Ultrasone dispersie van nanomaterialen (nanodeeltjes)
Nanomaterialen zijn een integraal onderdeel geworden van uiteenlopende producten zoals hoogwaardige materialen, zonnefilters, hoogwaardige coatings of kunststof composieten. Ultrasone cavitatie wordt gebruikt om nanodeeltjes te dispergeren in vloeistoffen zoals water, olie, oplosmiddelen of harsen.
Ultrasone dispersie van nanodeeltjes
De toepassing van Ultrasone dispersie van nanodeeltjes heeft verschillende effecten. De meest voor de hand liggende is de dispergeren van materialen in vloeistoffen om deeltjesagglomeraten te breken. Een ander proces is de toepassing van ultrageluid tijdens synthese of neerslag van deeltjes. Over het algemeen leidt dit tot kleinere deeltjes en een grotere uniformiteit in grootte. ultrasone cavitatie verbetert ook de materiaaloverdracht aan de deeltjesoppervlakken. Dit effect kan worden gebruikt om de oppervlakte functionalisatie van materialen met een hoog specifiek oppervlak.
Dispergeren en verkleinen van nanomaterialen
Nanomaterialen, bijv. metaaloxiden, nanokleien of Koolstofnanobuizen hebben de neiging om samen te klonteren wanneer ze in een vloeistof worden gemengd. Doeltreffende middelen om te deagglomereren en Verspreiden zijn nodig om de bindingskrachten te overwinnen na het bevochtigen van het poeder. Het ultrasone breken van de agglomeraatstructuren in waterige en niet-waterige suspensies maakt het mogelijk om het volledige potentieel van nanomaterialen te benutten. Onderzoek naar verschillende dispersies van nanodeeltjesagglomeraten met een variabel gehalte aan vaste stof heeft het aanzienlijke voordeel van ultrasoon geluid aangetoond in vergelijking met andere technologieën, zoals rotor-stator mixers (bijv. ultra turrax), zuigerhomogenisatoren of natte maalmethoden, bijv. parelmolens of colloïdmolens. Hielscher ultrasone systemen kunnen worden gebruikt bij vrij hoge concentraties vaste stoffen. Bijvoorbeeld voor Kiezelzuur de breuk bleek onafhankelijk te zijn van de vaste concentratie tot 50% gewicht. Ultrasoon geluid kan worden toegepast voor het dispergeren van master-batches met hoge concentraties - het verwerken van vloeistoffen met lage en hoge viscositeit. Dit maakt ultrageluid tot een goede verwerkingsoplossing voor verven en coatings op basis van verschillende media, zoals water, hars of olie.
Ultrasone homogenisator UP400St voor nanodispersies
ultrasone cavitatie
Dispersie en deagglomeratie door ultrasoonbehandeling zijn het resultaat van ultrasone cavitatie. Wanneer vloeistoffen worden blootgesteld aan ultrasoon geluid, resulteren de geluidsgolven die zich in de vloeistof voortplanten in afwisselend hoge- en lagedrukcycli. Dit oefent mechanische spanning uit op de aantrekkende krachten tussen de afzonderlijke deeltjes. ultrasone cavitatie in vloeistoffen veroorzaakt vloeistofstralen met hoge snelheden tot 1000 km/u. Dergelijke jets persen vloeistof onder hoge druk tussen de deeltjes en scheiden ze van elkaar. Kleinere deeltjes worden versneld met de vloeistofstralen en botsen met hoge snelheden. Hierdoor is ultrageluid een effectief middel voor het dispergeren, maar ook voor het scheiden van deeltjes. frezen van deeltjes van micron- en submicronformaat.
Ultrasoon ondersteunde deeltjes synthese / precipitatie
Nanodeeltjes kunnen bottom-up worden gegenereerd door synthese of precipitatie. Sonochemie is een van de vroegste technieken die werd gebruikt om nanosamenstellingen te bereiden. In zijn oorspronkelijke werk sonificeerde Suslick Fe(CO)5 als zuivere vloeistof of in een deacline-oplossing en verkreeg amorfe ijzernanodeeltjes met een grootte van 10-20 nm. Over het algemeen begint een oververzadigd mengsel vaste deeltjes te vormen uit een sterk geconcentreerd materiaal. Ultrasoon mengen verbetert het mengen van de voorlopers en verhoogt de massaoverdracht aan het deeltjesoppervlak. Dit leidt tot kleinere deeltjes en een hogere uniformiteit.
UIP2000hdTeen 2kW krachtige ultrasoon om SWCNTs te dispergeren.
Oppervlaktefunctionalisatie met ultrageluid
Veel nanomaterialen, zoals metaaloxiden, inkjetinkt en tonerpigmenten of vulstoffen voor prestaties coatingshebben oppervlaktefunctionalisatie nodig. Om het volledige oppervlak van elk afzonderlijk deeltje te functionaliseren, is een goede dispersiemethode nodig. Bij dispersie worden de deeltjes meestal omgeven door een grenslaag van moleculen die door het deeltjesoppervlak worden aangetrokken. Om nieuwe functionele groepen naar het deeltjesoppervlak te krijgen, moet deze grenslaag worden opgebroken of verwijderd. De vloeistofstralen die ontstaan bij ultrasone cavitatie kunnen snelheden tot 1000 km/u bereiken. Deze spanning helpt de aantrekkende krachten te overwinnen en voert de functionele moleculen naar het deeltjesoppervlak. In sonochemieDit effect wordt gebruikt om de prestaties van gedispergeerde katalysatoren te verbeteren.
