Диоксид кремния, также известный как SiO2, нанокремнезем или микрокремнезем, используется в зубной пасте, цементе, синтетическом каучуке, высокоэффективном полимере или в пищевых продуктах в качестве загустителя, адсорбента, агента, препятствующего слеживанию, или носителя для ароматизаторов и ароматизаторов. Ниже вы узнаете больше об использовании нанокремнезема и микрокремнезема, а также о том, как сономеханические эффекты ультразвука могут повысить эффективность процесса и производительность конечного продукта за счет создания более качественных суспензий кремнезема и облегчения синтеза наночастиц кремнезема.

Преимущества ультразвуковой дисперсии нанокремнезема (SiO2)

Силика доступна в широком диапазоне гидрофильных и гидрофобных форм и имеет чрезвычайно мелкие частицы размером в несколько микрометров до некоторых нанометров. Обычно кремнезем не очень хорошо рассеивается после смачивания. Он также добавить много microbubbles к рецептуре продукта. Ультразвук является эффективной технологией процесса для рассеивания микро-кремнезема и нано-кремнезема и удаления растворенного газа и микро-пузырьков из формулировки.

Ультразвуковая дисперсия - это метод, который использует высокоинтенсивные низкочастотные ультразвуковые волны для диспергирования и деагломерации частиц в жидкой среде. Когда дело доходит до дисперсии кремнезема и нанокремнезема, ультразвуковая дисперсия имеет несколько преимуществ:
 

Важность размера частиц кремнезема

Для многих применений наноразмерного или микроразмерного кремнезема очень важна хорошая и однородная дисперсия. Часто требуется моно-разгоняемая подвеска кремнезема, например, для измерения размера частиц. В частности, для использования в чернилах или покрытиях и полимерах для повышения устойчивости к царапинам частицы кремнезема должны быть достаточно маленькими, чтобы не мешать видимому свету, чтобы избежать дымки и поддерживать прозрачность. Для большинства покрытий частицы кремнезема должны быть меньше, чем 40nm для выполнения этого требования. Для других применений агломерация частиц кремнезема мешает каждой отдельной частице кремнезема взаимодействовать с окружающими средствами массовой информации.
Ультразвуковые гомогенизаторы более эффективны в рассеивании кремнезема, чем другие методы смешивания с высоким уровнем стрижки, такие как роторные смесители или танковые агитаторы. На рисунке ниже показан типичный результат ультразвукового рассеивания дымяного кремнезема в воде.

Ультразвуковая дисперсия fumed Silica в воде

Эффективность обработки при уменьшении размера диоксида кремния

Ультразвуковое рассеивание нано-кремнезема превосходит другие методы смешивания с высокими снопами, такие как IKA Ultra-Turrax. Ультразвук производит суспензии меньшего размера частиц кремнезема и ультразвук является более энергоэффективной технологией. Пол и Шуберт сравнили уменьшение размера частиц Aerosil 90 (2%wt) в воде с помощью Ultra-Turrax (ротор-статор-система) с ультразвуковым устройством Hielscher UIP1000hd (1 кВт). На рисунке ниже показаны превосходные результаты ультразвукового процесса. В результате своего исследования Пол пришел к выводу, что «при постоянной специфической энергии EV ультразвук более эффективен, чем ротор-статор-система». Энергетическая эффективность и однородность частиц кремнезема имеют первостепенное значение в производственных процессах, где производственные затраты, производственные мощности и качество продукции имеют значение.

Ультразвук против ультратурракса для дисперсии Silica

На рисунках ниже показаны результаты, которые Поль получил путем обработки ультразвуком лиофилизированных гранул кремнезема.

Слева: REM-снимки гранул кремнезема для замораживания распылением перед ультразвуковой деагломерацией
Справа: ПЭМ-снимки ультразвуковых дисперсных фрагментов кремнезема
Исследование и изображения: Pohl and Schubert, 2004)

Высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для высококачественных рецептур диоксида кремния

