Dispersia cu ultrasunete de siliciu (SiO2)
Siliciu, de asemenea, cunoscut sub numele de SiO2, nano-siliciu sau micro-siliciu este utilizat în pasta de dinti, ciment, cauciuc sintetic, polimer de înaltă performanță sau în produsele alimentare ca un agent de îngroșare, adsorbant, agent anti-caking, sau transportator pentru parfumuri și arome. Mai jos veți afla mai multe despre utilizările nanosilica și microsilica și modul în care efectele sonomechanical de ultrasunete pot îmbunătăți eficiența procesului și performanța produsului final prin efectuarea unor suspensii de siliciu mai bine sau sinteza îmbunătățită a nanoparticulelor de siliciu.
Dispersia silice / Suspensie de siliciu / Nano silice (SiO2)
Siliciul este disponibil într-o gamă largă de forme hidrofile și hidrofobe și are o dimensiune extrem de fină a particulelor de câțiva micrometri până la câțiva nanometri. De obicei, siliciul nu este bine dispersat după umezire. De asemenea, se adaugă o mulțime de microbule la formularea produsului. Ultrasonicare este o tehnologie eficientă de proces pentru a dispersa micro-siliciu și nano-siliciu și elimina gazul dizolvat și micro-bule din formulare.
Caution: Video "duration" is missing
Pentru multe aplicații de silice nano-size sau micro-size, o dispersie bună și uniformă este foarte importantă. Adesea, este necesară o suspensie de siliciu monodispersat, de exemplu pentru măsurarea dimensiunii particulelor. În special pentru utilizarea în cerneluri sau acoperiri și polimeri pentru a îmbunătăți rezistența la zgârieturi, particulele de silice trebuie să fie suficient de mici pentru a nu interfera cu lumina vizibilă pentru a evita ceața și pentru a menține transparența. Pentru cele mai multe acoperiri particule de siliciu trebuie să fie mai mici de 40nm pentru a îndeplini această cerință. Pentru alte aplicații, aglomerarea particulelor de siliciu împiedică fiecare particulă de silice individuală să interacționeze cu mediile înconjurătoare.
Omogenizatoare cu ultrasunete sunt mai eficiente în dispersarea silice decât alte metode de amestecare de înaltă forfecare, ar fi mixere rotative sau agitatoare rezervor. Imaginea de mai jos arată un rezultat tipic de dispersare cu ultrasunete de siliciu fumat în apă.
Dispersia cu ultrasunete de silice fumat în apă
Procesarea Eficiența în reducerea dimensiunii de silice
Dispersia cu ultrasunete a nano-siliciului este superioară altor metode de amestecare cu forfecare ridicată, ar fi un IKA Ultra-Turrax. Ultrasonics produce suspensii de o dimensiune mai mică a particulelor de siliciu și ultrasonication este tehnologia mai eficientă din punct de vedere energetic. Pohl și Schubert au comparat reducerea dimensiunii particulelor aerosil 90 (2%wt) în apă folosind un Ultra-Turrax (rotor-stator-sistem) cu cea a unui Hielscher UIP1000hd (dispozitiv cu ultrasunete 1kW). Graficul de mai jos arată rezultatele superioare ale procesului cu ultrasunete. Ca urmare a studiului său Pohl a concluzionat, că "La constant specifice de energie EV ultrasunete este mai eficient decât rotor-stator-sistem." Eficiența energetică și uniformitatea dimensiunii particulelor de silice sunt de cea mai mare importanță în procesele de producție, unde costurile de producție, capacitatea de proces și calitatea produsului contează.
Configurare experimentală cu ultrasonicator UP400S pentru deaglomerarea nanosilica.
Studiu și grafică: Vikash, 2020.
Ultrasonics vs Ultra-turrax pentru dispersia de siliciu
Imaginile de mai jos arată rezultatele pe care Pohl obținute prin sonicare a granulelor de spray de siliciu congela. (Click la imagini pentru a mări!)
Ce este silice (SiO2, dioxid de siliciu)?
Siliciul este un compus chimic compus din siliciu și oxigen cu formula chimică SiO2 sau dioxid de siliciu. Există multe forme diferite de siliciu, ar fi cuarț topit, silice fumat, gel de siliciu, și aerogeluri. Siliciul există ca un compus din mai multe minerale și ca produs sintetic. Siliciul este cel mai frecvent întâlnite în natură ca cuarț și în diferite organisme vii. Dioxidul de siliciu se obține prin minerit și purificarea cuarțului. Cele trei forme principale de silice amorfă sunt siliciul pirogenic, siliciul precipitat și gelul de silice.
Silice fumată / Silice pirogenică
Arderea tetraclorurii de siliciu (SiCl4) într-o flacără de hidrogen bogată în oxigen produce un fum de SiO2 – silice fumată. Alternativ, vaporizarea nisipului de cuarț într-un arc electric de 3000 °C, produce și silice fumată. În ambele procese, picăturile microscopice rezultate de silice amorfă fuzionează în particule secundare ramificate, în lanț, tridimensionale. Aceste particule secundare se aglomerează apoi într-o pulbere albă cu densitate în vrac extrem de scăzută și o suprafață foarte mare. Dimensiunea particulelor primare ale silicei fumate neporoase este cuprinsă între 5 și 50 nm. Silicea fumată are un efect foarte puternic de îngroșare. Prin urmare, siliciul fumat este utilizat ca umplutură în elastomer silicon și ajustarea vâscozitate în vopsele, acoperiri, adezivi, cerneluri de imprimare sau rășini poliester nesaturate. Silice fumed pot fi tratate pentru a face hidrofobe sau hidrofile, fie pentru aplicații organice lichide sau apoase. Siliciul hidrofob este o componentă eficientă a defoamerului (agent antispumant).
