Ultraljudsdispersion av nanomaterial (nanopartiklar)
Nanomaterial har blivit en integrerad del av så olika produkter som högpresterande material, solskyddsmedel, beläggningar eller plastkompositer. Ultraljudskavitation används för att dispergera partiklar i nanostorlek i vätskor, såsom vatten, olja, lösningsmedel eller hartser.
Ultraljudsdispersion av nanopartiklar
Tillämpningen av Ultraljudsdispersion av nanopartiklar har många olika effekter. Det mest uppenbara är Dispergering av material i vätskor för att bryta partikelagglomerat. En annan process är applicering av ultraljud under Partikelsyntes eller utfällning. I allmänhet leder detta till mindre partiklar och ökad storleksenhetlighet. ultraljud kavitation förbättrar även materialöverföringen vid partikelytor. Denna effekt kan användas för att förbättra ytan Funktionalisering av material som har en hög specifik yta.
Dispergerings- och storleksreduktion av nanomaterial
Nanomaterial, t.ex. metalloxider, nanoleror eller Kol nanorör tenderar att agglomereras när de blandas i en vätska. Effektiva metoder för deagglomerering och Spridning behövs för att övervinna bindningskrafterna efter att pulvret har fuktats. Ultraljudsuppdelningen av agglomeratstrukturerna i vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga suspensioner gör det möjligt att utnyttja den fulla potentialen hos nanomaterial. Undersökningar vid olika dispersioner av nanopartikelagglomerat med varierande innehåll av fasta ämnen har visat den avsevärda fördelen med ultraljud jämfört med andra tekniker, såsom rotorstatorblandare (t.ex. ultra turrax), kolvhomogenisatorer eller våtmalningsmetoder, t.ex. pärlkvarnar eller kolloidkvarnar. Hielscher ultraljudssystem kan köras vid ganska höga koncentrationer av fasta ämnen. Till exempel för Kiseldioxid Brottfrekvensen visade sig vara oberoende av Fast koncentration upp till 50 % i vikt. Ultraljud kan användas för dispergering av master-batcher med hög koncentration – bearbetning av vätskor med låg och hög viskositet. Detta gör ultraljud till en bra bearbetningslösning för färger och beläggningar, baserat på olika medier, såsom vatten, harts eller olja.
ultraljud kavitation
Dispersion och deagglomeration genom ultraljud är ett resultat av ultraljud kavitation. När vätskor utsätts för ultraljud resulterar ljudvågorna som fortplantar sig i vätskan i omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler. Detta innebär mekanisk påfrestning på attraktionskrafterna mellan de enskilda partiklarna. ultraljud kavitation i vätskor orsakar höghastighetsvätskestrålar på upp till 1000 km/h (ca 600mph). Sådana strålar pressar vätska under högt tryck mellan partiklarna och separerar dem från varandra. Mindre partiklar accelereras med vätskestrålarna och kolliderar i höga hastigheter. Detta gör ultraljud till ett effektivt medel för dispergering men också för fräsning partiklar av mikrometer och mindre mikrometer.
Ultraljudsassisterad partikelsyntes / utfällning
Nanopartiklar kan genereras nedifrån och upp genom syntes eller utfällning. Sonokemi är en av de tidigaste teknikerna som används för att framställa föreningar i nanostorlek. Suslick i sitt ursprungliga arbete, sonikerad Fe (CO)5 antingen som en ren vätska eller i en deaklinlösning och erhöll 10-20nm amorfa järnnanopartiklar. I allmänhet börjar en övermättad blandning bilda fasta partiklar av ett högkoncentrerat material. Ultraljud förbättrar blandningen av prekursorer och ökar massöverföringen vid partikelytan. Detta leder till mindre partikelstorlek och högre enhetlighet.
Ytfunktionalisering med hjälp av ultraljud
Många nanomaterial, t.ex. metalloxider, bläckstråleskrivare och tonerpigment eller fyllmedel för prestanda Beläggningar, kräver ytfunktionalisering. För att funktionalisera hela ytan av varje enskild partikel krävs en bra dispersionsmetod. När partiklar dispergeras omges de vanligtvis av ett gränsskikt av molekyler som attraheras till partikelytan. För att nya funktionella grupper ska kunna ta sig till partikelytan behöver detta gränsskikt brytas upp eller tas bort. De flytande strålarna som härrör från ultraljudskavitation kan nå hastigheter på upp till 1000 km/h. Denna stress hjälper till att övervinna de attraherande krafterna och transporterar de funktionella molekylerna till partikelytan. I Sonokemianvänds denna effekt för att förbättra prestandan hos dispergerade katalysatorer.
Ultraljud före mätning av partikelstorlek
Ultraljud av prover förbättrar noggrannheten i din partikelstorlek eller morfologimätning. Den nya SonoStep kombinerar ultraljud, omrörning och pumpning av prover i en kompakt design. Den är lätt att använda och kan användas för att leverera sonikerade prover till analytiska enheter, såsom partikelstorleksanalysatorer. Den intensiva ultraljudsbehandlingen hjälper till att sprida agglomererade partiklar vilket leder till mer konsekventa resultat.Klicka här för att läsa mer!
