Ультразвуковое диспергирование диоксида кремния (SiO2)
Диоксид кремния, также известный как SiO2, нанокремнезем или микрокремнезем, используется в зубной пасте, цементе, синтетическом каучуке, высокоэффективных полимерах или в пищевых продуктах в качестве загустителя, адсорбента, антислеживающего агента или носителя 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 совершенных суспензий кремнезема и облегчения синтеза наночастиц кремнезема.
Преимущества ультразвукового диспергирования нанокремнезема (SiO2)
Диоксид кремния доступен в широком диапазоне гидрофильных и гидрофобных форм и имеет чрезвычайно мелкие частицы размером от нескольких микрометров до нескольких нанометров. Как правило, диоксид кремния плохо диспергируется после смачивания. Он также добавляет много микропузырьков в рецептуру продукта. Ультразвуковая технология является эффективным процессом для диспергирования микрокремнезема и нанокремнезема и удаления растворенных газов и микропузырьков из рецептуры.
Ультразвуковая дисперсия — это метод, при котором используются высокоинтенсивные низкочастотные ультразвуковые волны для диспергирования и деагломерации частиц в жидкой среде. Когда дело доходит до диспергирования диоксида кремния и нанокремнезема, ультразвуковое диспергирование имеет ряд преимуществ:
Важность размера частиц диоксида кремния
Для многих применений наноразмерного или микроразмерного диоксида кремния очень важна хорошая и равномерная дисперсия. Часто требуется монодисперсная суспензия диоксида кремния, 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, избегать помутнения и сохранять прозрачность. Для большинства покрытий частицы диоксида кремния должны быть меньше 40 нм, чтобы выполнить это требование. Для других применений агломерация частиц кремнезема препятствует взаимодействию каждой отдельной частицы кремнезема с окружающей средой.
Ультразвуковые гомогенизаторы более эффективны при диспергировании диоксида кремния, чем другие методы смешивания с большими сдвиговыми усилиями, такие как ротационные смесители или баковые мешалки. На рисунке ниже показан типичный результат ультразвукового диспергирования дымчатого диоксида кремния в воде.

Ультразвуковое диспергирование дымчатого диоксида кремния в воде
Эффективность обработки при уменьшении размера диоксида кремния
Ультразвуковое диспергирование нанокремнезема превосходит другие методы смешивания с большими сдвиговыми усилиями, такие как IKA Ultra-Turrax. Ультразвук производит суспензии с меньшим размером частиц кремнезема, и ультразвук является более энергоэффективной технологией. Пол и Шуберт сравнили уменьшение размера частиц Aerosil 90 (2% массы) в воде с использованием системы Ultra-Turrax (ротор-статор) с таковым при использовании Hielscher UIP1000hd (ультразвуковое устройство мощностью 1 кВт). На приведенном ниже графике показаны превосходные результаты ультразвукового процесса. В результате своего исследования Поль пришел к выводу, что «при постоянной удельной энергии ультразвук EV более эффективен, чем система ротор-статор». Энергоэффективность и однородность частиц диоксида кремния имеют первостепенное значение в производственных процессах, где имеют значение себестоимость, производительность и качество продукции.

Ультразвук в сравнении с ультратурраксом для диспергирования диоксида кремния
На рисунках ниже показаны результаты, полученные Полом путем ультразвуковой обработки распылением сублимационных гранул диоксида кремния.

Слева: REM-снимки гранул диоксида кремния при распылительной заморозке перед ультразвуковой деагломерацией
Справа: ПЭМ-снимки фрагментов ультразвука диоксида кремния
Этюд 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 высокопроизводительных ультразвуковых гомогенизаторов для обработки жидкостей, суспензий и паст с твердой нагрузкой. Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher надежно обрабатывают суспензии из диоксида кремния и другие наносупенсии для получения любых желаемых спецификаций. Даже высокочувствительные, абразивные или высоковязкие составы продуктов могут быть эффективно диспергированы и деагломерированы с помощью ультразвука. Наши передовые ультразвуковые аппараты чрезвычайно универсальны и предлагают сложные возможности периодической и поточной обработки. Надежно высокие стандарты качества и воспроизводимые результаты являются ключевыми характеристиками ультразвукового диспергирования диоксида кремния.
