfestegkeet an Ofriffbeständegkeet ze verbesseren. Ausserdeem reduzéiert Silikastëbs d’Duerchlässegkeet vu Beton fir Chloridionen. Dat schützt de Bewehrungsstol am Beton viru Korrosioun.
Fir méi iwwer d’Mësche vun Zement a Silikastëbs mat Ultraschall ze gewuer ze ginn, klickt wgl. hei!
Silikastëbs CAS-Nummer: 69012-64-2, Silikastëbs EINECS-Nummer: 273-761-1

Ausgefällte Siliziumdioxid

Ausgefällte Siliziumdioxid ass eng wäiss, polverfërmeg, syntheetesch, amorph Form vu SiO2. Ausgefällte Siliziumdioxid gëtt als Fëllstoff, Weichmacher oder zur Verbesserung vun der Leeschtung a Konschtstoffer oder Gummi, z. B. a Pneuen, benotzt. Aner Uwendunge sinn d’Benotzung als Botz-, Verdéckungs- oder Poléiermëttel an Zahnpasta.
Fir méi iwwer d’Mësche mat Ultraschall bei der Hierstellung vun Zahnpasta ze gewuer ze ginn, klickt wgl. hei!
Primärpartikele vu pyrogenem Siliziumdioxid hunn en Duerchmiesser tëscht 5 an 100 nm, wärend d’Agglomeratgréisst bis zu 40 µm bedréit an déi duerchschnëttlech Poregréisst méi grouss wéi 30 nm ass. Wéi pyrogeent Siliziumdioxid ass ausgefällte Siliziumdioxid am Fong net mikroporös.
Pyrogeent Siliziumdioxid gëtt duerch Ausfällung aus enger Léisung hiergestallt, déi Silikatsalzer enthält. No enger Reaktioun vun enger neutraler Silikatléisung mat enger Mineralsaier gi Schwiefelsaier- an Natriumsilikatléisunge gläichzäiteg ënner Réieren, zum Beispill mat Ultraschall, a Waasser bäigefüügt. Siliziumdioxid fält ënner saiere Bedéngungen aus. Nieft Facteure wéi der Dauer vun der Ausfällung, der Zousazvitess vun de Reaktanten, der Temperatur an der Konzentratioun souwéi dem pH-Wäert kënnen d’Method an d’Intensitéit vum Réieren d’Eegenschafte vum Siliziumdioxid veränneren. Sonomechanescht Réieren an enger Ultraschallreakterkummer ass eng wierksam Method, fir eng gläichbleiwend an eenheetlech Partikelgréisst ze produzéieren. Réiere mat Ultraschall bei erhéichten Temperature verhënnert d’Bildung vun enger Gelphas.
Fir méi Informatiounen iwwer d’ultraschallënnerstëtzt Ausfällung vun Nanomaterialien, wéi ausgefälltem Siliziumdioxid, klickt wgl. hei!
Ausgefällte Siliziumdioxid CAS-Nummer: 7631-86-9

Kolloidaalt Siliziumdioxid / Siliziumdioxidkolloid

Kolloidaalt Siliziumdioxid ass eng Suspensioun vu feinen, net porösen, amorphen, meeschtens kugelfërmege Siliziumdioxidpartikelen an enger flësseger Phas.
Siliziumdioxidkolloide gi meeschtens als Entwässerungshëllefsmëttel bei der Pabeierhierstellung, als Schleifmëttel beim Poléiere vu Siliziumwaferen, als Katalysator a cheemesche Prozesser, als Fiichtegkeetsabsorptiounsmëttel, als Zousaz zu ofriffbestännege Beschichtungen oder als Tensid fir d’Flockulatioun, d’Koagulatioun, d’Dispergéierung oder d’Stabiliséierung benotzt.
Fir méi iwwer kolloidalt Siliziumdioxid an ofriwbestännege Polymerbeschichtungen ze gewuer ze ginn, klickt wgl. hei!

D’Hierstellung vu kolloidalem Siliziumdioxid ass e Prozess a méi Schrëtt. D’partiell Neutraliséierung vun enger Alkalisilikatléisung féiert zur Bildung vu Siliziumdioxidkeimen. D’Ënnereenheete vu kolloidale Siliziumdioxidpartikele leien typescherweis am Beräich tëscht 1 a 5 nm. Ofhängeg vun de Polymerisatiounsbedéngunge kënnen dës Ënnereenheete matenee verbonne ginn. Wann de pH-Wäert ënner 7 erofgesat gëtt oder Salz bäigesat gëtt, tendéieren d’Eenheeten dozou, zu Ketten ze verschmëlzen, déi dacks Siliziumdioxidgeler genannt ginn. Soss bleiwen d’Ënnereenheete getrennt a wuesse lues a lues. Déi entstane Produkter ginn dacks Siliziumdioxidsolen oder gefällte Siliziumdioxid genannt. Eng kolloidal Siliziumdioxidsuspensioun gëtt duerch d’Astellung vum pH-Wäert stabiliséiert an duerno konzentréiert, z. B. duerch Verdampfung.
Fir méi iwwer sonomechanesch Effekter a Sol-Gel-Prozesser ze gewuer ze ginn, klickt wgl. hei!

Gesondheetsrisiko vu Siliziumdioxid

Dréchent oder an der Loft schwieft kristallint Siliziumdioxid ass eng Substanz, déi beim Mënsch Longekriibs ausléist a schwéier Longekrankheeten, Longekriibs oder systemesch Autoimmunkrankheete verursaache kann. Wa Siliziumdioxidstëbs ageotemt gëtt an an d’Longe kënnt, verursaacht en d’Bildung vun Narbengeweebe a reduzéiert d’Fäegkeet vun de Longen, Sauerstoff opzehuelen (Silikos). D’Benetzung an d’Dispersioun vu SiO2 an eng flësseg Phas, z. B. duerch Ultraschallhomogeniséierung, eliminéiert de Risiko vum Anootmen. Dofir ass de Risiko, datt e flëssegt Produkt, dat SiO2 enthält, Silikos verursaacht, ganz kleng. Benotzt wgl. gëeegent perséinlech Schutzausrüstung, wann Dir mat Siliziumdioxid a Form vun dréchenem Polver schafft!

Literatur

• 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.