Ултразвучно дисперговање наноматеријала (наночестица)
Наноматеријали су постали саставни део разноврсних производа као што су материјали високих перформанси, средства за заштиту од сунца, премази високих перформанси или пластични композити. Ултразвучна кавитација користи се за дисперговање честица нанометарских димензија у течностима као што су вода, уље, растварачи или смоле.
Ултразвучно дисперговање наночестица
Примена ултразвучног дисперговања наночестица има вишеструке ефекте. Најочигледнији је дисперговање материјала у течностима ради разбијања агломерата честица. Други поступак је примена ултразвука током синтезе или преципитације честица. Уопштено, то доводи до мањих честица и веће уједначености њихове величине. Ултразвучна кавитација такође побољшава пренос материје на површинама честица. Овај ефекат може да се искористи да се побољша површинска функционализација материјала са великом специфичном површином.
Дисперговање и смањење величине честица наноматеријала
Наноматеријали, нпр. метални оксиди, наноглине или угљеничне наноцеви имају тенденцију да формирају агломерате када се умешају у течност. Потребна су ефикасна средства за деагломерацију и дисперговање како би се савладале силе везивања након квашења праха. Ултразвучно разбијање агломератних структура у воденим и неводеним суспензијама омогућава искоришћавање пуног потенцијала материјала нанометарских димензија. Испитивања различитих дисперзија агломерата наночестица са променљивим садржајем чврсте фазе показала су значајну предност ултразвука у поређењу са другим технологијама, као што су роторско-статорске мешалице (нпр. ultra turrax), клипни хомогенизатори или методе мокрог млевења, нпр. млинови са куглицама или колоидни млинови. Ултразвучни системи Hielscher могу да раде при прилично високим концентрацијама чврсте фазе. На пример, за силицијум-диоксид утврђено је да брзина разбијања не зависи од концентрације чврсте фазе до 50% по маси. Ултразвук може да се примени за дисперговање висококонцентрованих мастербач смеша – уз обраду течности ниске и високе вискозности. Због тога је ултразвук добро решење за обраду боја и премаза на бази различитих медијума, као што су вода, смола или уље.
Ултразвучни хомогенизатор UP400St за нанодисперзије
Ултразвучна кавитација
Дисперговање и деагломерација ултразвучном обрадом резултат су ултразвучне кавитације. Када се течности изложе ултразвуку, звучни таласи који се простиру кроз течност стварају наизменичне циклусе високог и ниског притиска. Тиме се ствара механичко напрезање које делује на привлачне силе између појединачних честица. Ултразвучна кавитација у течностима ствара млазеве течности великих брзина, до 1000km/hr (приближно 600mph). Такви млазеви потискују течност под високим притиском између честица и раздвајају их једну од друге. Мање честице убрзавају се млазевима течности и сударају се при великим брзинама. Због тога је ултразвук ефикасно средство за дисперговање, али и за млевење честица микрометарских и субмикрометарских димензија.
Синтеза / преципитација честица уз помоћ ултразвука
Наночестице могу да се добију приступом одоздо нагоре, синтезом или преципитацијом. Сонохемија је једна од најранијих техника коришћених за припрему једињења нанометарских димензија. Suslick је у свом оригиналном раду ултразвучно обрађивао Fe(CO)5 било као чисту течност или у раствору deaclin и добио аморфне наночестице гвожђа величине 10–20nm. Уопштено, презасићена смеша почиње да формира чврсте честице из висококонцентрованог материјала. Ултразвучна обрада побољшава мешање прекурсора и повећава пренос масе на површини честица. То доводи до мање величине честица и веће уједначености.
UIP2000hdT, снажан ултразвучни уређај од 2kW за дисперговање SWCNTs.
Површинска функционализација помоћу ултразвука
Многи наноматеријали, попут металних оксида, пигмената за инкџет мастила и тонере или пунила за високофункционалне премазе, захтевају функционализацију површине. Да би се функционализовала целокупна површина сваке појединачне честице, потребна је добра метода дисперговања. Када су дисперговане, честице су обично окружене граничним слојем молекула које привлачи површина честице. Да би нове функционалне групе доспеле до површине честице, овај гранични слој мора да се разбије или уклони. Млазеви течности настали услед ултразвучне кавитације могу достићи брзине до 1000km/hr. Ово напрезање помаже у савладавању привлачних сила и преноси функционалне молекуле до површине честице. У сонохемији, овај ефекат се користи за побољшање учинка диспергованих катализатора.
Ултразвучна обрада пре мерења величине честица
Ултразвучна обрада узорака побољшава тачност мерења величине или морфологије честица. Нови SonoStep обједињује ултразвук, мешање и пумпање узорака у компактном уређају. Једноставан је за руковање и може се користити за довођење ултразвучно обрађених узорака до аналитичких уређаја, као што су анализатори величине честица. Интензивна ултразвучна обрада помаже у дисперговању агломерисаних честица, што доводи до доследнијих резултата.Кликните овде да бисте сазнали више!
