Ултразвучна дисперзија силицијум диоксида (СиО2)

Силицијум диоксид, такође познат као СиО2, нано-силицијум или микро-силицијум се користи у пастама за зубе, цементу, синтетичкој гуми, полимерима високих перформанси или у прехрамбеним производима као згушњивач, адсорбент, агенс против згрушавања или носач за мирисе и укусе. У наставку ћете сазнати више о употреби наносилицијум диоксида и микросилицијум диоксида и како сономеханички ефекти ултразвука могу побољшати ефикасност процеса и перформансе финалног производа стварањем бољих суспензија силицијум диоксида и олакшавањем синтезе наночестица силицијум диоксида.

Предности ултразвучне дисперзије нано силицијум диоксида (СиО2)

Силицијум је доступан у широком спектру хидрофилних и хидрофобних облика и има изузетно фину величину честица од неколико микрометара до неких нанометара. Типично, силицијум није добро распршен након влажења. Такође додаје пуно микромехурића у формулацију производа. Ултразвук је ефикасна процесна технологија за распршивање микро-силицијум диоксида и нано-силицијум диоксида и уклањање раствореног гаса и микро-мехурића из формулације.

Ултразвучна дисперзија је техника која користи ултразвучне таласе високог интензитета, ниске фреквенције за распршивање и деагломерацију честица у течном медију. Када је у питању дисперзија силицијум диоксида и нано-силицијум, ултразвучна дисперзија нуди неколико предности:
 

Важност величине честица силицијум диоксида

За многе примене силицијум диоксида нано или микро величине, добра и уједначена дисперзија је веома важна. Често је потребна моно-дисперзна суспензија силицијум диоксида, нпр. за мерење величине честица. Посебно за употребу у мастилима или премазима и полимерима за побољшање отпорности на гребање, честице силицијум диоксида морају бити довољно мале да не ометају видљиву светлост како би се избегла замућеност и одржала транспарентност. За већину премаза честице силицијум диоксида морају бити мање од 40 нм да би испуниле овај захтев. За друге примене, агломерација честица силицијум диоксида омета сваку појединачну честицу силицијум-диоксида у интеракцији са околним медијима.
Ултразвучни хомогенизатори су ефикаснији у дисперговању силицијум диоксида од других метода мешања са високим смицањем, као што су ротациони миксери или мешалице у резервоару. Слика испод приказује типичан резултат ултразвучног распршивања испареног силицијум диоксида у води.

Ултразвучна дисперзија испареног силицијум диоксида у води

Ефикасност обраде у смањењу величине силицијум диоксида

Ултразвучна дисперзија нано-силицијум диоксида је супериорнија од других метода мешања са високим смицањем, као што је ИКА Ултра-Туррак. Ултразвук производи суспензије мање величине честица силицијум диоксида, а ултразвук је енергетски ефикаснија технологија. Похл и Сцхуберт су упоредили смањење величине честица Аеросила 90 (2% теж.) у води користећи Ултра-Туррак (ротор-статор-систем) са оним од Хиелсцхер УИП1000хд (1кВ ултразвучни уређај). График испод показује врхунске резултате ултразвучног процеса. Као резултат своје студије, Похл је закључио да је „Уз константну специфичну енергију ЕВ ултразвук ефикаснији од система ротор-статор“. Енергетска ефикасност и униформност величине честица силицијум диоксида су од највеће важности у производним процесима, где су трошкови производње, капацитет процеса и квалитет производа важни.

Ултразвук у односу на Ултра-туррак за дисперзију силицијум диоксида

Слике испод показују резултате које је Похл добио соникацијом гранула силицијум диоксида осушених распршивањем.

