Dispersia cu ultrasunete a nanomaterialelor (nanoparticule)
Nanomaterialele au devenit o componentă integrantă a unor produse diverse, cum ar fi materialele de înaltă performanță, produsele de protecție solară, acoperirile performante sau materialele compozite din plastic. Cavitația cu ultrasunete este utilizată pentru a dispersa particule de dimensiuni nano în lichide, ar fi apă, ulei, solvenți sau rășini.
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor
Cu privire la aplicarea Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor are efecte multiple. Cel mai evident este Dispersarea materialelor în lichide pentru a sparge aglomeratele de particule. Un alt proces este aplicarea ultrasunetelor în timpul sinteza particulelor sau precipitarea. În general, acest lucru duce la particule mai mici și la o uniformitate crescută a dimensiunii. Cavitație cu ultrasunete îmbunătățește transferul de material și la suprafețele particulelor. Acest efect poate fi utilizat pentru a îmbunătăți suprafața funcționalizare din materiale cu o suprafață specifică ridicată.
Dispersia și reducerea dimensiunii nanomaterialelor
Nanomateriale, de exemplu oxizi metalici, nanoargile sau Nanotuburi de carbon tind să fie aglomerate atunci când sunt amestecate într-un lichid. Mijloace eficiente de deaglomerare și Dispersarea sunt necesare pentru a depăși forțele de lipire după umezirea pulberii. Defalcarea cu ultrasunete a structurilor aglomerate în suspensii apoase și non-apoase permite utilizarea întregului potențial al materialelor nanodimensionale. Investigațiile efectuate la diferite dispersii ale aglomeratelor de nanoparticule cu un conținut variabil de substanțe solide au demonstrat avantajul considerabil al ultrasunetelor în comparație cu alte tehnologii, cum ar fi mixerele cu stator rotor (de exemplu, ultra turrax), omogenizatoarele cu piston sau metodele de măcinare umedă, de exemplu morile de mărgele sau morile de coloid. Hielscher sisteme cu ultrasunete pot fi rulate la concentrații destul de ridicate solide. De exemplu pentru Siliciu s-a constatat că rata de rupere este independentă de concentrație solidă de până la 50% în greutate. Ultrasunetele pot fi aplicate pentru dispersarea master-batch-urilor de concentrație ridicată - prelucrarea lichidelor cu vâscozitate scăzută și ridicată. Acest lucru face ca ultrasunetele să fie o soluție bună de prelucrare pentru vopsele și acoperiri, pe bază de medii diferite, cum ar fi apa, rășina sau uleiul.
Omogenizator cu ultrasunete UP400St pentru nanodispersii
Cavitație cu ultrasunete
Dispersia și dezaglomerarea prin ultrasonication sunt rezultatul cavitației cu ultrasunete. La expunerea lichidelor la ultrasunete, undele sonore care se propagă în lichid au ca rezultat cicluri alternative de înaltă presiune și joasă presiune. Aceasta aplică stres mecanic asupra forțelor de atracție dintre particulele individuale. Cavitație cu ultrasunete În lichide provoacă jeturi lichide de mare viteză de până la 1000 km / oră (aproximativ 600 mph). Astfel de jeturi presează lichidul la presiune ridicată între particule și le separă unul de celălalt. Particulele mai mici sunt accelerate cu jeturile lichide și se ciocnesc la viteze mari. Acest lucru face ca ultrasunetele să fie un mijloc eficient pentru dispersare, dar și pentru Frezare de particule de dimensiuni micronice și submicronice.
Ultrasonically asistate sinteza particulelor / precipitații
Nanoparticulele pot fi generate de jos în sus prin sinteză sau precipitare. Sonochimia este una dintre cele mai vechi tehnici utilizate pentru prepararea compușilor de dimensiuni nanometrice. Suslick în lucrarea sa originală, sonicated Fe (CO)5 Fie sub formă lichidă curată, fie într-o soluție Deaclin și obținut nanoparticule amorfe de fier de dimensiune 10-20nm. În general, un amestec suprasaturat începe să formeze particule solide dintr-un material foarte concentrat. Ultrasonication îmbunătățește amestecarea precursoarelor și crește transferul de masă la suprafața particulelor. Acest lucru duce la o dimensiune mai mică a particulelor și la o uniformitate mai mare.
UIP2000hdT, un ultrasonicator puternic de 2kW pentru a dispersa SWCNT-urile.
Funcționalizarea suprafeței folosind ultrasunete
Multe nanomateriale, cum ar fi oxizii metalici, cerneală cu jet de cerneală și pigmenți de toner sau umpluturi pentru performanță Acoperiri, necesită funcționalizarea suprafeței. Pentru a funcționaliza suprafața completă a fiecărei particule individuale, este necesară o bună metodă de dispersie. Când sunt dispersate, particulele sunt de obicei înconjurate de un strat limită de molecule atrase de suprafața particulelor. Pentru ca noi grupuri funcționale să ajungă la suprafața particulelor, acest strat limită trebuie să fie rupt sau îndepărtat. Jeturile lichide rezultate din cavitația cu ultrasunete pot atinge viteze de până la 1000 km / oră. Acest stres ajută la depășirea forțelor de atracție și transportă moleculele funcționale la suprafața particulelor. În Sonochimie, acest efect este utilizat pentru a îmbunătăți performanța catalizatorilor dispersați.
Ultrasonication înainte de măsurarea dimensiunii particulelor
Ultrasonication de probe îmbunătățește precizia dimensiunii particulelor sau măsurarea morfologiei. Noul SonoStep combină ultrasunetele, agitarea și pomparea probelor într-un design compact. Este ușor de operat și poate fi utilizat pentru a furniza probe sonicate la dispozitive analitice, cum ar fi analizoarele de dimensiune a particulelor. Sonicare intensă ajută la dispersarea particulelor aglomerate, ceea ce duce la rezultate mai consistente.Click aici pentru a citi mai multe!
