Dispergimi me ultratinguj i nanomaterialeve (nanogrimcave)
Nanomaterialet janë bërë një përbërës integral i produkteve kaq të larmishme si materialet me performancë të lartë, kremrat mbrojtës nga dielli, veshjet funksionale ose kompozitet plastike. Kavitacioni ultrasonik përdoret për të disperguar grimca me përmasa nanometrike në lëngje, si uji, vaji, tretësit ose rrëshirat.
Dispergimi me ultratinguj i nanogrimcave
Zbatimi i dispergimit me ultratinguj të nanogrimcave ka efekte të shumta. Më i dukshmi është dispergimi i materialeve në lëngje për të shpërbërë aglomeratet e grimcave. Një proces tjetër është përdorimi i ultratingujve gjatë sintezës ose precipitimit të grimcave. Në përgjithësi, kjo çon në grimca më të vogla dhe njëtrajtshmëri më të madhe të përmasave. Kavitacioni ultrasonik përmirëson gjithashtu transferimin e materialit në sipërfaqet e grimcave. Ky efekt mund të përdoret për të përmirësuar funksionalizimin sipërfaqësor të materialeve që kanë sipërfaqe specifike të madhe.
Dispergimi dhe zvogëlimi i përmasave të nanomaterialeve
Nanomaterialet, p.sh. oksidet metalike, nanoargjilat ose nanotubat e karbonit priren të aglomerohen kur përzihen në një lëng. Mjete efikase për deaglomerim dhe dispergim nevojiten për të kapërcyer forcat lidhëse pas lagies së pluhurit. Shpërbërja me ultratinguj e strukturave të aglomerateve në suspensione ujore dhe joujore mundëson shfrytëzimin e potencialit të plotë të materialeve me përmasa nanometrike. Studimet e dispersioneve të ndryshme të aglomerateve nanogrimcore me përmbajtje të ndryshueshme të lëndës së ngurtë kanë treguar avantazhin e konsiderueshëm të ultratingujve krahasuar me teknologji të tjera, si përzierësit rotor–stator (p.sh. ultra turrax), homogjenizuesit me piston ose metodat e bluarjes në të lagësht, p.sh. mullinjtë me rruaza ose mullinjtë koloidalë. Sistemet ultrasonike Hielscher mund të punojnë me përqendrime mjaft të larta të lëndëve të ngurta. Për shembull, për silicën u konstatua se shpejtësia e copëtimit ishte e pavarur nga përqendrimi i lëndës së ngurtë deri në 50% sipas peshës. Ultratingujt mund të përdoren për dispergimin e përzierjeve bazë me përqendrim të lartë – duke përpunuar lëngje me viskozitet të ulët dhe të lartë. Kjo i bën ultratingujt një zgjidhje të mirë për përpunimin e bojërave dhe veshjeve me bazë mjedise të ndryshme, si uji, rrëshira ose vaji.
Homogjenizuesi ultrasonik UP400St për nanodispersione
Kavitacioni ultrasonik
Dispergimi dhe deaglomerimi përmes trajtimit me ultratinguj janë rezultat i kavitacionit ultrasonik. Kur lëngjet ekspozohen ndaj ultratingujve, valët zanore që përhapen në lëng krijojnë cikle të alternuara presioni të lartë dhe të ulët. Kjo ushtron sforcim mekanik mbi forcat tërheqëse ndërmjet grimcave individuale. Kavitacioni ultrasonik në lëngje shkakton rryma lëngu me shpejtësi të lartë deri në 1000km/hr (afërsisht 600mph). Këto rryma e shtyjnë lëngun me presion të lartë ndërmjet grimcave dhe i ndajnë ato nga njëra-tjetra. Grimcat më të vogla përshpejtohen nga rrymat e lëngut dhe përplasen me shpejtësi të larta. Kjo i bën ultratingujt një mjet efikas për dispergimin, por edhe për bluarjen e grimcave me përmasa mikrometrike dhe nënmikrometrike.
Sinteza / precipitimi i grimcave me ndihmën e ultratingujve
Nanogrimcat mund të krijohen me qasjen nga poshtë lart përmes sintezës ose precipitimit. Sonokimia është një nga teknikat më të hershme të përdorura për përgatitjen e përbërjeve me përmasa nanometrike. Suslick, në punën e tij origjinale, trajtoi me ultratinguj Fe(CO)5 si lëng të pastër ose në një tretësirë deaclin dhe përftoi nanogrimca hekuri amorf me përmasa 10–20nm. Në përgjithësi, një përzierje e mbingopur fillon të formojë grimca të ngurta nga një material shumë i përqendruar. Trajtimi me ultratinguj përmirëson përzierjen e prekursorëve dhe rrit transferimin e masës në sipërfaqen e grimcave. Kjo çon në përmasa më të vogla të grimcave dhe njëtrajtshmëri më të lartë.