Современные ультразвуковые аппараты промышленного класса Hielscher отличаются интеллектуальным и удобным меню, программируемыми настройками, автоматическим протоколированием данных на встроенной SD-карте, дистанционным управлением через браузер 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 ультразвукового диспергирования, деагломерации и мокрого измельчения часто требуются высокие амплитуды, чтобы приложить достаточную энергию для уменьшения размера частиц. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать исключительно высокую амплитуду. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды.
От малых и средних R&D и пилотные ультразвуковые аппараты для промышленных систем для коммерческого производства диоксида кремния в непрерывном режиме, у Hielscher Ultrasonics есть подходящий ультразвуковой процессор, который удовлетворит ваши требования к превосходной переработке диоксида кремния.
- Высокая эффективность
- Современные технологии
- надёжность & робастность
- Регулируемое, точное управление процессом
- партия & встроенный
- для любого объема
- Интеллектуальное программное обеспечение
- интеллектуальные функции (например, программируемые, протоколирование передачи данных, дистанционное управление)
- Простота и безопасность в эксплуатации
- Низкие эксплуатационные расходы
- CIP (безразборная мойка)
Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»
Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.
Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
0от 0,5 до 1,5 мл | н.а. | VialTweeter | от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
От 15 до 150 л | От 3 до 15 л/мин | УИП6000HDT |
н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Ультразвуковой аппарат UP400S для деагломерации нанокремнезема.
Этюд и графика: Викаш, 2020.
Что такое диоксид кремния (SiO2, диоксид кремния)?
Диоксид кремния представляет собой химическое соединение, состоящее из кремния и кислорода с химической формулой SiO2, или диоксидом кремния. Существует множество различных форм диоксида кремния, таких как плавленый кварц, дымчатый диоксид кремния, силикагель и аэрогели. Диоксид кремния существует в виде соединения нескольких минералов и в виде синтетического продукта. Диоксид кремния чаще всего встречается в природе в виде кварца и в различных живых организмах. Диоксид кремния получают путем добычи и очистки кварца. Тремя основными формами аморфного диоксида кремния являются пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния и силикагель.
Дымчатый диоксид кремния / Пирогенный диоксид кремния
При сжигании тетрахлорида кремния (SiCl4) в богатом кислородом водородном пламени образуется дым SiO2 – Дымчатый диоксид кремния. Кроме того, испарение кварцевого песка электрической дугой при температуре 3000 °C также позволяет получить дымчатый диоксид кремния. В обоих процессах образующиеся микроскопические капли аморфного диоксида кремния сливаются в разветвленные, цепные, трехмерные вторичные частицы. Эти вторичные частицы затем агломерируются в белый порошок с чрезвычайно низкой насыпной плотностью и очень большой площадью поверхности. Размер первичных частиц непористого дымчатого диоксида кремния составляет от 5 до 50 нм. Дымчатый диоксид кремния обладает очень сильным загущающим эффектом. Следовательно, дымчатый диоксид кремния используется в качестве наполнителя в силиконовом эластомере и регулировки вязкости в красках, покрытиях, клеях, печатных красках или ненасыщенных полиэфирных смолах. Дымчатый диоксид кремния можно обработать, чтобы сделать его гидрофобным или гидрофильным как для органического, жидкого, так и для водного применения. Гидрофобный диоксид кремния является эффективным компонентом пеногасителя (антипеногасителя).
Нажмите здесь, чтобы прочитать об ультразвуковой дегазации и пеногасении.
Дымчатый диоксид кремния номер CAS 112945-52-5
Дым диоксида кремния / Микрокремнезем
Дым диоксида кремния представляет собой ультратонкий порошок наноразмера, также известный как микрокремнезем. Пары диоксида кремния не следует путать с дымчатым диоксидом кремния. Производственный процесс, морфология частиц и области применения паров диоксида кремния отличаются от таковых у дымчатого диоксида кремния. Дым диоксида кремния представляет собой аморфную, некристаллическую, полиморфную форму SiO2. Пар диоксида кремния состоит из сферических частиц со средним диаметром частиц 150 нм. Наиболее заметным применением паров кремнезема является использование в качестве пуццоланового материала для бетона с высокими эксплуатационными характеристиками. Его добавляют в портландцементный бетон для улучшения свойств бетона, таких как прочность на сжатие, прочность сцепления и стойкость к истиранию. Кроме того, пары кремнезема снижают проницаемость бетона для ионов хлора. Это защищает арматурную сталь бетона от коррозии.
Чтобы узнать больше об ультразвуковом смешивании цемента и дыма кремнезема, нажмите здесь!
