Ultradźwiękowa dyspersja krzemionki (SiO2)

Krzemionka, znana również jako SiO2, nanokrzemionka lub mikrokrzemionka, jest stosowana w pastach do zębów, cemencie, kauczuku syntetycznym, wysokowydajnych polimerach lub w produktach spożywczych jako zagęszczacz, adsorbent, środek przeciwzbrylający lub nośnik substancji zapachowych i smakowych. Poniżej dowiesz się więcej o zastosowaniach nanokrzemionki i mikrokrzemionki oraz o tym, jak efekty sonomechaniczne ultradźwięków mogą poprawić wydajność procesu i wydajność produktu końcowego poprzez tworzenie lepszych zawiesin krzemionkowych i ułatwianie syntezy nanocząstek krzemionki.

Zalety ultradźwiękowej dyspersji nanokrzemionki (SiO2)

Krzemionka jest dostępna w szerokiej gamie form hydrofilowych i hydrofobowych i ma niezwykle drobne cząstki o wielkości od kilku mikrometrów do kilku nanometrów. Zazwyczaj krzemionka nie jest dobrze rozproszona po zwilżeniu. Dodaje ona również wiele pęcherzyków mikroskopijnych do składu produktu. Ultradźwięki to skuteczna technologia procesowa służąca do rozpraszania mikrokrzemionki i nanokrzemionki oraz usuwania rozpuszczonych pęcherzyków i gazów z preparatu.

Dyspersja ultradźwiękowa to technika wykorzystująca fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości do rozpraszania i deaglomeracji cząstek w ciekłym ośrodku. Jeśli chodzi o dyspersję krzemionki i nanokrzemionki, dyspersja ultradźwiękowa oferuje kilka zalet:
 

  • Ulepszona dyspersja: Fale ultradźwiękowe tworzą intensywną kawitację i strumień akustyczny w ciekłym medium, co pomaga rozbić aglomeraty lub skupiska cząstek krzemionki. Powoduje to lepszą dyspersję i zmniejszenie wielkości cząstek, co prowadzi do bardziej jednorodnego rozkładu cząstek w cieczy.
  • Zwiększona stabilność: Osiągając lepszą dyspersję, obróbka ultradźwiękowa pomaga zapobiegać ponownej aglomeracji lub sedymentacji cząstek. Mniejsze i dobrze zdyspergowane cząstki krzemionki mają zwiększoną stabilność, co ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których aglomeracja cząstek może prowadzić do problemów z wydajnością.
  • Zwiększona powierzchnia: Dyspersja ultradźwiękowa skutecznie zmniejsza wielkość cząstek krzemionki i nanokrzemionki, co skutkuje wyższą powierzchnią właściwą. Zwiększona powierzchnia może oferować korzyści w różnych zastosowaniach, takich jak lepsza reaktywność, zwiększona zdolność adsorpcji i lepsze właściwości mechaniczne.
  • Dyspergator ultradźwiękowy MultiSonoReactor o mocy dyspergowania 16 000 W do produkcji zawiesin nanokrzemionki

    Ultradźwiękowy system dyspersyjny do przemysłowej produkcji zawiesin nanokrzemionkowych

  • Wydajne mieszanie: Dyspersja ultradźwiękowa sprzyja skutecznemu mieszaniu cząstek w ciekłym medium. Energia akustyczna generowana przez fale ultradźwiękowe wywołuje mikrostrumieniowy i turbulentny przepływ, ułatwiając dyspersję i równomierne mieszanie cząstek. Jest to szczególnie korzystne dla jednorodnego rozprowadzania w materiałach kompozytowych lub powłokach.
  • Oszczędność czasu i energii: Dyspersja ultradźwiękowa generalnie wymaga krótszych czasów przetwarzania w porównaniu z innymi metodami dyspersji. Szybka i wydajna dyspersja uzyskana dzięki ultradźwiękom skraca całkowity czas przetwarzania, prowadząc do zwiększenia wydajności. Co więcej, często może być wykonywana w temperaturze pokojowej, eliminując potrzebę nadmiernego ogrzewania lub stosowania chemicznych środków dyspergujących.
  • Prosta i bezpieczna obsługa: Dyspergatory ultradźwiękowe są proste i bezpieczne w obsłudze i można je łatwo zintegrować z istniejącymi zakładami produkcyjnymi. Precyzyjna kontrola nad ultradźwiękami pozwala dostosować parametry procesu do konkretnych preparatów krzemionkowych i idealnych warunków procesu. Ponieważ technika dyspersji ultradźwiękowej i deaglomeracji nie wykorzystuje mediów mielących, takich jak kulki i perły, unika się zanieczyszczenia krzyżowego przez media mielące i intensywną separację.
  • Wszechstronność: Dyspersja ultradźwiękowa to wszechstronna technika, która może być stosowana do szerokiej gamy mediów płynnych, w tym wody, rozpuszczalników i różnych roztworów chemicznych. Ta elastyczność sprawia, że nadaje się do różnych zastosowań i branż, takich jak farby, powłoki, kompozyty, elektronika i farmaceutyki.
  • Zapytanie o informacje




    Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


    Ultradźwiękowe dyspergowanie nano-krzemionki: Homogenizator ultradźwiękowy Hielscher UP400St szybko i wydajnie dysperguje nanocząstki krzemionki w jednolitą nanodyspersję.

    Dyspersja ultradźwiękowa nanokrzemionki przy użyciu ultradźwiękowca UP400St

    Miniatura wideo

    Dyspersja ultradźwiękowa Fumed Silica: Homogenizator ultradźwiękowy UP400S firmy Hielscher szybko i skutecznie rozprasza proszek krzemionkowy na pojedyncze nano-cząsteczki.

    Dyspersja zmatowiałej krzemionki w wodzie przy użyciu UP400S

    Miniatura wideo

     

    Znaczenie wielkości cząstek krzemionki

    Dla wielu zastosowań nano- lub mikro-rozmiarów krzemionki bardzo ważna jest dobra i równomierna dyspersja. Często wymagana jest monodyspersyjna zawiesina krzemionkowa, np. do pomiaru wielkości cząstek. W szczególności w przypadku stosowania farb drukarskich lub powłok i polimerów w celu poprawy odporności na zarysowania, cząsteczki krzemionki muszą być wystarczająco małe, aby nie zakłócać światła widzialnego, aby uniknąć zamglenia i utrzymać przejrzystość. W przypadku większości powłok cząsteczki krzemionki muszą być mniejsze niż 40 nm, aby spełnić ten wymóg. W innych zastosowaniach aglomeracja cząsteczek krzemionki utrudnia oddziaływanie każdej pojedynczej cząsteczki krzemionki na otaczające ją media.
    Homogenizatory ultradźwiękowe są skuteczniejsze w procesie dyspergowania krzemionki niż inne metody mieszania wysokoseryjnego, takie jak mieszadła obrotowe lub mieszadła zbiornikowe. Poniższy rysunek przedstawia typowy rezultat ultradźwiękowego rozpraszania zmatowionej krzemionki w wodzie.

    Zdjęcie przedstawia typowy rezultat ultradźwiękowej dyspersji zmatowionej krzemionki w wodzie.

    Dyspersja ultradźwiękowa krzemionki dymionej w wodzie

    Sprawność przetwarzania w Silica rozdrabniające

    Dyspersja ultradźwiękowa nanokrzemionki jest lepsza niż inne metody mieszania o dużej intensywności, takie jak IKA Ultra-Turrax. Ultradźwięki wytwarzają zawiesiny o mniejszym rozmiarze cząstek krzemionki, a ultrasonizacja jest technologią bardziej energooszczędną. Pohl i Schubert porównali redukcję wielkości cząstek Aerosil 90 (2%wt) w wodzie za pomocą Ultra-Turraxu (system rotor-stator) z urządzeniem ultradźwiękowym Hielscher UIP1000hd (1kW urządzenie ultradźwiękowe). Poniższa grafika przedstawia doskonałe wyniki procesu ultradźwiękowego. W wyniku swoich badań Pohl doszedł do wniosku, że "przy stałej energii jednostkowej ultradźwięki EV są bardziej efektywne niż system rotor-stator". Efektywność energetyczna i jednorodność wielkości cząstek krzemionki mają ogromne znaczenie w procesach produkcyjnych, w których liczą się koszty produkcji, wydajność procesu i jakość produktu.

    System dyspersji ultradźwiękowej 2x UIP1000hdT o łącznej mocy przetwarzania ultradźwiękowego 2 kW dla pigmentów o nanorozmiarach, takich jak nanokrzemionka

    Dyspergatory ultradźwiękowe 2x 1000 W w szafie z możliwością czyszczenia do nano-dyspersji, np. nanokrzemionki.

