Ultralyd spredning av silica (SiO2)

Silica brukes i ulike næringer for slitestyrke, elektrisk isolasjon og høy termisk stabilitet. Ultralyd dispergering bidrar til å bruke potensialet av silika ved å forbedre dispersjonskvaliteten.

Silikaprogrammer

Silika (SiO₂) er en multi-funksjonell keramikk materiale som blir brukt i ulike næringer for å forbedre overflater og mekaniske egenskaper av ulike materialer. Den brukes som en Filler, ytelsesadditiv, reologisk modifikator eller behandlingshjelp i mange produktformuleringer, for eksempel maling & belegg, plast, syntetisk gummi, lim, tetningsmidler eller isolasjonsmaterialer. Spesielt er silikagummi (amorft silisiumdioksyd) eller mikrosilica lagt til betong for å forbedre betongstyrke og holdbarhet. Silikagummi blir også brukt i ildfaste betongmaterialer for å redusere porøsiteten og for å øke styrken ved forbedret partikkelpakking.

Silikaspredning

Silica er tilgjengelig i et bredt spekter av hydrofil og hydrofobe former og brukes vanligvis i ekstremt fin partikkelstørrelse. Kiseltyper er vanligvis ikke godt dispergert etter fukting. Det legger også til mange mikrobobler til produktformuleringen.

UP400S dispergerende fumed silica

For de fleste kiselsøknader, a god og jevn dispersjon er viktig. Spesielt når det brukes i belegg og lakker til forbedre ripebestandighet, silisiumpartiklene må være små nok til ikke å forstyrre det synlige lyset til unngå dis og opprettholde gjennomsiktighet. For de fleste belegg skal silisium være mindre enn 40 nm for å oppfylle dette kravet. For andre anvendelser hindrer partikkelagglomerering hver enkelt silikagruppe til å interagere med omgivende media.

Ultralydbehandling er bevist for meg mer effektivt i dispergering av silika enn andre blandinger med høy skjæring. Bildet nedenfor viser et typisk resultat av ultralyd dispergering av fumed silica i vann. Målingene ble oppnådd ved bruk av a MasterSizer 2000 Malvern.

Ved å starte (grønn kurve) ved en agglomeratpartikkelstørrelse på mer enn 200 mikron (D50) ble de fleste partiklene redusert til mindre enn 200 nanometer. Den opplagte tailing til høyre, resulterer fra materialets sammensetning (agglomerater og større primære egenskaper). Mens agglomeratene reduseres enkelt, tar det lengre prosessering å smale ned større primære partikler.

Behandlingseffektivitet i reduksjon av kiselstørrelse

Behandlingseffektiviteten til ultralyd i dispergeringen av silikagel ble sammenlignet med andre mikse-blandingsmetoder, slik som en IKA Ultra-Turrax ved Pohl og Schubert. Pohl sammenlignet partikkelstørrelsesreduksjonen av Aerosil 90 (2% vekt) i vann ved hjelp av et Ultra-Turrax (rotor-stator-system) ved forskjellige innstillinger med en UIP1000hd (ultralydsenhet) i kontinuerlig modus. Grafikken nedenfor viser resultatene.

Som et resultat av hans studie konkluderte Pohl at “Ved konstant spesifikk
energi E_V ultralyd er mer effektivt enn
rotor-stator-system.” og det “Den anvendte ultralydfrekvensen i området fra 20 kHz til 30 kHz har ingen stor effekt på
dispersjonsprosess.”

Bildene nedenfor viser resultatene som Pohl fikk lydisolerende sprayfrysekiselgranuler. (Klikk på bildene for større visninger!)

(igjen: før sonikering, høyre: etter sonication)

Litteratur

• Markus Pohl, Helmar Schubert (2004): Dispersjon og deagglomerering av nanopartikler i vandige løsninger, 2004 Partec