Ultrasoon vóór meting van de deeltjesgrootte
Ultrasoon maken van monsters verbetert de nauwkeurigheid van uw deeltjesgrootte- of morfologiemeting. De nieuwe SonoStep combineert ultrasoon geluid, roeren en pompen van monsters in een compact ontwerp. De SonoStep is eenvoudig te bedienen en kan worden gebruikt om gesoniseerde monsters af te leveren aan analyseapparaten, zoals deeltjesgrootte-analysatoren. De intense sonicatie helpt om samengeklonterde deeltjes te dispergeren, wat leidt tot consistentere resultaten.Klik hier om meer te lezen!
Ultrasone verwerking voor laboratorium- en productieschaal
Ultrasone processors en flowcellen voor deagglomeratie en dispersie zijn beschikbaar voor laboratorium en productie niveau. De industriële systemen kunnen eenvoudig worden aangepast om inline te werken. Voor onderzoek en procesontwikkeling raden we aan om de UIP1000hd (1.000 watt).
Hielscher biedt een breed assortiment ultrasone apparaten en accessoires voor het efficiënt dispergeren van nanomaterialen, bijvoorbeeld in verf, inkt en coatings.
- Compacte laboratoriumapparaten van maximaal 400 watt vermogen.
Deze apparaten worden voornamelijk gebruikt voor monstervoorbereiding of eerste haalbaarheidsstudies en zijn beschikbaar voor verhuur. - 500 en 1,000 en 2,000 watt ultrasone processors zoals de UIP1000hd set met flowcel en verschillende boosterhoorns en sonotrodes kan grotere volumestromen verwerken.
Apparaten zoals deze worden gebruikt voor de optimalisatie van parameters (zoals amplitude, werkdruk, stroomsnelheid enz.) op een testbank of in een proeffabriek. - Ultrasone verwerkers van 2kW, 4kW, 10kW en 16kW en grotere clusters van meerdere van dergelijke eenheden kunnen productiestromen op bijna elk niveau verwerken.
Bench top-apparatuur is beschikbaar voor verhuur tegen goede condities om procesproeven uit te voeren. De resultaten van dergelijke proeven kunnen lineair worden opgeschaald naar productieniveau, waardoor de risico's en kosten van de procesontwikkeling worden beperkt. We helpen u graag online, telefonisch of persoonlijk. Hier vindt u onze adressen hierof gebruik het onderstaande formulier.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Nanomaterialen – Achtergrondinformatie
Nanomaterialen zijn materialen die minder dan 100 nm groot zijn. Ze nemen snel toe in de formules van verf, inkt en coatings. Nanomaterialen vallen uiteen in drie brede categorieën: metaaloxiden, nanokleien en Koolstofnanobuizen. Metaaloxide nanodeeltjes, omvatten nanoschaal zinkoxide, titaniumoxide, ijzeroxide, ceriumoxide en zirkoniumoxide, evenals gemengde metaalverbindingen zoals indium-tinoxide en zirkonium en titanium, evenals gemengde metaalverbindingen zoals indium-tinoxide. Deze kleine materie heeft invloed op vele disciplines, zoals natuurkunde, Scheikunde en biologie. In verf en coatings vervullen nanomaterialen decoratieve behoeften (bijv. kleur en glans), functionele doeleinden (bijv. geleidbaarheid, microbiële inactivatie) en verbeteren ze de bescherming (bijv. krasbestendigheid, UV-stabiliteit) van verf en coatings. In het bijzonder metaaloxiden op nanogrootte, zoals TiO2 en ZnO of aluminiumoxide, ceriumoxide en Kiezelzuur en nano-pigmenten worden toegepast in nieuwe verf- en coatingformules.
Wanneer materie wordt verkleind, veranderen de eigenschappen, zoals kleur en interactie met andere materie, zoals chemische reactiviteit. De verandering in de eigenschappen wordt veroorzaakt door de verandering van de elektronische eigenschappen. Door de deeltjesgrootte reductiewordt het oppervlak van het materiaal vergroot. Hierdoor kan een hoger percentage van de atomen interageren met andere materie, bijvoorbeeld met de matrix van harsen.
Oppervlakteactiviteit is een belangrijk aspect van nanomaterialen. Agglomeratie en aggregatie blokkeren het oppervlak voor contact met andere materie. Alleen goed gedispergeerde of enkelvoudig gedispergeerde deeltjes kunnen het volledige nuttige potentieel van de materie benutten. Een goede dispersie vermindert de hoeveelheid nanomaterialen die nodig zijn om dezelfde effecten te bereiken. Aangezien de meeste nanomaterialen nog steeds vrij duur zijn, is dit aspect van groot belang voor de commercialisering van productformules die nanomaterialen bevatten. Tegenwoordig worden veel nanomaterialen in een droog proces geproduceerd. Als gevolg daarvan moeten de deeltjes worden gemengd in vloeibare formules. Hierbij vormen de meeste nanodeeltjes agglomeraten tijdens het bevochtigen. Vooral Koolstofnanobuizen zijn zeer cohesief waardoor het moeilijk is om ze te dispergeren in vloeistoffen zoals water, ethanol, olie, polymeer of epoxyhars. Conventionele verwerkingsapparaten, zoals high-shear of rotor-stator mixers, hogedrukhomogenisatoren of colloïd- en schijvenmolens schieten tekort in het scheiden van de nanodeeltjes in discrete deeltjes. Vooral voor kleine materie van enkele nanometers tot enkele microns is ultrasone cavitatie zeer effectief in het breken van agglomeraten, aggregaten en zelfs primaire deeltjes. Wanneer ultrageluid wordt gebruikt voor het frezen van batches met hoge concentraties zorgen de vloeistofstralen als gevolg van ultrasone cavitatie ervoor dat de deeltjes met snelheden tot 1000 km/u tegen elkaar botsen. Hierdoor worden de van der Waals krachten in agglomeraten en zelfs primaire deeltjes verbroken.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.