    Ultradźwiękowa dyspersja nanokrzemionki w porównaniu z innymi metodami mieszania przy wysokim ścinaniu, takimi jak IKA Ultra-Turrax

    Ultrasonics vs. Ultra-turrax for Silica Dispersion

    Poniższe zdjęcia przedstawiają wyniki, które Pohl uzyskał poprzez sonikację liofilizowanych granulek krzemionki.

    Cząstki krzemionki mogą być dyspergowane ultradźwiękowo, deaglomerowane i modyfikowane (np. domieszkowane / funkcjonalizowane do zastosowań katalitycznych).

    Po lewej: Zdjęcia REM granulek krzemionki mrożonych natryskowo przed deaglomeracją ultradźwiękową
    Po prawej: Zdjęcia TEM ultradźwiękowo zdyspergowanych fragmentów krzemionki
    Badania i obrazy: Pohl i Schubert, 2004)

    Wysokowydajne dyspergatory ultradźwiękowe do wysokiej jakości preparatów krzemionkowych

    Hielscher Ultrasonics to niemiecka firma rodzinna specjalizująca się w opracowywaniu, produkcji i dostawie wysokowydajnych homogenizatorów ultradźwiękowych do obróbki cieczy, zawiesin i past obciążonych ciałami stałymi. Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher niezawodnie przetwarzają zawiesiny krzemionkowe i inne nanozawiesiny w celu uzyskania dowolnej pożądanej specyfikacji. Nawet preparaty produktów, które są bardzo wrażliwe, ścierne lub bardzo lepkie, mogą być skutecznie dyspergowane i deaglomerowane za pomocą ultradźwięków. Nasze zaawansowane ultrasonografy są niezwykle wszechstronne i oferują zaawansowane możliwości obróbki wsadowej i liniowej. Niezawodnie wysokie standardy jakości i powtarzalne wyniki są kluczowymi cechami ultradźwiękowej dyspersji krzemionki.
    Najnowocześniejsze ultradźwięki klasy przemysłowej firmy Hielscher charakteryzują się inteligentnym i przyjaznym dla użytkownika menu, programowalnymi ustawieniami, automatycznym protokołowaniem danych na zintegrowanej karcie SD, zdalnym sterowaniem przez przeglądarkę i wysoką wytrzymałością.
    Amplituda jest najbardziej wpływowym parametrem, jeśli chodzi o przetwarzanie ultradźwiękowe. Amplituda odnosi się do maksymalnego przemieszczenia lub ruchu międzyszczytowego fali ultradźwiękowej. W przypadku dyspersji ultradźwiękowej, dezaglomeracji i mielenia na mokro często wymagane są wysokie amplitudy w celu zastosowania wystarczającej energii do redukcji wielkości cząstek. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą dostarczać wyjątkowo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe.
    Od małych i średnich R&D i pilotażowe ultradźwięki do systemów przemysłowych do komercyjnej produkcji krzemionki w trybie ciągłym, Hielscher Ultrasonics ma odpowiedni procesor ultradźwiękowy, aby spełnić Twoje wymagania dotyczące doskonałej obróbki krzemionki.

    Dlaczego Hielscher Ultrasonics?

    • wysoka wydajność
    • Najnowocześniejsza technologia
    • niezawodność & krzepkość
    • regulowana, precyzyjna kontrola procesu
    • partia & na linii
    • dla każdej objętości
    • inteligentne oprogramowanie
    • inteligentne funkcje (np. programowalne, protokołowanie danych, zdalne sterowanie)
    • Łatwa i bezpieczna eksploatacja
    • Niskie koszty utrzymania
    • CIP (clean-in-place)

    Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

    Ultradźwięki firmy Hielscher są znane z najwyższej jakości i standardów konstrukcyjnych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwięków z obiektami przemysłowymi. Surowe warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

    Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na ultradźwięki o wysokiej wydajności, charakteryzujące się najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

    Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

    Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
    0.5-1,5 mL b.d. VialTweeter
    1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
    10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
    0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
    10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
    15 do 150L 3 do 15L/min UIP6000hdT
    b.d. 10-100L/min UIP16000
    b.d. większe klaster UIP16000

    Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

    Poproś o więcej informacji

    Skorzystaj z poniższego formularza, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat homogenizatorów ultradźwiękowych i dyspergatorów, zastosowań związanych z krzemionką i cen. Z przyjemnością omówimy z Państwem proces dyspersji krzemionki i zaoferujemy dyspergator ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









    Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


    W wyniku deaglomeracji ultradźwiękowej przy użyciu UP400S uzyskuje się efektywnie zdyspergowaną nanokrzemionkę.

    ultradźwiękowiec UP400S do deaglomeracji nanokrzemionki.
    Opracowanie i grafika: Vikash, 2020.