Prelucrarea cu ultrasunete pentru laborator și scară de producție
Procesoare cu ultrasunete și celule de flux pentru dezaglomerare și dispersie sunt disponibile pentru Laborator și producție nivel. Sistemele industriale pot fi ușor modernizate pentru a funcționa în linie. Pentru cercetare și dezvoltarea proceselor vă recomandăm să utilizați UIP1000hd (1,000 wați).
Hielscher oferă o gamă largă de dispozitive cu ultrasunete și accesorii pentru dispersarea eficientă a nanomaterialelor, de exemplu în vopsele, cerneluri și acoperiri.
- Aparate de laborator compacte de până la 400 wați putere.
Aceste dispozitive sunt utilizate în principal pentru pregătirea probelor sau pentru studiile inițiale de fezabilitate și sunt disponibile pentru închiriere. - 500 și 1,000 și 2,000 wați procesoare cu ultrasunete ar fi UIP1000hd set cu celule de flux și diverse coarne de rapel și sonotrodes poate procesa fluxuri de volum mai mari.
Astfel de dispozitive sunt utilizate în optimizarea parametrilor (cum ar fi: amplitudinea, presiunea operațională, debitul etc.) la scară de banc-top sau instalație pilot. - Procesoare cu ultrasunete de 2kW, 4kW, 10kW și 16kW Și grupuri mai mari de mai multe astfel de unități pot procesa fluxuri de volum de producție la aproape orice nivel.
Echipamentele de banc top sunt disponibile pentru închiriere în condiții bune pentru a rula teste de proces. Rezultatele unor astfel de studii pot fi scalate liniar la nivel de producție – reducând riscul și costurile implicate în dezvoltarea procesului. Vom fi bucuroși să vă ajutăm online, telefonic sau personal. Vă rugăm să găsiți Adresele noastre aicisau utilizați formularul de mai jos.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Nanomateriale – Informații generale
Nanomaterialele sunt materiale cu dimensiuni mai mici de 100nm. Acestea progresează rapid în formulările de vopsele, cerneluri și acoperiri. Nanomaterialele se împart în trei mari categorii: oxizi metalici, nanoargile și Nanotuburi de carbon. Nanoparticulele de oxid de metal includ oxidul de zinc la scară nanometrică, oxidul de titan, oxidul de fier, oxidul de ceriu și oxidul de zirconiu, precum și compușii metalelor mixte, cum ar fi oxidul de indiu-staniu și zirconiul și titanul, precum și compușii metalelor mixte, cum ar fi oxidul de indiu-staniu. Această chestiune mică are un impact asupra multor discipline, cum ar fi fizica. Chimie și biologie. În vopsele și acoperiri, nanomaterialele îndeplinesc nevoi decorative (de exemplu, culoare și luciu), scopuri funcționale (de exemplu, conductivitate, inactivare microbiană) și îmbunătățesc protecția vopselelor și a acoperirilor (de exemplu, rezistența la zgârieturi, stabilitatea UV). În special oxizi metalici de dimensiuni nanometrice, cum ar fi TiO2 și ZnO sau alumina, ceria și Siliciu și pigmenții de dimensiuni nano își găsesc aplicații în noi formulări de vopsea și acoperire.
Când materia este redusă în dimensiune, își schimbă caracteristicile, cum ar fi culoarea și interacțiunea cu alte materii, cum ar fi reactivitatea chimică. Modificarea caracteristicilor este cauzată de schimbarea proprietăților electronice. Prin reducerea dimensiunii particulelor, suprafața materialului este mărită. Datorită acestui fapt, un procent mai mare de atomi pot interacționa cu alte materii, de exemplu cu matricea rășinilor.
Activitatea de suprafață este un aspect esențial al nanomaterialelor. Aglomerarea și agregarea blochează suprafața de contactul cu alte materii. Numai particulele bine dispersate sau cu o singură dispersie permit utilizarea întregului potențial benefic al materiei. Prin urmare, o bună dispersie reduce cantitatea de nanomateriale necesară pentru a obține aceleași efecte. Întrucât majoritatea nanomaterialelor sunt încă destul de scumpe, acest aspect este extrem de important pentru comercializarea formulelor produselor care conțin nanomateriale. În prezent, multe nanomateriale sunt produse printr-un proces uscat. Ca urmare, particulele trebuie amestecate în formulări lichide. Aici se formează majoritatea nanoparticulelor aglomerate în timpul umezirii. Mai ales Nanotuburi de carbon sunt foarte coezive, ceea ce face dificilă dispersarea lor în lichide, cum ar fi apă, etanol, ulei, polimer sau rășină epoxidică. Dispozitivele convenționale de prelucrare, de exemplu mixerele cu forfecare înaltă sau rotor-stator, omogenizatoarele de înaltă presiune sau morile de coloidaj și disc nu reușesc să separe nanoparticulele în particule discrete. În special pentru materia mică de la câțiva nanometri la câțiva microni, cavitația cu ultrasunete este foarte eficientă în ruperea aglomeratelor, agregatelor și chiar a primarilor. Când ultrasunetele sunt utilizate pentru Frezare Din loturile de concentrație ridicată, fluxurile de jeturi lichide rezultate din cavitația cu ultrasunete, fac ca particulele să se ciocnească între ele la viteze de până la 1000 km / h. Acest lucru rupe forțele van der Waals în aglomerate și chiar particule primare.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție pe laborator, pilot și scară industrială.