Hielscher Ultrasonics - немецкое семейное предприятие, специализирующееся на разработке, производстве и поставке высокоэффективных ультразвуковых гомогенизаторов для обработки жидкостей, суспензий и паст с твердой нагрузкой. Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher надежно обрабатывают суспензии кремнезема и другие нано-супенсы для получения любой желаемой спецификации. Даже составы продуктов, которые являются высокочувствительными, абразивными или очень вязкими, могут быть эффективно диспергированы и деагломерированы с использованием ультразвука. Наши передовые ультразвуковые аппараты чрезвычайно универсальны и предлагают сложные возможности периодического и поточного лечения. Надежно высокие стандарты качества и воспроизводимые результаты являются ключевыми характеристиками ультразвуковой дисперсии кремнезема.
Современные ультразвуковые аппараты промышленного класса Hielscher оснащены интеллектуальным и удобным меню, программируемыми настройками, автоматическим протоколированием данных на встроенной SD-карте, дистанционным управлением браузером и высокой надежностью.
Амплитуда является наиболее влиятельным параметром, когда речь идет об ультразвуковой обработке. Амплитуда относится к максимальному смещению или движению ультразвуковой волны от пика к пику. Для ультразвуковой диспергирования, деагломерации и мокрого измельчения часто требуются высокие амплитуды, чтобы приложить достаточную энергию для уменьшения размера частиц. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать исключительно высокие амплитуды. Амплитуды до 200 мкм могут легко непрерывно работать в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды.
От малого и среднего размера R&D и пилотные ультразвуковые аппараты для промышленных систем для коммерческого производства кремнезема в непрерывном режиме, Hielscher Ultrasonics имеет правильный ультразвуковой процессор для удовлетворения ваших требований к превосходной обработке кремнезема.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество Сделано в Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своим высочайшим качеством и стандартами дизайна. Надежность и простота в эксплуатации обеспечивают плавную интеграцию наших ультразвуковых аппаратов в промышленные объекты. Жесткие условия и требовательные условия легко обрабатываются ультразвуковыми аппаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, оснащенным самыми современными технологиями и удобством для пользователя. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Что такое кремнезем (SiO2, диоксид кремния)?

Силика является химическим соединением, состоящим из кремния и кислорода с химической формулой SiO2, или диоксидом кремния. Есть много различных форм кремнезема, таких как сплавленный кварц, дымчатый кремнезем, кремнезем гель, и аэрогели. Силика существует как соединение нескольких минералов и как синтетический продукт. Силика чаще всего встречается в природе, как кварц и в различных живых организмов. Диоксид кремния добываются путем добычи и очистки кварца. Три основные формы аморфного кремнезема являются пирогенный кремний, осажденный кремнезем и кремнезем гель.

Fumed Silica / Пирогенная силика

Сжигание тетрахлорида кремния (SiCl4) в богатом кислородом водородном пламени производит дым SiO2 – дымяной кремнезема. Кроме того, испарение кварцевого песка в электрической дуге 3000 градусов по Цельсию, производит дымящийся кремний, тоже. В обоих процессах полученные микроскопические капли аморфного кремнезема сливаются в разветвленные, цепные, трехмерные вторичные частицы. Эти вторичные частицы затем агломерат в белый порошок с крайне низкой плотностью навалом и очень высокой площади поверхности. Размер первичной частицы непрористого дымяного кремнезема составляет от 5 до 50 нм. Fumed кремнезем имеет очень сильный эффект утолщения. Таким образом, дымящийся кремний используется в качестве наполнителя в силиконовом еластомере и вязкости регулировки в красках, покрытиях, клеях, печатных чернилах или ненасыщенных полиэфирных смолах. Fumed Silica можно лечить, чтобы сделать его гидрофобным или гидрофильные либо для органических жидких или aqueous приложений. Гидрофобный кремнезем является эффективным компонентом дефоамера (анти-пенящийся агент).
Нажмите здесь, чтобы прочитать о ультразвуковой дегазации и дефоаминга.
Fumed Silica CAS номер 112945-52-5

Силика Фум / Микросилика

Кремнеземный дым является ультра-тонкий, нано-размер порошок также известен как микро-кремнезема. Паровой кремнезем не следует путать с дымом кремнезема. Производственный процесс, морфология частиц и поля применения кремнезема отличаются от процессов дымяного кремнезема. Дым кремнезема является аморфной, некристаллическим, полиморфной формой SiO2. Дым кремнезема состоит из сферических частиц со средним диаметром частицы 150 нм. Наиболее заметным применением кремнезема является поццоланик материал для высокой производительности бетона. Он добавляется в Портленд цементного бетона для улучшения бетонных свойств, как компрессионная прочность, прочность связи, и сопротивление ссадины. Кроме того, дым кремнезема снижает проницаемость бетона до ионов хлорида. Это защищает укрепляющую сталь бетона от коррозии.
Чтобы узнать больше об ультразвуковом смешивании цемента и кремнезема, пожалуйста, нажмите здесь!
Номер SILica Fume CAS: 69012-64-2, номер Silica Fume EINECS: 273-761-1