    Co to jest krzemionka (SiO2, dwutlenek krzemu)?

    Krzemionka jest związkiem chemicznym składającym się z krzemu i tlenu o wzorze chemicznym SiO2, czyli dwutlenku krzemu. Istnieje wiele różnych form krzemionki, takich jak stopiony kwarc, zmatowiona krzemionka, żel krzemionkowy i aerożele. Krzemionka istnieje jako związek kilku minerałów i jako produkt syntetyczny. Krzemionka jest najczęściej spotykana w przyrodzie jako kwarc i w różnych żywych organizmach. Dwutlenek krzemu jest otrzymywany w procesie wydobycia i oczyszczania kwarcu. Trzy główne formy amorficznej krzemionki to krzemionka pirogeniczna, krzemionka wytrącona i żel krzemionkowy.

    Krzemionka dymiona / Krzemionka pirogeniczna

    Spalanie tetrachlorku krzemu (SiCl4) w bogatym w tlen płomieniu wodorowym powoduje wytwarzanie dymu SiO2 – zmatowiona krzemionka. Alternatywnie, odparowujący piasek kwarcowy w łuku elektrycznym o temperaturze 3000 °C, wytwarza również zmatowioną krzemionkę. W obu procesach, powstałe mikroskopijne kropelki amorficznej krzemionki łączą się w rozgałęzione, łańcuchowe, trójwymiarowe cząstki wtórne. Te wtórne cząstki aglomerują się następnie w biały proszek o wyjątkowo niskiej gęstości nasypowej i bardzo dużej powierzchni. Podstawowa wielkość cząsteczek nieporowatej, zmatowionej krzemionki wynosi od 5 do 50 nm. Krzemionka dymiona ma bardzo silne działanie zagęszczające. Dlatego też krzemionka dymiona jest stosowana jako wypełniacz w elastomerach silikonowych oraz jako substancja regulująca lepkość w farbach, powłokach, klejach, farbach drukarskich lub nienasyconych żywicach poliestrowych. Krzemionka zmatowiona może być poddawana obróbce w celu nadania jej właściwości hydrofobowych lub hydrofilowych do zastosowań w cieczach organicznych lub wodnych. Krzemionka hydrofobowa jest skutecznym środkiem przeciwpieniącym (środkiem przeciwpieniącym).
    Kliknij tutaj, aby przeczytać o odgazowywaniu ultradźwiękowym i odtłuszczaniu.
    Krzemionka dymiona Numer CAS 112945-52-5

    Pył krzemionkowy / Mikrokrzemionka

    Pył krzemionkowy jest bardzo drobnym, nano-wymiarowym proszkiem znanym również jako mikrokrzemionka. Dymu krzemionkowego nie należy mylić z dymem krzemionkowym. Proces produkcyjny, morfologia cząstek i dziedziny zastosowania oparów krzemionki różnią się od tych, które stosuje się w przypadku krzemionki zmatowionej. Pył krzemionki jest amorficzną, niekrystaliczną, polimorficzną formą SiO2. Pył krzemionki składa się z kulistych cząstek o średniej średnicy cząstek wynoszącej 150 nm. Najistotniejsze zastosowanie oparów krzemionki ma jako materiał pucolanowy do betonu o wysokiej wydajności. Jest on dodawany do betonu cementowego Portland w celu poprawy jego właściwości, takich jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość wiązania i odporność na ścieranie. Ponadto, dymy krzemionkowe zmniejszają przepuszczalność betonu w stosunku do jonów chlorkowych. Chroni to stal zbrojeniową betonu przed korozją.
    Aby dowiedzieć się więcej na temat ultradźwiękowego mieszania cementu i oparów krzemionki, kliknij tutaj!
    Silica Fume Numer CAS: 69012-64-2, Silica Fume Numer EINECS: 273-761-1

