Dispersão Ultrassônica de Nanomateriais (Nanopartículas)
Os nanomateriais tornaram-se um componente integral de produtos tão diversos como materiais de alto desempenho, protetores solares, revestimentos de alto desempenho ou compósitos plásticos. A cavitação ultrassônica é usada para dispersar partículas de tamanho nanométrico em líquidos, como água, óleo, solventes ou resinas.
Dispersão ultrassônica de nanopartículas
A aplicação de Dispersão ultrassônica de nanopartículas tem efeitos múltiplos. O mais óbvio é o Dispersão de materiais em líquidos para quebrar aglomerados de partículas. Outro processo é a aplicação de ultrassom durante síntese de partículas ou precipitação. Geralmente, isso leva a partículas menores e maior uniformidade de tamanho. cavitação ultrassônica também melhora a transferência de material nas superfícies das partículas. Este efeito pode ser usado para melhorar a superfície funcionalização de materiais com uma área de superfície específica elevada.
Dispersão e redução de tamanho de nanomateriais
Nanomateriais, por exemplo, óxidos metálicos, nanoargilas ou Nanotubos de carbono tendem a ser aglomerados quando misturados em um líquido. Meios eficazes de desaglomeração e Dispersão são necessários para superar as forças de ligação após umedecer o pó. A quebra ultrassônica das estruturas aglomeradas em suspensões aquosas e não aquosas permite utilizar todo o potencial dos materiais nanométricos. Investigações em várias dispersões de aglomerados nanoparticulados com um teor de sólidos variável demonstraram a vantagem considerável do ultrassom quando comparado com outras tecnologias, como misturadores de estator de rotor (por exemplo, ultra turrax), homogeneizadores de pistão ou métodos de moagem úmida, por exemplo, moinhos de esferas ou moinhos coloidais. Os sistemas ultrassônicos Hielscher podem ser executados em concentrações de sólidos bastante altas. Por exemplo, para Sílica A taxa de quebra foi considerada independente do concentração de sólidos de até 50% por peso. O ultrassom pode ser aplicado para a dispersão de masterbatches de alta concentração - processamento de líquidos de baixa e alta viscosidade. Isso torna o ultrassom uma boa solução de processamento para tintas e revestimentos, com base em diferentes meios, como água, resina ou óleo.
Homogeneizador ultrassônico UP400St para nanodispersões
cavitação ultrassônica
A dispersão e a desaglomeração por ultrassom são resultado da cavitação ultrassônica. Ao expor líquidos ao ultrassom, as ondas sonoras que se propagam no líquido resultam em ciclos alternados de alta e baixa pressão. Isso aplica estresse mecânico nas forças de atração entre as partículas individuais. cavitação ultrassônica em líquidos causa jatos de líquido de alta velocidade de até 1000 km/h (aprox. 600 mph). Esses jatos pressionam o líquido em alta pressão entre as partículas e as separam umas das outras. Partículas menores são aceleradas com os jatos de líquido e colidem em altas velocidades. Isso torna o ultrassom um meio eficaz para a dispersão, mas também para o moagem de partículas de tamanho mícron e submícron.
Síntese de Partículas Assistida por Ultrassom / Precipitação
As nanopartículas podem ser geradas de baixo para cima por síntese ou precipitação. A sonoquímica é uma das primeiras técnicas usadas para preparar compostos nanométricos. Suslick em seu trabalho original, sonicado Fe (CO)5 como um líquido puro ou em uma solução de deaclin e obteve nanopartículas de ferro amorfo de tamanho de 10-20 nm. Geralmente, uma mistura supersaturada começa a formar partículas sólidas a partir de um material altamente concentrado. A ultrassonografia melhora a mistura dos pré-cursores e aumenta a transferência de massa na superfície da partícula. Isso leva a um tamanho de partícula menor e maior uniformidade.
UIP2000hdT, um potente ultrassônico de 2kW para dispersar SWCNTs.
Funcionalização de superfície usando ultrassom
Muitos nanomateriais, como óxidos metálicos, tinta para jato de tinta e pigmentos de toner ou cargas para desempenho Revestimentos, requerem funcionalização de superfície. Para funcionalizar a superfície completa de cada partícula individual, é necessário um bom método de dispersão. Quando dispersas, as partículas são normalmente cercadas por uma camada limite de moléculas atraídas para a superfície da partícula. Para que novos grupos funcionais cheguem à superfície da partícula, essa camada limite precisa ser quebrada ou removida. Os jatos de líquido resultantes da cavitação ultrassônica podem atingir velocidades de até 1000 km/h. Esse estresse ajuda a superar as forças de atração e transporta as moléculas funcionais para a superfície da partícula. Em Sonoquímica, este efeito é usado para melhorar o desempenho de catalisadores dispersos.
Ultrassom antes da medição do tamanho das partículas
A ultrassonografia de amostras melhora a precisão do tamanho das partículas ou da medição da morfologia. O novo SonoStep combina ultrassom, agitação e bombeamento de amostras em um design compacto. É fácil de operar e pode ser usado para fornecer amostras sonicadas a dispositivos analíticos, como analisadores de tamanho de partículas. A sonicação intensa ajuda a dispersar as partículas aglomeradas, levando a resultados mais consistentes.Clique aqui para ler mais!
