Dispergimi tejzanor i silicës (SiO2)

Silica, e njohur edhe si SiO2, nanosilicë ose mikrosilicë, përdoret në pastën e dhëmbëve, çimento, gomë sintetike, polimere me performancë të lartë ose në produkte ushqimore si trashës, adsorbues, agjent kundër ngjitjes në kokrriza ose bartës për aroma dhe shije. Më poshtë do të mësoni më shumë për përdorimet e nanosilicës dhe mikrosilicës dhe se si efektet sonomekanike të ultratingujve mund të përmirësojnë efikasitetin e procesit dhe performancën e produktit përfundimtar duke prodhuar suspensione më të mira të silicës dhe duke lehtësuar sintezën e nanogrimcave të silicës.

Përparësitë e dispergimit tejzanor të nanosilicës (SiO2)

Silica është e disponueshme në një gamë të gjerë formash hidrofile dhe hidrofobe dhe ka grimca me përmasa jashtëzakonisht të imta, nga disa mikrometra deri në disa nanometra. Zakonisht, silica nuk dispergohet mirë pas lagies. Ajo gjithashtu shton shumë mikroflluska në formulimin e produktit. Trajtimi me ultratinguj është një teknologji efikase procesi për dispergimin e mikrosilicës dhe nanosilicës dhe për largimin e gazit të tretur dhe mikroflluskave nga formulimi.

Dispergimi tejzanor është një teknikë që përdor valë tejzanore me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët për të disperguar dhe deagglomeruar grimcat në një mjedis të lëngshëm. Për dispergimin e silicës dhe nanosilicës, dispergimi tejzanor ofron disa përparësi:
 

Rëndësia e përmasave të grimcave të silicës

Për shumë zbatime të silicës me përmasa nanometrike ose mikrometrike, një dispersion i mirë dhe i njëtrajtshëm është shumë i rëndësishëm. Shpesh kërkohet një suspension monodispers i silicës, p.sh. për matjen e madhësisë së grimcave. Veçanërisht për përdorim në bojëra shtypi ose veshje dhe polimere për të përmirësuar rezistencën ndaj gërvishtjeve, grimcat e silicës duhet të jenë mjaft të vogla që të mos ndërveprojnë me dritën e dukshme, për të shmangur turbullimin dhe për të ruajtur tejdukshmërinë. Për shumicën e veshjeve, grimcat e silicës duhet të jenë më të vogla se 40nm për të përmbushur këtë kërkesë. Për zbatime të tjera, aglomerimi i grimcave të silicës pengon ndërveprimin e çdo grimce individuale të silicës me mjedisin përreth.
Homogjenizuesit me ultratinguj janë më efektivë në dispersimin e silicës sesa metodat e tjera të përzierjes me forca të larta prerëse, si përzierësit rrotullues ose përzierësit e rezervuarëve. Figura më poshtë tregon një rezultat tipik të dispersimit me ultratinguj të silicës pirogjenike në ujë.

Dispersimi me ultratinguj i silicës pirogjenike në ujë

Efikasiteti i përpunimit në zvogëlimin e madhësisë së grimcave të silicës

Dispersimi me ultratinguj i nanosilicës është superior ndaj metodave të tjera të përzierjes me forca të larta prerëse, si përdorimi i një IKA Ultra-Turrax. Ultratingujt prodhojnë suspensione me grimca më të vogla të silicës dhe trajtimi me ultratinguj është teknologjia me efikasitet më të lartë energjetik. Pohl dhe Schubert krahasuan zvogëlimin e madhësisë së grimcave të Aerosil 90 (2%wt) në ujë duke përdorur një Ultra-Turrax (sistem rotor-stator) me atë të arritur me një Hielscher UIP1000hd (pajisje me ultratinguj 1kW). Grafiku më poshtë tregon rezultatet superiore të procesit me ultratinguj. Si rezultat i studimit të tij, Pohl arriti në përfundimin se “Me energji specifike konstante EV, ultratingujt janë më efektivë se sistemi rotor-stator.” Efikasiteti energjetik dhe njëtrajtshmëria e madhësisë së grimcave të silicës kanë rëndësi maksimale në proceset e prodhimit, ku kostoja e prodhimit, kapaciteti i procesit dhe cilësia e produktit kanë rëndësi.

