Dispersão ultra-sónica de nanomateriais (nanopartículas)
Os nanomateriais tornaram-se um componente integral de produtos tão diversos como materiais de alto desempenho, protectores solares, revestimentos de alto desempenho ou compósitos plásticos. A cavitação ultra-sónica é utilizada para dispersar partículas de tamanho nanométrico em líquidos, tais como água, óleo, solventes ou resinas.
Dispersão ultra-sónica de nanopartículas
A aplicação de Dispersão ultra-sónica de nanopartículas tem efeitos múltiplos. O mais óbvio é o dispersão de materiais em líquidos para quebrar os aglomerados de partículas. Outro processo é a aplicação de ultra-sons durante síntese ou precipitação de partículas. Geralmente, isto conduz a partículas mais pequenas e a uma maior uniformidade de tamanho. Cavitação ultra-sónica melhora também a transferência de material nas superfícies das partículas. Este efeito pode ser utilizado para melhorar a superfície Funcionalização de materiais com uma área superficial específica elevada.
Dispersão e redução de tamanho de nanomateriais
Nanomateriais, por exemplo, óxidos metálicos, nanoargilas ou Nanotubos de carbono tendem a aglomerar-se quando misturados num líquido. Meios eficazes de desaglomeração e Dispersão são necessários para ultrapassar as forças de ligação após a humidificação do pó. A quebra ultra-sónica das estruturas de aglomerados em suspensões aquosas e não aquosas permite utilizar todo o potencial dos materiais nanométricos. Investigações em várias dispersões de aglomerados nanoparticulados com um conteúdo sólido variável demonstraram a vantagem considerável de ultrassom quando comparado com outras tecnologias, tais como misturadores de estator de rotor (por exemplo, ultra turrax), homogeneizadores de pistão, ou métodos de moagem molhada, por exemplo, moinhos de esferas ou moinhos coloidais. Os sistemas ultra-sónicos Hielscher podem ser executados em concentrações de sólidos bastante elevadas. Por exemplo, para Sílica a taxa de rutura foi considerada independente da concentração de sólidos até 50% por peso. Os ultra-sons podem ser aplicados para a dispersão de master-batches de alta concentração - processando líquidos de baixa e alta viscosidade. Isto torna os ultra-sons uma boa solução de processamento para tintas e revestimentos, com base em diferentes meios, tais como água, resina ou óleo.
Homogeneizador ultrassónico UP400ST para nano-dispersões
Cavitação ultra-sónica
A dispersão e a desaglomeração por ultra-sons são o resultado da cavitação ultra-sónica. Quando se expõem líquidos a ultra-sons, as ondas sonoras que se propagam no líquido resultam em ciclos alternados de alta pressão e baixa pressão. Isto aplica uma tensão mecânica sobre as forças de atração entre as partículas individuais. Cavitação ultra-sónica em líquidos provoca jactos de líquido de alta velocidade até 1000km/hr (aprox. 600mph). Estes jactos pressionam o líquido a alta pressão entre as partículas e separam-nas umas das outras. As partículas mais pequenas são aceleradas com os jactos de líquido e colidem a alta velocidade. Isto faz com que os ultra-sons sejam um meio eficaz para a dispersão, mas também para a Fresagem de partículas de tamanho mícron e sub-mícron.
Síntese de partículas assistida por ultra-sons / Precipitação
As nanopartículas podem ser geradas de baixo para cima por síntese ou precipitação. A sonoquímica é uma das primeiras técnicas utilizadas para preparar compostos nanométricos. Suslick, no seu trabalho original, sonicou Fe(CO)5 quer como líquido puro quer numa solução deaclínica e obteve nanopartículas de ferro amorfo com 10-20nm de tamanho. Geralmente, uma mistura supersaturada começa a formar partículas sólidas a partir de um material altamente concentrado. Ultrasonication melhora a mistura dos pré-cursores e aumenta a transferência de massa na superfície da partícula. Isto leva a um tamanho de partícula menor e maior uniformidade.
UIP2000hdTum potente ultrassonicador de 2 kW para dispersar os SWCNT.
Funcionalização de superfícies utilizando ultra-sons
Muitos nanomateriais, como os óxidos metálicos, tinta de jato de tinta pigmentos de toner e de tinta, ou cargas para desempenho revestimentosrequerem a funcionalização da superfície. Para funcionalizar a superfície completa de cada partícula individual, é necessário um bom método de dispersão. Quando dispersas, as partículas são normalmente rodeadas por uma camada limite de moléculas atraídas para a superfície da partícula. Para que novos grupos funcionais cheguem à superfície das partículas, esta camada limite precisa de ser quebrada ou removida. Os jactos de líquido resultantes da cavitação ultra-sónica podem atingir velocidades de até 1000km/h. Esta tensão ajuda a ultrapassar as forças de atração e transporta as moléculas funcionais para a superfície da partícula. Em SonoquímicaEste efeito é utilizado para melhorar o desempenho dos catalisadores dispersos.
