Ultrazvočna disperzija silicijevega dioksida (SiO2)

Silicijev dioksid, znan tudi kot SiO2, nano-silicijev dioksid ali mikro-silicijev dioksid, se uporablja v zobni pasti, cementu, sintetični gumi, visoko zmogljivem polimeru ali v živilskih izdelkih kot zgoščevalec, adsorbent, sredstvo proti strjevanju ali nosilec za dišave in arome. Spodaj boste izvedeli več o uporabi nanosilicijevega dioksida in mikrosilicijevega dioksida ter o tem, kako lahko sonomehanski učinki ultrazvoka izboljšajo učinkovitost procesa in učinkovitost končnega izdelka z boljšimi suspenzijami silicijevega dioksida in olajšanjem sinteze nanodelcev silicijevega dioksida.

Prednosti ultrazvočne disperzije nano silicijevega dioksida (SiO2)

Silicijev dioksid je na voljo v širokem razponu hidrofilnih in hidrofobnih oblik in ima izjemno fino velikost delcev od nekaj mikrometrov do nekaj nanometrov. Običajno silicijev dioksid po vlaženju ni dobro razpršen. Prav tako doda veliko mikromehurčkov v formulacijo izdelka. Ultrasonication je učinkovita procesna tehnologija za razpršitev mikro-silicijevega dioksida in nano-silicijevega dioksida ter odstranjevanje raztopljenega plina in mikro-mehurčkov iz formulacije.

Ultrazvočna disperzija je tehnika, ki uporablja visoko intenzivne, nizkofrekvenčne ultrazvočne valove za razpršitev in deaglomeracijo delcev v tekočem mediju. Ko gre za disperzijo silicijevega dioksida in nano-silicijevega dioksida, ultrazvočna disperzija ponuja več prednosti:
 

Pomen velikosti delcev silicijevega dioksida

Za številne aplikacije nano-velikosti ali mikro-velikosti silicijevega dioksida je zelo pomembna dobra in enakomerna disperzija. Pogosto je potrebna monodisperzna suspenzija silicijevega dioksida, npr. za merjenje velikosti delcev. Zlasti za uporabo v črnilih ali premazih in polimerih za izboljšanje odpornosti proti praskam morajo biti delci silicijevega dioksida dovolj majhni, da ne motijo vidne svetlobe, da se prepreči meglica in ohrani preglednost. Za večino premazov morajo biti delci silicijevega dioksida manjši od 40 nm, da izpolnijo to zahtevo. Za druge aplikacije aglomeracija delcev silicijevega dioksida ovira interakcijo vsakega posameznega delca silicijevega dioksida z okoliškimi mediji.
Ultrazvočni homogenizatorji so učinkovitejši pri disperzijskem silicijevem dioksidu kot druge metode mešanja z visokim striženjem, kot so rotacijski mešalniki ali mešalniki rezervoarjev. Spodnja slika prikazuje tipičen rezultat ultrazvočne disperzije dimljenega silicijevega dioksida v vodi.

Ultrazvočna disperzija dimljenega silicijevega dioksida v vodi

Učinkovitost obdelave pri zmanjševanju velikosti silicijevega dioksida

Ultrazvočna disperzija nano-silicijevega dioksida je boljša od drugih metod mešanja z visokim striženjem, kot je IKA Ultra-Turrax. Ultrasonics proizvaja suspenzije manjše velikosti delcev silicijevega dioksida, ultrasonication pa je energetsko učinkovitejša tehnologija. Pohl in Schubert sta primerjala zmanjšanje velikosti delcev Aerosil 90 (2% mas) v vodi z uporabo Ultra-Turrax (rotor-stator-sistem) s tistim pri Hielscher UIP1000hd (1kW ultrazvočna naprava). Spodnja grafika prikazuje vrhunske rezultate ultrazvočnega procesa. Kot rezultat svoje študije je Pohl zaključil, da je "pri konstantni specifični energiji ultrazvok EV učinkovitejši od sistema rotor-stator." Energetska učinkovitost in enakomernost velikosti delcev silicijevega dioksida sta izredno pomembni v proizvodnih procesih, kjer so pomembni proizvodni stroški, zmogljivost procesa in kakovost izdelkov.

Ultrazvok proti ultra-turraksu za disperzijo silicijevega dioksida

Spodnje slike prikazujejo rezultate, ki jih je Pohl dobil s ultrazvočnim razprševanjem liofiliziranih zrnc silicijevega dioksida.