Ultratingujt kundrejt Ultra-turrax për dispersimin e silicës

Figurat më poshtë tregojnë rezultatet që Pohl mori duke trajtuar me ultratinguj granula silice të liofilizuara me spërkatje.

Majtas: imazhe REM të granulave të silicës të ngrira me spërkatje para deaglomerimit me ultratinguj
Djathtas: imazhe TEM të fragmenteve të silicës të dispersuara me ultratinguj
Studimi dhe imazhet: Pohl dhe Schubert, 2004)

Dispersues me ultratinguj me performancë të lartë për formulime silice me cilësi të lartë

Hielscher Ultrasonics është një ndërmarrje familjare gjermane e specializuar në zhvillimin, prodhimin dhe furnizimin e homogjenizuesve me ultratinguj me performancë të lartë për trajtimin e lëngjeve, suspensioneve me përmbajtje të lëndëve të ngurta dhe pastave. Homogjenizuesit me ultratinguj Hielscher përpunojnë me besueshmëri suspensionet e dendura të silicës dhe nanosuspensionet e tjera për të përmbushur çdo specifikim të dëshiruar. Edhe formulimet e produkteve që janë shumë të ndjeshme, abrazive ose shumë viskoze mund të dispergohen dhe të deaglomerohet me efikasitet përmes trajtimit me ultratinguj. Pajisjet tona të përparuara me ultratinguj janë jashtëzakonisht të gjithanshme dhe ofrojnë mundësi të sofistikuara trajtimi me tufa dhe në linjë. Standardet e larta dhe të qëndrueshme të cilësisë dhe rezultatet e riprodhueshme janë tipare kyçe të dispergimit të silicës me ultratinguj.
Pajisjet industriale me ultratinguj Hielscher, me teknologjinë më të fundit, kanë një meny inteligjente dhe të lehtë për përdorim, cilësime të programueshme, regjistrim automatik të të dhënave në një kartë SD të integruar, kontroll në distancë përmes shfletuesit dhe qëndrueshmëri të lartë.
Amplituda është parametri me ndikimin më të madh në përpunimin me ultratinguj. Amplituda i referohet zhvendosjes maksimale ose lëvizjes nga kulmi në kulm të një vale ultrasonike. Për dispergimin, deaglomerimin dhe bluarjen në të lagësht me ultratinguj shpesh nevojiten amplituda të larta për të aplikuar energji të mjaftueshme për zvogëlimin e madhësisë së grimcave. Procesorët industrialë me ultratinguj Hielscher mund të japin amplituda jashtëzakonisht të larta. Funksionimi i vazhdueshëm 24/7 me amplituda deri në 200µm mund të realizohet lehtësisht. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të përshtatura sipas kërkesave.
Nga pajisjet e vogla dhe të mesme me ultratinguj për kërkim dhe zhvillim dhe për procese pilot, deri te sistemet industriale për prodhimin tregtar të silicës në regjim të vazhdueshëm, Hielscher Ultrasonics ka procesorin e duhur me ultratinguj për të përmbushur kërkesat tuaja për përpunim superior të silicës.

Projektim, prodhim dhe konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet me ultratinguj Hielscher njihen për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të pajisjeve tona me ultratinguj në impiantet industriale. Pajisjet me ultratinguj Hielscher përballojnë lehtësisht kushtet e ashpra dhe mjediset me kërkesa të larta.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton rëndësi të veçantë pajisjeve me ultratinguj me performancë të lartë, të pajisura me teknologjinë më të fundit dhe të lehta për përdorim. Natyrisht, pajisjet me ultratinguj Hielscher janë në përputhje me CE dhe përmbushin kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj:

Çfarë është silica (SiO2, dioksidi i silicit)?