Осажденная кремния

Осажденный кремний является белой порошкообразной синтетической аморфной формой SiO2. Осажденный кремнезем используется в качестве наполнителя, смягчитель или улучшение производительности в пластмассах или резине, например, шины. Другие виды использования включают очистку, утолщение или полировки агента в зубных пастах.
Чтобы узнать больше об ультразвуковом смешивании в производстве зубной пасты, пожалуйста, нажмите здесь!
Первичные частицы дымяного кремнезема имеют диаметр от 5 до 100 нм, в то время как размер агломерат составляет до 40 мкм при среднем размере поры больше, чем 30 нм. Как и пирогенный кремнезем, осажденный кремний по существу не является микропористым.
Fumed Silica производится осадками из раствора, содержащего силикатные соли. После реакции нейтрального силикатного раствора с минеральной кислотой, серная кислота и силикатные растворы натрия добавляются одновременно с возбуждением, таким как ультразвуковое возбуждение, в воду. Силика осаждается в кислых условиях. Помимо таких факторов, как продолжительность осадков, скорость добавления реакционирующих, температура и концентрация, а также рН, метод и интенсивность возбуждения могут варьировать свойства кремнезема. Сономеханическое возбуждение в ультразвуковой реакторной камере является эффективным методом получения последовательного и равномерного размера частиц. Ультразвуковое возбуждение при повышенных температурах позволяет избежать образования гель-сцены.
Для получения дополнительной информации об ультрасонически вспомогательных осадков наноматериалов, таких как осажденный кремнезем, пожалуйста, нажмите здесь!
Осажденный номер CAS Silica: 7631-86-9

Коллоидная кремния / Силика Коллоид

Коллоидный кремний является суспензией мелких непористых, аморфных, в основном сферических частиц кремнезема в жидкой фазе.
Наиболее распространенные виды использования кремнезема коллоиды, как дренажная помощь в бумагоделии, абразивные для кремниевой вафельной полировки, катализатор в химических процессах, абсорбирующий влаги, добавка к абстиентных покрытий абразивной ссадины, или сурфактант для flocculating, коагуляции, дисперсии или стабилизации.
Чтобы узнать больше о коллоидном кремнеземе в резисторных полимерных покрытиях ссадины, пожалуйста, нажмите здесь!

Производство коллоидного кремнезема является многоступенчатым процессом. Частичная нейтрализация щелочно-силикатного раствора приводит к образованию ядер кремнезема. Субъединицы коллоидных частиц кремнезема, как правило, находятся в диапазоне от 1 до 5 нм. В зависимости от условий полимеризации эти подразделения могут быть объединены. Путем уменьшения pH под 7 или добавлением соли блоки клонат сплавить совместно в цепях, которые часто вызваны гелями кремнезема. В остальном, подразделения остаются разделенными и растут постепенно. Полученные продукты часто называют кремнеземом sols или осажденным кремнеземом. Коллоидная силосная суспензия стабилизируется путем регулировки рН, а затем концентрируется, например, путем испарения.
Чтобы узнать больше о сономеханических эффектов в сол-гель процессов, пожалуйста, нажмите здесь!

Риск для здоровья кремнезема

Сухой или воздушно-капельным путем кристаллический диоксид силикона является канцерогеном легких человека, который может вызвать серьезные заболевания легких, рак легких или системных аутоиммунных заболеваний. Когда кремнезем пыли вдыхается и попадает в легкие это вызывает образование рубцовой ткани и снижает способность легких принимать кислород (силикоз). Смачивание и рассеивание SiO2 в жидкую фазу, например ультразвуковой гомогенизации, исключает риск вдыхания. Поэтому риск жидкого продукта, который содержит SiO2 вызвать силикоз очень низок. Пожалуйста, используйте подходящее оборудование для личной защиты при обработке кремнезема в виде сухого порошка!

Литература