Номер CAS: 69012-64-2, Номер EINECS: 273-761-1
Осажденный диоксид кремния
Осажденный диоксид кремния представляет собой белую порошкообразную синтетическую аморфную форму SiO2. Осажденный диоксид кремния используется в качестве наполнителя, размягчителя или для улучшения эксплуатационных характеристик в пластмассах или резине, например, в шинах. Другие области применения включают чистящее, загущающее или полирующее средство в зубных пастах.
Чтобы узнать больше об ультразвуковом смешивании при производстве зубной пасты, нажмите здесь!
Первичные частицы диоксида кремния имеют диаметр от 5 до 100 нм, в то время как размер агломерата составляет до 40 мкм, а средний размер пор превышает 30 нм. Как и пирогенный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния по существу не является микропористым.
Дымчатый диоксид кремния получают путем осаждения из раствора, содержащего силикатные соли. После реакции нейтрального силикатного раствора с минеральной кислотой, растворы серной кислоты и силиката натрия добавляют в воду одновременно с перемешиванием, например, ультразвуковым перемешиванием. Диоксид кремния выпадает в осадок в кислых условиях. Помимо таких факторов, как продолжительность осаждения, скорость добавления реагентов, температура и концентрация, а также pH, метод и интенсивность перемешивания могут изменять свойства диоксида кремния. Сономеханическое перемешивание в ультразвуковой камере реактора является эффективным методом получения частиц постоянного и равномерного размера. Ультразвуковое перемешивание при повышенных температурах позволяет избежать образования гелевой стадии.
Для получения дополнительной информации об ультразвуковом осаждении наноматериалов, таких как осажденный диоксид кремния, нажмите здесь!
Номер CAS для осажденного диоксида кремния: 7631-86-9
Коллоидный диоксид кремния / Диоксид кремния коллоидный
Коллоидный диоксид кремния представляет собой суспензию мелкодисперсных непористых, аморфных, преимущественно сферических частиц диоксида кремния в жидкой фазе.
Наиболее распространенными областями применения коллоидов диоксида кремния являются дренажное средство в производстве бумаги, абразив для полировки силиконовых пластин, катализатор в химических процессах, поглотитель влаги, добавка к износостойким покрытиям или поверхностно-активное вещество для флокуляции, коагуляции, диспергирования или стабилизации.
Чтобы узнать больше о коллоидном диоксиде кремния в износостойких полимерных покрытиях, нажмите здесь!
Производство коллоидного диоксида кремния является многоступенчатым процессом. Частичная нейтрализация щелочно-силикатного раствора приводит к образованию ядер кремнезема. Субъединицы частиц коллоидного диоксида кремния обычно находятся в диапазоне от 1 до 5 нм. В зависимости от условий полимеризации эти субъединицы могут соединяться между собой. При снижении pH ниже 7 или добавлении соли единицы имеют тенденцию сливаться вместе в цепи, которые часто называют силикагелями. В противном случае субъединицы остаются разделенными и постепенно растут. Получаемые продукты часто называют золями диоксида кремния или осажденным диоксидом кремния. Суспензию коллоидного диоксида кремния стабилизируют путем регулировки pH, а затем концентрируют, например, путем выпаривания.
Чтобы узнать больше о сономеханических эффектах в золь-гель процессах, нажмите здесь!
Риск диоксида кремния для здоровья
Сухой или взвешенный в воздухе кристаллический диоксид кремния является канцерогеном легких человека, который может вызвать серьезные заболевания легких, рак легких или системные аутоиммунные заболевания. Когда пыль кремнезема вдыхается и попадает в легкие, она вызывает образование рубцовой ткани и снижает способность легких поглощать кислород (силикоз). Смачивание и диспергирование SiO2 в жидкую фазу, например, путем ультразвуковой гомогенизации, устраняет риск вдыхания. Таким образом, риск того, что жидкий продукт, содержащий SiO2, вызовет силикоз очень низок. Пожалуйста, используйте подходящие средства индивидуальной защиты при работе с диоксидом кремния в виде сухого порошка!
Литература
- Vikash, Vimal Kumar (2020): Ultrasonic-assisted de-agglomeration and power draw characterization of silica nanoparticles. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 65, 2020.
- Rosa Mondragon, J. Enrique Julia, Antonio Barba, Juan Carlos Jarque (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology, Volume 224, 2012. 138-146.
- Pohl, Markus; Schubert, Helmar (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.