Silica është një përbërje kimike e përbërë nga silici dhe oksigjeni, me formulën kimike SiO2, ose dioksid silici. Ekzistojnë shumë forma të ndryshme të silicës, si kuarci i shkrirë, silica e prodhuar në flakë, xheli i silicës dhe aeroxhelet. Silica gjendet si përbërës i disa mineraleve dhe si produkt sintetik. Në natyrë, silica gjendet më shpesh në formën e kuarcit dhe në organizma të ndryshëm të gjallë. Dioksidi i silicit përftohet nga nxjerrja dhe pastrimi i kuarcit. Tri format kryesore të silicës amorfe janë silica pirogjenike, silica e precipituar dhe xheli i silicës.

Silica e prodhuar në flakë / Silica pirogjenike

Djegia e tetraklorurit të silicit (SiCl4) në një flakë hidrogjeni të pasur me oksigjen prodhon një tym SiO2 – silicë pirogjene. Gjithashtu, avullimi i rërës së kuarcit në një hark elektrik prej 3000 °C prodhon silicë pirogjene. Në të dy proceset, pikëzat mikroskopike të silicës amorfe që formohen shkrihen me njëra-tjetrën në grimca dytësore të degëzuara, në formë zinxhirësh, tredimensionale. Këto grimca dytësore më pas aglomerohen në një pluhur të bardhë me dendësi vëllimore jashtëzakonisht të ulët dhe sipërfaqe shumë të madhe. Madhësia e grimcave parësore të silicës pirogjene joporoze është midis 5 dhe 50 nm. Silica pirogjene ka një efekt trashësues shumë të fortë. Prandaj, silica pirogjene përdoret si mbushës në elastomerët e silikonit dhe për rregullimin e viskozitetit në bojëra, veshje, ngjitës, bojëra shtypi ose rrëshira poliesteri të pangopura. Silica pirogjene mund të trajtohet për t’u bërë hidrofobe ose hidrofile për përdorime në lëngje organike ose në mjedise ujore. Silica hidrofobe është një përbërës efikas për eliminimin e shkumës (agjent kundër shkumëzimit).
Klikoni këtu për të lexuar rreth degazimit dhe eliminimit të shkumës me ultratinguj.
Numri CAS i silicës pirogjene 112945-52-5

Tymi i silicës / Mikrosilica

Tymi i silicës është një pluhur tepër i imët, me përmasa nanometrike, i njohur edhe si mikrosilicë. Tymi i silicës nuk duhet ngatërruar me silicën pirogjene. Procesi i prodhimit, morfologjia e grimcave dhe fushat e përdorimit të tymit të silicës janë të gjitha të ndryshme nga ato të silicës pirogjene. Tymi i silicës është një formë polimorfe amorfe, jokristalore e SiO2. Tymi i silicës përbëhet nga grimca sferike me diametër mesatar të grimcave prej 150 nm. Përdorimi më i spikatur i tymit të silicës është si material pucolanik për beton me performancë të lartë. Ai i shtohet betonit me çimento Portland për të përmirësuar vetitë e betonit, si rezistenca në shtypje, rezistenca e lidhjes dhe rezistenca ndaj abrazionit. Përveç kësaj, tymi i silicës zvogëlon përshkueshmërinë e betonit ndaj joneve të klorurit. Kjo mbron nga korrozioni çelikun e armaturës së betonit.
Për të mësuar më shumë rreth përzierjes së çimentos dhe tymit të silicës me ultratinguj, ju lutemi klikoni këtu!
Numri CAS i tymit të silicës: 69012-64-2, numri EINECS i tymit të silicës: 273-761-1