Ultraljudsbearbetning för labb och produktionsskala
Ultraljudsprocessorer och flödesceller för deagglomeration och dispersion finns tillgängliga för Laboratorium och produktion nivå. De industriella systemen kan enkelt eftermonteras för att fungera inline. För forskning och processutveckling rekommenderar vi att du använder UIP1000hd (1 000 watt).
Hielscher erbjuder ett brett utbud av ultraljudsenheter och tillbehör för effektiv spridning av nanomaterial, t.ex. i färger, bläck och beläggningar.
- Kompakta laboratorieenheter på upp till 400 watt effekt.
Dessa enheter används främst för provberedning eller inledande genomförbarhetsstudier och finns att hyra. - 500 och 1,000 och 2,000 watt ultraljudsprocessorer som UIP1000hd-set med flödescell och olika boosterhorn och sonotroder Kan bearbeta strömmar med större volym.
Enheter som denna används för att optimera parametrarna (t.ex. amplitud, drifttryck, flödeshastighet etc.) i bänk- eller pilotanläggningsskala. - Ultraljudsprocessorer av 2kW, 4kW, 10kW och 16kW Och större kluster av flera sådana enheter kan bearbeta produktionsvolymströmmar på nästan vilken nivå som helst.
Bänkutrustning finns att hyra under goda förhållanden för att köra processtester. Resultaten av sådana försök kan skalas linjärt till produktionsnivå – vilket minskar risken och kostnaderna för processutvecklingen. Vi hjälper dig gärna online, på telefon eller personligen. Vänligen hitta Våra adresser häreller använd formuläret nedan.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
---|---|---|
1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Nanomaterial – Bakgrund
Nanomaterial är material som är mindre än 100 nm stora. De utvecklas snabbt till formuleringar av färger, bläck och beläggningar. Nanomaterial kan delas in i tre breda kategorier: metalloxider, nanoleror och Kol nanorör. Nanopartiklar av metalloxid inkluderar zinkoxid i nanoskala, titanoxid, järnoxid, ceriumoxid och zirkoniumoxid, samt blandade metallföreningar som indium-tennoxid och zirkonium och titan, samt blandade metallföreningar som indium-tennoxid. Denna lilla materia har en inverkan på många discipliner, såsom fysik, Kemi och biologi. I färg och beläggningar uppfyller nanomaterial dekorativa behov (t.ex. färg och glans), funktionella syften (t.ex. ledningsförmåga, mikrobiell inaktivering) och förbättrar skyddet (t.ex. reptålighet, UV-stabilitet) hos färger och beläggningar. I synnerhet metalloxider i nanostorlek, såsom TiO2 och ZnO eller Alumina, Ceria och Kiseldioxid och pigment i nanostorlek används i nya färg- och beläggningsformuleringar.
När materia reduceras i storlek ändrar den sina egenskaper, såsom färg och interaktion med andra ämnen som kemisk reaktivitet. Förändringen i egenskaperna orsakas av förändringen av de elektroniska egenskaperna. Av Minskning av partikelstorlekökas materialets yta. På grund av detta kan en högre andel av atomerna interagera med annan materia, t.ex. med matrisen av hartser.
Ytaktivitet är en viktig aspekt av nanomaterial. Agglomeration och aggregering blockerar ytan från kontakt med andra ämnen. Endast väl dispergerade eller enkeldispergerade partiklar gör det möjligt att utnyttja materiens fulla fördelaktiga potential. En god dispersion minskar därför mängden nanomaterial som behövs för att uppnå samma effekter. Eftersom de flesta nanomaterial fortfarande är ganska dyra är denna aspekt av stor betydelse för kommersialiseringen av produktformuleringar som innehåller nanomaterial. I dag produceras många nanomaterial i en torr process. Som ett resultat måste partiklarna blandas i flytande formuleringar. Det är här de flesta nanopartiklar bildar agglomerat under vätningen. Särskilt Kol nanorör är mycket sammanhängande vilket gör det svårt att dispergera dem i vätskor, såsom vatten, etanol, olja, polymer eller epoxiharts. Konventionella bearbetningsanordningar, t.ex. blandare med hög skjuvning eller rotorstator, högtryckshomogenisatorer eller kvarnar med kolloider och skivor, kommer till korta när det gäller att separera nanopartiklarna till diskreta partiklar. I synnerhet för liten materia från flera nanometer till ett par mikrometer är ultraljudskavitation mycket effektiv för att bryta agglomerat, aggregat och till och med primärer. När ultraljud används för fräsning av högkoncentrerade batcher får vätskestrålarna strömmar till följd av ultraljudskavitation partiklarna att kollidera med varandra i hastigheter på upp till 1000 km/h. Detta bryter van der Waals-krafter i agglomerat och till och med primära partiklar.