Лево: РЕМ-слике гранула силицијум диоксида замрзнуте спрејом пре ултразвучне деагломерације
Десно: ТЕМ-слике ултразвучно диспергованих фрагмената силицијум диоксида
Студија и слике: Похл и Шуберт, 2004)

Ултразвучни дисперзатори високих перформанси за висококвалитетне формулације силицијум диоксида

Хиелсцхер Ултрасоницс је немачко породично предузеће специјализовано за развој, производњу и снабдевање ултразвучних хомогенизатора високих перформанси за третман течности, чврстих суспензија и паста. Хиелсцхер ултразвучни хомогенизатори поуздано обрађују силицијум диоксид и друге нано-супензије како би добили било коју жељену спецификацију. Чак и формулације производа које су веома осетљиве, абразивне или високо вискозне могу се ефикасно дисперговати и деагломерирати помоћу ултразвучне обраде. Наши напредни ултрасоникатори су изузетно разноврсни и нуде софистициране могућности серијског и инлине третмана. Поуздано високи стандарди квалитета и поновљиви резултати су кључне карактеристике ултразвучне дисперзије силицијум диоксида.
Хиелсцхер ултрасоникатори најсавременије индустријске класе имају паметан мени лак за коришћење, програмибилна подешавања, аутоматско протоколирање података на интегрисаној СД картици, даљински управљач претраживача и високу робусност.
Амплитуда је најутицајнији параметар када је у питању ултразвучна обрада. Амплитуда се односи на максимално померање или кретање од врха до врха ултразвучног таласа. За ултразвучну дисперзију, деагломерацију и мокро млевење често су потребне велике амплитуде да би се применила довољна енергија за смањење величине честица. Хиелсцхер индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче изузетно високе амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
Од малих и средњих Р&Д и пилот ултрасоникатори за индустријске системе за комерцијалну производњу силицијум диоксида у континуираном режиму, Хиелсцхер Ултрасоницс има прави ултразвучни процесор да покрије ваше захтеве за врхунску обраду силицијум-диоксида.

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори се лако носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Шта је силицијум (СиО2, силицијум диоксид)?

Силицијум је хемијско једињење састављено од силицијума и кисеоника са хемијском формулом СиО2, или силицијум диоксид. Постоји много различитих облика силицијум диоксида, као што су фузионисани кварц, испарени силицијум диоксид, силика гел и аерогелови. Силицијум постоји као једињење неколико минерала и као синтетички производ. Силицијум се најчешће налази у природи као кварц и у различитим живим организмима. Силицијум диоксид се добија рударењем и пречишћавањем кварца. Три главна облика аморфног силицијум диоксида су пирогени силицијум диоксид, исталожени силицијум диоксид и силика гел.

Испарени силицијум / Пирогени силицијум

Сагоревање силицијум тетрахлорида (СиЦл4) у пламену водоника богатог кисеоником производи дим СиО2 – испарени силицијум диоксид. Алтернативно, испаравање кварцног песка у електричном луку од 3000 °Ц такође производи испарени силицијум диоксид. У оба процеса, настале микроскопске капљице аморфног силицијум диоксида стапају се у разгранате, ланчане, тродимензионалне секундарне честице. Ове секундарне честице се затим агломерирају у бели прах са изузетно малом запреминском густином и веома великом површином. Величина примарне честице непорозног испареног силицијум диоксида је између 5 и 50 нм. Испарени силицијум има веома јак ефекат згушњавања. Дакле, испарени силицијум се користи као пунило у силиконском еластомеру и подешавање вискозитета у бојама, премазима, лепковима, штампарским бојама или незасићеним полиестерским смолама. Испарени силицијум се може третирати да би постао хидрофобни или хидрофилан за примену у органским течностима или у води. Хидрофобни силицијум је ефикасна компонента против пене (средство против пене).
Кликните овде, да прочитате о ултразвучном отплињавању и уклањању пене.
Испарени силицијум ЦАС број 112945-52-5

Силицијум дима / микросилика

Силицијум диоксид је ултра-фин прах нано величине такође познат као микро-силицијум. Дим силицијум диоксида не треба мешати са испареним силицијумом. Производни процес, морфологија честица и области примене силицијум диоксида се разликују од оних код испареног силицијум диоксида. Силицијум диоксид је аморфни, некристални, полиморфни облик СиО2. Силицијум дима се састоји од сферних честица са просечним пречником честица од 150 нм. Најистакнутија примена силицијум дима је као пуцолански материјал за бетон високих перформанси. Додаје се портланд цементном бетону да побољша својства бетона, као што су чврстоћа на притисак, чврстоћа везивања и отпорност на абразију. Осим тога, силицијум дима смањује пропустљивост бетона за хлоридне јоне. Ово штити арматурни челик бетона од корозије.
Да бисте сазнали више о ултразвучном мешању цемента и силицијум дима, кликните овде!
Силицијум дима ЦАС број: 69012-64-2, Силицијум дима ЕИНЕЦС број: 273-761-1