Silica e precipituar

Silica e precipituar është një formë sintetike amorfe e SiO2 në trajtën e një pluhuri të bardhë. Silica e precipituar përdoret si mbushës, zbutës ose për përmirësimin e performancës në plastikë ose gomë, p.sh. në goma automjetesh. Përdorime të tjera përfshijnë rolin e agjentit pastrues, trashësues ose lustrues në pastat e dhëmbëve.
Për të mësuar më shumë rreth përzierjes me ultratinguj në prodhimin e pastës së dhëmbëve, ju lutemi klikoni këtu!
Grimcat parësore të silicës pirogjene kanë një diametër midis 5 dhe 100 nm, ndërsa madhësia e aglomerateve është deri në 40 µm, me madhësi mesatare të poreve më të madhe se 30 nm. Ashtu si silica pirogjene, silica e precipituar në thelb nuk është mikroporoze.
Silica pirogjene prodhohet me precipitim nga një tretësirë që përmban kripëra silikatesh. Pas një reaksioni të një tretësire neutrale silikati me një acid mineral, tretësirat e acidit sulfurik dhe të silikatit të natriumit shtohen njëkohësisht në ujë duke e trazuar, për shembull me ultratinguj. Silica precipiton në kushte acide. Krahas faktorëve si kohëzgjatja e precipitimit, shpejtësia e shtimit të reaktantëve, temperatura dhe përqendrimi, si dhe pH-ja, metoda dhe intensiteti i trazimit mund të ndryshojnë vetitë e silicës. Trazimi sonomekanik në dhomën e një reaktori me ultratinguj është një metodë efikase për të prodhuar grimca me madhësi të qëndrueshme dhe uniforme. Trazimi me ultratinguj në temperatura të larta shmang formimin e një faze xheli.
Për më shumë informacion rreth precipitimit të nanomaterialeve të asistuar me ultratinguj, si silica e precipituar, ju lutemi klikoni këtu!
Numri CAS i silicës së precipituar: 7631-86-9

Silica koloidale / Koloidi i silicës

Silica koloidale është një suspension grimcash të imëta silice, joporoze, amorfe, kryesisht sferike, në një fazë të lëngët.
Përdorimet më të zakonshme të koloideve të silicës janë si ndihmës për largimin e ujit në prodhimin e letrës, abraziv për lustrimin e pllakëzave të silicit, katalizator në proceset kimike, përthithës lagështie, aditiv për veshje rezistente ndaj abrazionit ose agjent sipërfaqësor aktiv për flokulim, koagulim, dispergim ose stabilizim.
Për të mësuar më shumë rreth silicës koloidale në veshjet polimerike rezistente ndaj abrazionit, ju lutemi klikoni këtu!

Prodhimi i silicës koloidale është një proces me disa hapa. Neutralizimi i pjesshëm i një tretësire silikati alkalin çon në formimin e bërthamave të silicës. Nënnjësitë e grimcave të silicës koloidale zakonisht kanë përmasa midis 1 dhe 5 nm. Në varësi të kushteve të polimerizimit, këto nënnjësi mund të bashkohen me njëra-tjetrën. Duke ulur pH nën 7 ose duke shtuar kripë, njësitë priren të shkrihen me njëra-tjetrën në zinxhirë, të cilët shpesh quhen xhele silice. Përndryshe, nënnjësitë mbeten të ndara dhe rriten gradualisht. Produktet që rezultojnë shpesh quhen sole silice ose silicë e precipituar. Një suspension i silicës koloidale stabilizohet duke rregulluar pH dhe më pas përqendrohet, p.sh. me avullim.
Për të mësuar më shumë rreth efekteve sonomekanike në proceset sol–xhel, ju lutemi klikoni këtu!

Rreziku i silicës për shëndetin

Dioksidi kristalor i silicit, në gjendje të thatë ose i pezulluar në ajër, është një kancerogjen për mushkëritë e njeriut që mund të shkaktojë sëmundje të rënda të mushkërive, kancer të mushkërive ose sëmundje autoimune sistemike. Kur pluhuri i silicës thithet dhe hyn në mushkëri, ai shkakton formimin e indit cikatricial dhe zvogëlon aftësinë e mushkërive për të marrë oksigjen (silikoza). Lagia dhe dispergimi i SiO2 në një fazë të lëngshme, p.sh. me homogjenizim ultrasonik, eliminojnë rrezikun e thithjes. Prandaj, rreziku që një produkt i lëngshëm që përmban SiO2 të shkaktojë silikozë është shumë i ulët. Ju lutemi përdorni pajisje të përshtatshme mbrojtëse personale kur trajtoni silicën në formë pluhuri të thatë!

Literatura

• 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.