Click aici, pentru a citi despre degazare cu ultrasunete și despumare.
Fumed Silice CAS numărul 112945-52-5
Silice Fum / Microsilica
Fum de siliciu este un ultra-fin, nano-pulbere de dimensiuni, de asemenea, cunoscut sub numele de micro-siliciu. Fum de siliciu nu trebuie confundat cu silice fumată. Procesul de producție, morfologia particulelor și câmpurile de aplicare a fumului de silice sunt toate diferite de cele ale silicei fumate. Fum de siliciu este o formă amorfă, non-cristalină, polimorfă de SiO2. Fum de silice este format din particule sferice cu un diametru mediu al particulelor de 150 nm. Cea mai proeminentă aplicare a fumului de silice este ca material pozzolanic pentru beton de înaltă performanță. Acesta este adăugat la ciment Portland beton pentru a îmbunătăți proprietățile de beton, ar fi puterea de compresie, puterea de legătură, și rezistență la abraziune. Dincolo de aceasta, fum de siliciu reduce permeabilitatea betonului la ioni de clorură. Acest lucru protejează oțelul de armare din beton de coroziune.
Pentru a afla mai multe despre amestecarea cu ultrasunete de ciment și fum de siliciu, vă rugăm să faceți clic aici!
Număr CAS de fum de silice: 69012-64-2, Număr silice Fume EINECS: 273-761-1
Siliciu precipitat
Siliciul precipitat este o formă amorfă sintetică pudră albă de SiO2. Siliciul precipitat este utilizat ca umplutură, înmuiere sau îmbunătățirea performanței în materiale plastice sau cauciuc, de exemplu anvelope. Alte utilizări includ de curățare, îngroșare sau lustruire agent în paste de dinti.
Pentru a afla mai multe despre amestecarea cu ultrasunete în fabricarea pastei de dinti, vă rugăm să faceți clic aici!
Particulele primare de silice fumată au un diametru cuprins între 5 și 100 nm, în timp ce dimensiunea aglomerată este de până la 40 μm, dimensiunea medie a porilor este mai mare de 30 nm. La fel ca siliciul pirogenic, siliciul precipitat nu este, în esență, microporos.
Siliciul fumat este produs prin precipitarea dintr-o soluție care conține săruri de silicat. După o reacție a unei soluții de silicat neutru cu un acid mineral, soluțiile de acid sulfuric și silicat de sodiu se adaugă simultan cu agitație, ar fi agitația cu ultrasunete, în apă. Precipitate de siliciu în condiții acide. Pe lângă factori, ar fi durata precipitațiilor, rata de adăugare a reactanților, temperatura și concentrația și pH-ul, metoda și intensitatea agitației pot varia proprietățile silicei. Agitația sonomechanicală într-o cameră de reactor cu ultrasunete este o metodă eficientă pentru a produce o dimensiune consistentă și uniformă a particulelor. Agitația cu ultrasunete la temperaturi ridicate evită formarea unui stadiu de gel.
Pentru mai multe informații despre precipitarea asistată cu ultrasunete a nanomaterialelor, ar fi siliciul precipitat, vă rugăm să faceți clic aici!
Număr cas de siliciu precipitat: 7631-86-9
Siliciu coloidal / Coloid de silice
Siliciul coloidal este o suspensie de particule fine neporoase, amorfe, în mare parte sferice de siliciu într-o fază lichidă.
Cele mai frecvente utilizări ale coloizilor de silice sunt ca ajutor de drenaj în fabricarea hârtiei, abrazive pentru lustruire plachete de siliciu, catalizator în procesele chimice, absorbant de umiditate, aditiv la acoperiri rezistente la abraziune, sau agent tensioactiv pentru floccularea, coagularea, dispersarea sau stabilizarea.
Pentru a afla mai multe despre siliciu coloidal în acoperiri polimerice rezistente la abraziune, vă rugăm să faceți clic aici!
Producția de siliciu coloidal este un proces în mai multe etape. Neutralizarea parțială a unei soluții alcaline de silicat duce la formarea de nuclee de silice. Subunitățile particulelor coloidale de siliciu sunt de obicei cuprinse între 1 și 5 nm. În funcție de condițiile de polimerizare, aceste subunități pot fi unite. Prin reducerea pH-ului sub 7 sau prin adăugarea de sare unitățile tind să fuzioneze împreună în lanțuri, care sunt adesea numite geluri de siliciu. Altfel, subunitățile rămân separate și cresc treptat. Produsele rezultate sunt adesea numite soluri de siliciu sau silice precipitate. O suspensie coloidală de siliciu este stabilizată prin reglarea pH-ului și apoi concentrată, de exemplu prin evaporare.
Pentru a afla mai multe despre efectele sonomechanicale în procesele sol-gel, vă rugăm să faceți clic aici!
Riscul pentru sănătatea silicelor
Dioxidul de silicon cristalin uscat sau aeropurtat este cancerigen pulmonar uman, care poate provoca boli pulmonare grave, cancer pulmonar sau boli autoimune sistemice. Când praful de siliciu este inhalat și intră în plămâni provoacă formarea țesutului cicatricial și reduce capacitatea plămânilor de a lua oxigen (Silicosis). Umezirea și dispersia SiO2 într-o fază lichidă, de exemplu prin omogenizare cu ultrasunete, elimină riscul de inhalare. Prin urmare, riscul ca un produs lichid care conține SiO2 să provoace Silicoza este foarte scăzut. Vă rugăm să folosiți echipament adecvat de protecție personală atunci când manipulați silice sub formă de pulbere uscată!