UIP2000hdT, një pajisje e fuqishme ultrasonike prej 2kW për dispergimin e SWCNTs.
Funksionalizimi sipërfaqësor duke përdorur ultratinguj
Shumë nanomateriale, si oksidet metalike, bojërat për printim inkjet dhe pigmentet e tonerit, ose mbushësit për veshje funksionale, kërkojnë funksionalizim të sipërfaqes. Për të funksionalizuar të gjithë sipërfaqen e secilës grimcë individuale, nevojitet një metodë e mirë dispergimi. Kur dispergohen, grimcat zakonisht rrethohen nga një shtresë kufitare molekulash që tërhiqen drejt sipërfaqes së grimcës. Që grupet e reja funksionale të arrijnë në sipërfaqen e grimcës, kjo shtresë kufitare duhet të shpërbëhet ose të hiqet. Rrymat e lëngut që krijohen nga kavitacioni ultrasonik mund të arrijnë shpejtësi deri në 1000km/hr. Ky sforcim ndihmon në kapërcimin e forcave tërheqëse dhe i transporton molekulat funksionale drejt sipërfaqes së grimcës. Në sonokimi, ky efekt përdoret për të përmirësuar performancën e katalizatorëve të disperguar.
Trajtimi me ultratinguj përpara matjes së madhësisë së grimcave
Trajtimi i mostrave me ultratinguj përmirëson saktësinë e matjes së madhësisë ose të morfologjisë së grimcave. SonoStep i ri ndërthur ultratingujt, përzierjen dhe pompimin e mostrave në një pajisje kompakte. Përdoret lehtë dhe mund të shërbejë për të dërguar mostra të trajtuara me ultratinguj te pajisjet analitike, si analizuesit e madhësisë së grimcave. Trajtimi intensiv me ultratinguj ndihmon në dispergimin e grimcave të aglomeruara, duke dhënë rezultate më të qëndrueshme.Klikoni këtu për të lexuar më shumë!
Përpunimi me ultratinguj në shkallë laboratorike dhe prodhimi
Procesorët ultrasonikë dhe qelizat e rrjedhjes për deaglomerim dhe dispergim janë të disponueshëm në shkallë laboratorike dhe prodhimi . Sistemet industriale mund të përshtaten lehtësisht për të punuar në linjë. Për kërkimin dhe zhvillimin e proceseve rekomandojmë përdorimin e UIP1000hd (1 000 vat).
Hielscher ofron një gamë të gjerë pajisjesh dhe aksesorësh ultrasonikë për dispergimin efikas të nanomaterialeve, p.sh. në bojëra, bojëra shtypi dhe veshje.
- Pajisje laboratorike kompakte me fuqi deri në 400 vat.
Këto pajisje përdoren kryesisht për përgatitjen e mostrave ose për studime fillestare të fizibilitetit dhe janë të disponueshme me qira. - 500 dhe 1 000 dhe 2 000 vat fuqi kanë procesorët ultrasonikë si kompleti UIP1000hd me qelizë rrjedhjeje dhe përforcues të ndryshëm të amplitudës dhe sonotroda që mund të përpunojnë rrjedha me vëllim më të madh.
Pajisje të tilla përdoren për optimizimin e parametrave (si: amplituda, presioni i punës, prurja etj.) në shkallë pajisjesh tavoline ose impianti pilot. - Procesorët ultrasonikë me fuqi 2kW, 4kW, 10kW dhe 16kW dhe grupime më të mëdha të disa njësive të tilla mund të përpunojnë rrjedha me vëllime prodhimi pothuajse në çdo shkallë.
Pajisjet e tavolinës janë të disponueshme me qira me kushte të favorshme për kryerjen e provave të procesit. Rezultatet e provave të tilla mund të shkallëzohen në mënyrë lineare në nivel prodhimi – duke ulur rrezikun dhe kostot që lidhen me zhvillimin e procesit. Do t’ju ndihmojmë me kënaqësi në internet, me telefon ose personalisht. Gjeni adresat tona këtu, ose përdorni formularin më poshtë.