    Krzemionka przyspieszona

    Krzemionka strąceniowa to biała, sproszkowana, syntetyczna, amorficzna forma SiO2. Krzemionka wytrącona jest stosowana jako wypełniacz, zmiękczacz lub środek poprawiający wydajność w tworzywach sztucznych lub gumie, np. oponach. Inne zastosowania obejmują środki czyszczące, zagęszczające lub polerujące w pastach do zębów.
    Aby dowiedzieć się więcej na temat mieszania ultradźwiękowego w produkcji past do zębów, kliknij tutaj!
    Cząstki pierwotne zmatowionej krzemionki mają średnicę od 5 do 100 nm, podczas gdy wielkość aglomeratu wynosi do 40 µm, a średnia wielkość porów jest większa niż 30 nm. Krzemionka wytrącona, podobnie jak krzemionka pirogeniczna, zasadniczo nie jest mikroporowata.
    Krzemionka zmatowiona produkowana jest przez wytrącanie z roztworu zawierającego sole krzemianowe. Po reakcji obojętnego roztworu krzemianowego z kwasem mineralnym do wody dodaje się jednocześnie roztwór kwasu siarkowego i krzemianu sodu z mieszaniem, np. mieszaniem ultradźwiękowym. Krzemionka wytrąca się w warunkach kwaśnych. Oprócz czynników, takich jak czas trwania wytrącania, szybkość dodawania reagentów, temperatura i stężenie oraz pH, metoda i intensywność mieszania mogą zmieniać właściwości krzemionki. Wzburzenie sonomechaniczne w komorze reaktora ultradźwiękowego jest skuteczną metodą umożliwiającą uzyskanie stałej i jednolitej wielkości cząstek. Wzbudzenie ultradźwiękowe w podwyższonej temperaturze pozwala uniknąć tworzenia się fazy żelowej.
    Aby uzyskać więcej informacji na temat wspomaganego ultradźwiękowo wytrącania się nanomateriałów, takich jak wytrącona krzemionka, kliknij tutaj!
    Krzemionka wytrącona Numer CAS: 7631-86-9

    Krzemionka koloidalna / Krzemionka Koloidalna

    Krzemionka koloidalna jest zawiesiną drobnych nieporowatych, amorficznych, głównie kulistych cząstek krzemionki w fazie ciekłej.
    Najczęstsze zastosowania koloidów krzemionkowych to: pomoc drenażowa w produkcji papieru, materiał ścierny do polerowania wafli silikonowych, katalizator w procesach chemicznych, pochłaniacz wilgoci, dodatek do powłok odpornych na ścieranie lub środek powierzchniowo czynny do flokulacji, koagulacji, dyspergowania lub stabilizacji.
    Aby dowiedzieć się więcej o krzemionce koloidalnej w powłokach polimerowych odpornych na ścieranie, kliknij tutaj!

    Produkcja krzemionki koloidalnej jest procesem wieloetapowym. Częściowa neutralizacja roztworu zasadowo-krzemianowego prowadzi do powstania jąder krzemionki. Podjednostki koloidalnych cząstek krzemionki znajdują się zazwyczaj w zakresie od 1 do 5 nm. W zależności od warunków polimeryzacji podjednostki te mogą być łączone razem. Przez obniżenie pH poniżej 7 lub przez dodanie soli jednostki te mają tendencję do łączenia się w łańcuchy, które często nazywane są żelem krzemionkowym. W przeciwnym razie, podjednostki pozostają rozdzielone i rosną stopniowo. Powstałe produkty są często nazywane zolami krzemionkowymi lub wytrącaną krzemionką. Koloidalna zawiesina krzemionki jest stabilizowana przez regulację pH, a następnie zagęszczana, np. przez odparowanie.
    Aby dowiedzieć się więcej o efektach sonomechanicznych w procesach zol-żel, kliknij tutaj!

    Zagrożenie dla zdrowia krzemionki

    Suchy lub zawieszony w powietrzu krystaliczny dwutlenek silikonu jest ludzkim rakotwórcą płuc, który może powodować poważne choroby płuc, raka płuc lub systemowe choroby autoimmunologiczne. Kiedy pył krzemionkowy jest wdychany i przedostaje się do płuc, powoduje tworzenie się blizn i zmniejsza zdolność płuc do pobierania tlenu (pylica krzemowa). Zwilżenie i dyspersja SiO2 do fazy ciekłej, np. poprzez homogenizację ultradźwiękową, eliminuje ryzyko wdychania. Dlatego ryzyko, że płynny produkt zawierający SiO2 spowoduje krzemicę jest bardzo małe. Podczas pracy z krzemionką w postaci suchego proszku należy stosować odpowiednie środki ochrony osobistej!

    Literatura

    Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

    Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.


    Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Oferta firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum produktów - od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

    Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.


    Chętnie porozmawiamy o Państwa procesie.

    Skontaktujmy się.