Levo: REM slike razpršilnih zamrznjenih zrnc silicijevega dioksida pred ultrazvočno deaglomeracijo
Desno: TEM-slike ultrazvočno razpršenih fragmentov silicijevega dioksida
Študija in slike: Pohl in Schubert, 2004)

Visoko zmogljivi ultrazvočni dispergatorji za visokokakovostne formulacije silicijevega dioksida

Hielscher Ultrasonics je nemško družinsko podjetje, specializirano za razvoj, proizvodnjo in dobavo visoko zmogljivih ultrazvočnih homogenizatorjev za obdelavo tekočin, trdnih suspenzij in past. Hielscher ultrazvočni homogenizatorji zanesljivo obdelujejo silicijeve suspenzijo in druge nano-supensione, da bi dobili želene specifikacije. Tudi formulacije izdelkov, ki so zelo občutljive, abrazivne ali zelo viskozne, se lahko učinkovito razpršijo in deaglomerirajo z uporabo ultrazvoka. Naši napredni ultrazvočni aparati so izjemno vsestranski in ponujajo prefinjene možnosti serijskega in inline zdravljenja. Zanesljivo visoki standardi kakovosti in ponovljivi rezultati so ključne značilnosti ultrazvočne disperzije silicijevega dioksida.
Hielscher najsodobnejši industrijski ultrazvočni aparati imajo pameten in uporabniku prijazen meni, programabilne nastavitve, samodejno protokoliranje podatkov na integrirani kartici SD, daljinski upravljalnik brskalnika in visoko robustnost.
Amplituda je najbolj vpliven parameter, ko gre za ultrazvočno obdelavo. Amplituda se nanaša na največji premik ali gibanje ultrazvočnega vala od vrha do vrha. Za ultrazvočno disperzijo, deaglomeracijo in mokro mletje so pogosto potrebne visoke amplitude, da se uporabi dovolj energije za zmanjšanje velikosti delcev. Hielscher industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo izjemno visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode.
Od majhnih in srednje velikih R&D in pilotni ultrazvočni sistemi za industrijske sisteme za komercialno proizvodnjo silicijevega dioksida v neprekinjenem načinu, Hielscher Ultrasonics ima pravi ultrazvočni procesor, ki pokriva vaše zahteve za vrhunsko predelavo silicijevega dioksida.

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Kaj je silicijev dioksid (SiO2, silicijev dioksid)?

Silicijev dioksid je kemična spojina, sestavljena iz silicija in kisika s kemijsko formulo SiO2 ali silicijev dioksid. Obstaja veliko različnih oblik silicijevega dioksida, kot so taljeni kremen, dimljeni silicijev dioksid, silikagel in aerogeli. Silicijev dioksid obstaja kot spojina več mineralov in kot sintetični izdelek. Silicijev dioksid se najpogosteje pojavlja v naravi kot kremen in v različnih živih organizmih. Silicijev dioksid se pridobiva z rudarjenjem in čiščenjem kremena. Tri glavne oblike amorfnega silicijevega dioksida so pirogeni silicijev dioksid, oborjeni silicijev dioksid in silikagel.

Fumed silicijev dioksid / pirogeni silicijev dioksid

Sežiganje silicijevega tetraklorida (SiCl4) v vodikovem plamenu, bogatem s kisikom, proizvede dim SiO2 – dimljeni silicijev dioksid. Druga možnost je, da izhlapevanje kremenovega peska v električnem loku 3000 °C proizvede tudi dimljeni silicijev dioksid. V obeh procesih se nastale mikroskopske kapljice amorfnega silicijevega dioksida zlijejo v razvejane, verižne, tridimenzionalne sekundarne delce. Ti sekundarni delci se nato aglomerirajo v bel prah z izjemno nizko nasipno gostoto in zelo veliko površino. Primarna velikost delcev neporoznega dimljenega silicijevega dioksida je med 5 in 50 nm. Fumed silicijev dioksid ima zelo močan učinek zgoščevanja. Zato se dimljeni silicijev dioksid uporablja kot polnilo v silikonskem elastomerju in prilagajanje viskoznosti v barvah, premazih, lepilih, tiskarskih barvah ali nenasičenih poliestrskih smolah. Fumed silicijev dioksid se lahko obdela tako, da postane hidrofobni ali hidrofilni za organske tekoče ali vodne aplikacije. Hidrofobni silicijev dioksid je učinkovita sestavina za penjenje (sredstvo proti penjenju).
Kliknite tukaj, če želite prebrati o ultrazvočnem razplinjevanju in penjenju.
Fumed silicijev dioksid CAS številka 112945-52-5

Silicijev dim / Mikrosilicijev dioksid

Silicijev dim je ultra fin prah nanovelikosti, znan tudi kot mikro-silicijev dioksid. Silicijev dim se ne sme zamenjevati z dimljenim silicijevim dioksidom. Proizvodni proces, morfologija delcev in področja uporabe silicijevega dima se razlikujejo od tistih pri dimljenem silicijevem dimenu. Silicijev dim je amorfna, nekristalna, polimorfna oblika SiO2. Silicijev dim je sestavljen iz okroglih delcev s povprečnim premerom delcev 150 nm. Najpomembnejša uporaba silicijevega dima je pucolanski material za beton z visoko zmogljivostjo. Doda se portlandskemu cementnemu betonu za izboljšanje lastnosti betona, kot so tlačna trdnost, trdnost vezi in odpornost proti obrabi. Poleg tega silicijev dim zmanjšuje prepustnost betona za kloridne ione. To ščiti armaturno jeklo betona pred korozijo.
Če želite izvedeti več o ultrazvočnem mešanju cementa in silicijevega dioksida, kliknite tukaj!
Številka CAS silicijevega dipa: 69012-64-2, številka EINECS silicijevega dipa: 273-761-1