Ултразвучна обрада у лабораторијским и производним размерама
Ултразвучни процесори и проточне ћелије за деагломерацију и дисперговање доступни су за лабораторијски и производни ниво. Индустријски системи се лако могу накнадно прилагодити за рад у проточној линији. За истраживање и развој процеса препоручујемо употребу уређаја UIP1000hd (1.000 вати).
Hielscher нуди широк асортиман ултразвучних уређаја и прибора за ефикасно дисперговање наноматеријала, нпр. у бојама, мастилима и премазима.
- Компактни лабораторијски уређаји снаге до 400 вати.
Ови уређаји се углавном користе за припрему узорака или почетне студије изводљивости и доступни су за изнајмљивање. - 500 и 1.000 и 2.000 вати снажни ултразвучни процесори, као што је комплет UIP1000hd са проточном ћелијом и различитим појачивачима амплитуде и сонотродама могу обрађивати токове већег запреминског протока.
Овакви уређаји се користе за оптимизацију параметара (као што су: амплитуда, радни притисак, проток итд.) у размерама стоног уређаја или пилот-постројења. - Ултразвучни процесори снаге 2kW, 4kW, 10kW и 16kW и веће групе од више таквих јединица могу обрађивати производне токове готово сваког запреминског протока.
Стона опрема је доступна за изнајмљивање под повољним условима ради спровођења процесних испитивања. Резултати таквих испитивања могу се линеарно пренети на производни ниво – чиме се смањују ризик и трошкови развоја процеса. Радо ћемо вам помоћи онлајн, телефоном или лично. Погледајте наше адресе овде, или користите образац испод.
Табела испод даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Наноматеријали – основне информације
Наноматеријали су материјали величине мање од 100nm. Све брже се уводе у формулације боја, мастила и премаза. Наноматеријали се деле у три широке категорије: метални оксиди, наноглине и угљеничне наноцеви. Наночестице металних оксида обухватају цинк-оксид, титан-оксид, оксид гвожђа, церијум-оксид и цирконијум-оксид нанометарских димензија, као и једињења мешовитих метала као што су индијум-калај-оксид и цирконијум и титан, као и једињења мешовитих метала као што је индијум-калај-оксид. Ова материја малих димензија има утицај на многе дисциплине, као што су физика, хемија и биологија. У бојама и премазима наноматеријали задовољавају декоративне потребе (нпр. боја и сјај), испуњавају функционалне сврхе (нпр. проводљивост, инактивација микроорганизама) и побољшавају заштиту коју пружају боје и премази (нпр. отпорност на гребање, УВ стабилност). Посебно се метални оксиди нанометарских димензија, као што су TiO2 и ZnO или алуминијум-оксид, церијум-диоксид и силицијум-диоксид и пигменти нанометарских величина налазе примену у новим формулацијама боја и премаза.
Када се материји смањи величина, мењају се њена својства, као што су боја и интеракција са другом материјом, попут хемијске реактивности. Промена својстава узрокована је променом електронских својстава. Услед смањења величине честица, површина материјала се повећава. Због тога већи проценат атома може да ступа у интеракцију са другом материјом, нпр. са матрицом смола.
Површинска активност је кључни аспект наноматеријала. Агломерација и агрегација спречавају контакт површине са другом материјом. Само добро дисперговане или појединачно дисперговане честице омогућавају искоришћавање пуног корисног потенцијала материје. Због тога добро дисперговање смањује количину наноматеријала потребну за постизање истих ефеката. Пошто је већина наноматеријала и даље прилично скупа, овај аспект је веома значајан за комерцијализацију формулација производа које садрже наноматеријале. Данас се многи наноматеријали производе сувим поступком. Због тога је честице потребно умешати у течне формулације. При томе већина наночестица формира агломерате током квашења. Нарочито угљеничне наноцеви имају веома изражену кохезију, што отежава њихово дисперговање у течностима као што су вода, етанол, уље, полимер или епоксидна смола. Конвенционални уређаји за обраду, нпр. мешалице са високим смицањем или роторско-статорске мешалице, хомогенизатори високог притиска или колоидни и диск-млинови, нису довољно ефикасни у раздвајању наночестица на засебне честице. Нарочито код ситне материје величине од неколико нанометара до неколико микрометара, ултразвучна кавитација је веома ефикасна у разбијању агломерата, агрегата, па чак и примарних честица. Када се ултразвук користи за млевење шаржи високе концентрације, млазеви течности настали услед ултразвучне кавитације изазивају међусобне сударе честица при брзинама до 1000km/h. Тиме се савладавају ван дер Валсове силе у агломератима, па чак и у примарним честицама.
Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за примене мешања, дисперговање, емулговање и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.