Processamento ultrassônico para laboratório e escala de produção
Processadores ultrassônicos e células de fluxo para desaglomeração e dispersão estão disponíveis para Laboratório e produção nível. Os sistemas industriais podem ser facilmente adaptados para trabalhar em linha. Para a pesquisa e desenvolvimento de processos, recomendamos o uso do UIP1000hd (1.000 watts).
A Hielscher oferece uma ampla gama de dispositivos ultrassônicos e acessórios para a dispersão eficiente de nanomateriais, por exemplo, em tintas, tintas e revestimentos.
- Dispositivos de laboratório compactos de até 400 watts de potência.
Esses dispositivos são usados principalmente para preparação de amostras ou estudos iniciais de viabilidade e estão disponíveis para aluguel. - 500 e 1,000 e 2,000 watts processadores ultrassônicos como o Conjunto UIP1000hd com célula de fluxo e vários chifres e sonotrodos de reforço pode processar fluxos de volume maiores.
Dispositivos como este são utilizados na otimização dos parâmetros (como: amplitude, pressão operacional, vazão etc.) em escala de bancada ou planta piloto. - Processadores ultrassônicos de 2kW, 4kW, 10kW e 16kW e clusters maiores de várias dessas unidades podem processar fluxos de volume de produção em quase qualquer nível.
Equipamentos de bancada estão disponíveis para aluguel em boas condições para executar testes de processo. Os resultados de tais testes podem ser dimensionados linearmente para o nível de produção – reduzindo o risco e os custos envolvidos no desenvolvimento do processo. Teremos o maior prazer em ajudá-lo online, por telefone ou pessoalmente. Por favor, encontre Nossos endereços aquiou use o formulário abaixo.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
| Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
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Nanomateriais – Informações de Apoio
Os nanomateriais são materiais com menos de 100 nm de tamanho. Eles estão progredindo rapidamente para as formulações de tintas, tintas e revestimentos. Os nanomateriais se enquadram em três grandes categorias: óxidos metálicos, nanoargilas e Nanotubos de carbono. As nanopartículas de óxido metálico incluem óxido de zinco em nanoescala, óxido de titânio, óxido de ferro, óxido de cério e óxido de zircônio, bem como compostos de metais mistos, como óxido de índio-estanho e zircônio e titânio, bem como compostos de metais mistos, como óxido de índio-estanho. Esta pequena matéria tem impacto em muitas disciplinas, como a física, a física, a Química e biologia. Em tintas e revestimentos, os nanomateriais atendem às necessidades decorativas (por exemplo, cor e brilho), fins funcionais (por exemplo, condutividade, inativação microbiana) e melhoram a proteção (por exemplo, resistência a arranhões, estabilidade UV) de tintas e revestimentos. Em particular, óxidos metálicos de tamanho nanométrico, como TiO2 e ZnO ou alumina, céria e Sílica e pigmentos de tamanho nanométrico encontram aplicação em novas formulações de tintas e revestimentos.
Quando a matéria é reduzida em tamanho, ela muda suas características, como cor e interação com outra matéria, como reatividade química. A mudança nas características é causada pela mudança das propriedades eletrônicas. Pelo redução do tamanho das partículas, a área de superfície do material é aumentada. Devido a isso, uma porcentagem maior dos átomos pode interagir com outra matéria, por exemplo, com a matriz de resinas.
A atividade de superfície é um aspecto fundamental dos nanomateriais. A aglomeração e a agregação bloqueiam a área de superfície do contato com outras matérias. Somente partículas bem dispersas ou dispersas permitem utilizar todo o potencial benéfico da matéria. Como resultado, uma boa dispersão reduz a quantidade de nanomateriais necessários para obter os mesmos efeitos. Como a maioria dos nanomateriais ainda é bastante cara, esse aspecto é de grande importância para a comercialização de formulações de produtos contendo nanomateriais. Hoje, muitos nanomateriais são produzidos em um processo seco. Como resultado, as partículas precisam ser misturadas em formulações líquidas. É aqui que a maioria das nanopartículas forma aglomerados durante o umedecimento. Especialmente Nanotubos de carbono são muito coesos, dificultando a dispersão em líquidos, como água, etanol, óleo, polímero ou resina epóxi. Dispositivos de processamento convencionais, por exemplo, misturadores de alto cisalhamento ou rotor-estator, homogeneizadores de alta pressão ou moinhos de colóides e discos não conseguem separar as nanopartículas em partículas discretas. Em particular para pequenas matérias de vários nanômetros a alguns mícrons, a cavitação ultrassônica é muito eficaz na quebra de aglomerados, agregados e até primários. Quando o ultrassom está sendo usado para o moagem de lotes de alta concentração, os jatos de líquido resultantes da cavitação ultrassônica fazem com que as partículas colidam umas com as outras a velocidades de até 1000 km/h. Isso quebra as forças de van der Waals em aglomerados e até partículas primárias.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratorial, piloto e industrial.