oborjen silicijev dioksid

Oborjeni silicijev dioksid je bela praškasta sintetična amorfna oblika SiO2. Oborjeni silicijev dioksid se uporablja kot polnilo, mehčalec ali izboljšanje zmogljivosti v plastiki ali gumi, npr. pnevmatikah. Druge uporabe vključujejo sredstvo za čiščenje, zgoščevanje ali poliranje v zobnih pastah.
Če želite izvedeti več o ultrazvočnem mešanju v proizvodnji zobne paste, kliknite tukaj!
Primarni delci dimljenega silicijevega dioksida imajo premer med 5 in 100 nm, medtem ko je velikost aglomerata do 40 μm, povprečna velikost por pa je večja od 30 nm. Tako kot pirogeni silicijev dioksid tudi oborjeni silicijev dioksid v bistvu ni mikroporozen.
Fumed silicijev dioksid se proizvaja z obarjanjem iz raztopine, ki vsebuje silikatne soli. Po reakciji nevtralne silikatne raztopine z mineralno kislino se v vodo dodajo raztopine žveplove kisline in natrijevega silikata hkrati z mešanjem, kot je ultrazvočno mešanje. Silicijev dioksid se obori v kislih pogojih. Poleg dejavnikov, kot so trajanje padavin, hitrost dodajanja reaktantov, temperatura in koncentracija ter pH, lahko metoda in intenzivnost mešanja spreminjata lastnosti silicijevega dioksida. Sonomehansko mešanje v ultrazvočni reaktorski komori je učinkovita metoda za izdelavo dosledne in enakomerne velikosti delcev. Ultrazvočno mešanje pri povišanih temperaturah preprečuje nastanek gelne stopnje.
Za več informacij o ultrazvočno podprtem obarjanju nanomaterialov, kot je oborjeni silicijev dioksid, kliknite tukaj!
Oborjena številka CAS silicijevega dioksida: 7631-86-9

Koloidni silicijev dioksid / koloid silicijevega dioksida

Koloidni silicijev dioksid je suspenzija finih neporoznih, amorfnih, večinoma sferičnih delcev silicijevega dioksida v tekoči fazi.
Najpogostejša uporaba silicijevih koloidov je drenažna pomoč pri izdelavi papirja, abraziv za poliranje silicijevih rezin, katalizator v kemičnih procesih, absorbent vlage, dodatek premazom, odpornim proti obrabi, ali površinsko aktivna snov za flokulacijo, koagulacijo, razprševanje ali stabilizacijo.
Če želite izvedeti več o koloidni silicijev dioksid v polimernih premazih, odpornih proti obrabi, kliknite tukaj!

Proizvodnja koloidnega silicijevega dioksida je večstopenjski proces. Delna nevtralizacija alkalno-silikatne raztopine vodi do nastanka jeder silicijevega dioksida. Podenote koloidnih delcev silicijevega dioksida so običajno v območju med 1 in 5 nm. Glede na pogoje polimerizacije se lahko te podenote združijo. Z znižanjem pH pod 7 ali z dodajanjem soli se enote nagibajo k združevanju v verige, ki se pogosto imenujejo silikageli. V nasprotnem primeru podenote ostanejo ločene in rastejo postopoma. Nastali produkti se pogosto imenujejo silicijevi soli ali oborjeni silicijev dioksid. Suspenzija koloidnega silicijevega dioksida se stabilizira s prilagoditvijo pH in nato koncentrira, npr. z izhlapevanjem.
Če želite izvedeti več o sonomehaniških učinkih v procesih sol-gel, kliknite tukaj!

Tveganje za zdravje silicijevega dioksida

Suhi ali v zraku prenašajoči se kristalni siliconi dioksid je rakotvorna za pljuča pri ljudeh, ki lahko povzroči resne pljučne bolezni, pljučni rak ali sistemske avtoimunske bolezni. Ko se silicijev prah vdihne in vstopi v pljuča, povzroči nastanek brazgotinskega tkiva in zmanjša sposobnost pljuč, da vzamejo kisik (silikoza). Vlaženje in disperzija SiO2 v tekočo fazo, npr. z ultrazvočno homogenizacijo, odpravlja tveganje vdihavanja. Zato je tveganje, da tekoče zdravilo, ki vsebuje SiO2, povzroči silikozo, zelo majhno. Pri ravnanju s silicijevim dioksidom v obliki suhega prahu uporabljajte ustrezno osebno zaščitno opremo!

Književnost