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e madhe | grupim njësish UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Nanomaterialet – Informacion bazë
Nanomaterialet janë materiale me madhësi më të vogël se 100nm. Ato po përfshihen me shpejtësi në formulimet e bojërave, bojërave të shtypit dhe veshjeve. Nanomaterialet ndahen në tri kategori të gjera: okside metalesh, nanoargjila dhe nanotuba karboni. Nanogrimcat e oksideve metalike përfshijnë oksidin e zinkut, oksidin e titanit, oksidin e hekurit, oksidin e ceriumit dhe oksidin e zirkonit në shkallë nanometrike, si edhe përbërje me metale të përziera, si oksidi i indiumit dhe kallajit dhe zirkoni dhe titani, si edhe përbërje me metale të përziera, si oksidi i indiumit dhe kallajit. Kjo lëndë me përmasa të vogla ndikon në shumë disiplina, si fizika, kimia dhe biologjia. Në bojëra dhe veshje, nanomaterialet përmbushin nevoja dekorative (p.sh. ngjyra dhe shkëlqimi), shërbejnë për qëllime funksionale (p.sh. përçueshmëria, inaktivizimi mikrobik) dhe përmirësojnë mbrojtjen (p.sh. rezistencën ndaj gërvishtjeve, qëndrueshmërinë ndaj rrezatimit UV) e bojërave dhe veshjeve. Në veçanti, oksidet metalike me përmasa nanometrike, si TiO2 dhe ZnO ose oksidi i aluminit, oksidi i ceriumit dhe dioksidi i silicit dhe pigmentet me përmasa nanometrike gjejnë zbatim në formulime të reja bojërash dhe veshjesh.
Kur lëndës i zvogëlohen përmasat, ajo ndryshon karakteristikat e saj, si ngjyra dhe ndërveprimi me lëndë të tjera, për shembull reaktiviteti kimik. Ndryshimi i karakteristikave shkaktohet nga ndryshimi i vetive elektronike. Nëpërmjet zvogëlimit të përmasave të grimcave, sipërfaqja e materialit rritet. Për këtë arsye, një përqindje më e lartë e atomeve mund të ndërveprojë me lëndë të tjera, p.sh. me matricën e rrëshirave.
Aktiviteti sipërfaqësor është një aspekt kyç i nanomaterialeve. Aglomerimi dhe agregimi pengojnë kontaktin e sipërfaqes me lëndë të tjera. Vetëm grimcat e disperguara mirë ose të disperguara individualisht mundësojnë shfrytëzimin e plotë të potencialit të dobishëm të lëndës. Si rrjedhojë, dispergimi i mirë zvogëlon sasinë e nanomaterialeve që nevojiten për të arritur të njëjtat efekte. Meqë shumica e nanomaterialeve janë ende mjaft të shtrenjta, ky aspekt ka rëndësi të madhe për tregtimin e formulimeve të produkteve që përmbajnë nanomateriale. Sot, shumë nanomateriale prodhohen me një proces të thatë. Si rezultat, grimcat duhet të përzihen në formulime të lëngshme. Pikërisht gjatë kësaj lagieje, shumica e nanogrimcave formojnë aglomerate. Sidomos nanotubat e karbonit kanë kohezion shumë të lartë, gjë që e vështirëson dispergimin e tyre në lëngje si uji, etanoli, vaji, polimeri ose rrëshira epokside. Pajisjet konvencionale të përpunimit, p.sh. përzierësit me forca të larta prerëse ose me rotor-stator, homogjenizuesit me presion të lartë ose mullinjtë koloidalë dhe me disqe, nuk arrijnë t’i ndajnë nanogrimcat në grimca të veçuara. Veçanërisht për lëndën me përmasa nga disa nanometra deri në nja dy mikrometra, kavitacioni ultrasonik është shumë efektiv në shpërbërjen e aglomerateve, agregateve dhe madje edhe të grimcave primare. Kur ultratingujt përdoren për bluarjen e sasive me përqendrim të lartë që përpunohen në një cikël, rrjedhat e vrushkujve të lëngut që krijohen nga kavitacioni ultrasonik bëjnë që grimcat të përplasen me njëra-tjetrën me shpejtësi deri në 1000km/h. Kjo mposht forcat e van der Waals në aglomerate dhe madje edhe në grimcat primare.
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues ultrasonikë me performancë të lartë për aplikime përzierjeje, dispergimi, emulsifikimi dhe ekstraktimi në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.