Преципитатед Силица

Преципитирани силицијум је бели прашкасти синтетички аморфни облик СиО2. Преципитирани силицијум се користи као пунило, омекшивач или побољшање перформанси у пластици или гуми, нпр. гумама. Остале употребе укључују средство за чишћење, згушњавање или полирање у пастама за зубе.
Да бисте сазнали више о ултразвучном мешању у производњи пасте за зубе, кликните овде!
Примарне честице испареног силицијум диоксида имају пречник између 5 и 100 нм, док је величина агломерата до 40 µм са просечном величином пора већа од 30 нм. Попут пирогеног силицијум диоксида, исталожени силицијум у суштини није микропорозан.
Испарени силицијум се производи преципитацијом из раствора који садржи силикатне соли. После реакције неутралног раствора силиката са минералном киселином, раствори сумпорне киселине и натријум силиката се додају истовремено са мешањем, као што је ултразвучно мешање, у воду. Силицијум се таложи у киселим условима. Поред фактора, као што су трајање преципитације, брзина додавања реактаната, температура и концентрација и пХ, метода и интензитет мешања могу да варирају својства силицијум диоксида. Сономеханичко мешање у ултразвучној реакторској комори је ефикасан метод за производњу конзистентне и уједначене величине честица. Ултразвучно мешање на повишеним температурама избегава стварање гела.
За више информација о ултразвучном потпомогнутом таложењу наноматеријала, као што је преципитирани силицијум, кликните овде!
Преципитирани силицијум ЦАС број: 7631-86-9

Колоидни силицијум / силицијум колоид

Колоидни силицијум је суспензија финих непорозних, аморфних, углавном сферних честица силицијум диоксида у течној фази.
Најчешћа употреба силицијум колоида је као помоћно средство за дренажу у производњи папира, абразив за полирање силицијумских плочица, катализатор у хемијским процесима, апсорбент влаге, адитив премазама отпорним на абразију или сурфактант за флокулацију, коагулацију, дисперговање или стабилизацију.
Да бисте сазнали више о колоидном силицијум диоксиду у полимерним премазима отпорним на абразију, кликните овде!

Производња колоидног силицијум диоксида је процес у више корака. Делимична неутрализација алкално-силикатног раствора доводи до стварања језгара силицијум диоксида. Подјединице колоидних честица силицијум диоксида су типично у опсегу између 1 и 5 нм. У зависности од услова полимеризације ове подјединице се могу спојити. Смањењем пХ испод 7 или додавањем соли јединице имају тенденцију да се споје заједно у ланце, који се често називају силика гелови. У супротном, подјединице остају одвојене и постепено расту. Добијени производи се често називају силицијум-соли или исталожени силицијум диоксид. Колоидна суспензија силицијум диоксида се стабилизује подешавањем пХ и затим концентрише, нпр. испаравањем.
Да бисте сазнали више о сономеханичким ефектима у сол-гел процесима, кликните овде!

Силица здравствени ризик

Суви или у ваздуху кристални силиконски диоксид је канцероген плућа код људи који може изазвати озбиљне болести плућа, рак плућа или системске аутоимуне болести. Када се прашина силицијум диоксида удише и уђе у плућа, изазива формирање ожиљног ткива и смањује способност плућа да узима кисеоник (силикоза). Влажење и дисперзија СиО2 у течну фазу, нпр. ултразвучном хомогенизацијом, елиминише ризик од удисања. Због тога је ризик да течни производ који садржи СиО2 изазове силикозу веома низак. Користите одговарајућу личну заштитну опрему када рукујете силицијумом у облику сувог праха!

Књижевност