Ultra-sons antes da medição do tamanho das partículas
A ultrassonografia de amostras melhora a precisão da medição do tamanho das partículas ou da morfologia. O novo SonoStep combina ultra-sons, agitação e bombagem de amostras num design compacto. É fácil de operar e pode ser utilizado para fornecer amostras sonicadas a dispositivos analíticos, tais como analisadores de tamanho de partículas. A intensa sonicação ajuda a dispersar as partículas aglomeradas, conduzindo a resultados mais consistentes.Clique aqui para ler mais!
Processamento ultrassónico para laboratório e escala de produção
Os processadores ultra-sónicos e as 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 investigação e desenvolvimento de processos, recomendamos a utilização do UIP1000hd (1.000 watts).
A Hielscher oferece uma vasta gama de dispositivos ultra-sónicos e acessórios para a dispersão eficiente de nanomateriais, por exemplo, em tintas, tintas de impressão e revestimentos.
- Aparelhos de laboratório compactos de até 400 watts de potência.
Estes dispositivos são utilizados principalmente para a preparação de amostras ou estudos iniciais de viabilidade e estão disponíveis para aluguer. - 500 e 1,000 e 2,000 watts processadores ultra-sónicos como o Conjunto UIP1000hd com célula de fluxo e várias cornetas de reforço e sonotrodos pode processar fluxos de maior volume.
Dispositivos como este são utilizados na otimização dos parâmetros (tais como: amplitude, pressão operacional, caudal, etc.) à escala de bancada ou à escala de uma fábrica piloto. - Processadores ultra-sónicos de 2kW, 4kW, 10kW e 16kW e os agrupamentos maiores de várias unidades deste tipo podem processar fluxos de volume de produção a quase todos os níveis.
O equipamento de bancada está disponível para aluguer em boas condições para a realização de ensaios de processos. Os resultados desses ensaios podem ser escalonados linearmente para o nível de produção - reduzindo o risco e os custos envolvidos no desenvolvimento do processo. Teremos todo o gosto em ajudá-lo online, por telefone ou pessoalmente. Por favor, procure os nossos endereços aquiou utilize o formulário abaixo.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | 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.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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Nanomateriais – Informações de base
Os nanomateriais são materiais com menos de 100nm de tamanho. Estão a progredir rapidamente nas formulações de tintas, tintas de impressão e revestimentos. Os nanomateriais dividem-se em três grandes categorias: óxidos metálicos, nanocamadas e Nanotubos de carbono. As nanopartículas de óxidos metálicos incluem óxido de zinco, óxido de titânio, óxido de ferro, óxido de cério e óxido de zircónio em nanoescala, bem como compostos de metais mistos, como o óxido de índio-estanho e zircónio e titânio, bem como compostos de metais mistos, como o óxido de índio-estanho. Esta pequena matéria tem um impacto em muitas disciplinas, como a física, Química e biologia. Em tintas e revestimentos, os nanomateriais satisfazem necessidades decorativas (por exemplo, cor e brilho), fins funcionais (por exemplo, condutividade, inativação microbiana) e melhoram a proteção (por exemplo, resistência a riscos, estabilidade UV) de tintas e revestimentos. Em particular, os óxidos metálicos nanométricos, como TiO2 e ZnO ou Alumina, Céria e Sílica e os pigmentos de tamanho nano encontram aplicação em novas formulações de tintas e revestimentos.
Quando a matéria é reduzida em tamanho, altera as suas caraterísticas, como a cor e a interação com outras matérias, como a reatividade química. A alteração das caraterísticas é causada pela alteração das propriedades electrónicas. Pela Redução do tamanho das partículasA área de superfície do material é aumentada. Devido a este facto, uma maior percentagem de átomos pode interagir com outras matérias, por exemplo, com a matriz de resinas.
A atividade da superfície é um aspeto fundamental dos nanomateriais. A aglomeração e a agregação bloqueiam a área de superfície do contacto com outras matérias. Apenas partículas bem dispersas ou monodispersas permitem utilizar todo o potencial benéfico da matéria. Em resultado, uma boa dispersão reduz a quantidade de nanomateriais necessária para obter os mesmos efeitos. Como a maioria dos nanomateriais ainda é bastante cara, este aspeto é de grande importância para a comercialização de formulações de produtos contendo nanomateriais. Atualmente, muitos nanomateriais são produzidos num processo seco. Como resultado, as partículas precisam de ser misturadas em formulações líquidas. É aqui que a maioria das nanopartículas formam aglomerados durante a humidificação. Especialmente Nanotubos de carbono são muito coesas, o que dificulta a sua dispersão em líquidos, como água, etanol, óleo, polímero ou resina epóxida. Os dispositivos de processamento convencionais, por exemplo, misturadores de alto cisalhamento ou rotor-estator, homogeneizadores de alta pressão ou moinhos de coloides e de discos, não conseguem separar as nanopartículas em partículas discretas. Em especial no caso de partículas pequenas, de vários nanómetros a alguns microns, a cavitação ultra-sónica é muito eficaz na quebra de aglomerados, agregados e mesmo de primários. Quando os ultra-sons são utilizados para a Fresagem de lotes de elevada concentração, os jactos de líquido resultantes da cavitação ultra-sónica fazem com que as partículas colidam umas com as outras a velocidades até 1000km/h. Isto quebra as forças de van der Waals nos aglomerados e mesmo nas partículas primárias.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração à escala laboratorial, piloto e industrial.