Ultraljud Spridning av Kiseldioxid (SiO2)
Kiseldioxid, även känd som SiO2, nano-kiseldioxid eller mikro-kiseldioxid används i tandkräm, cement, syntetiskt gummi, högpresterande polymer eller i livsmedelsprodukter som förtjockningsmedel, adsorbent, anti-caking agent, eller bärare för dofter och smaker. Nedan får du lära dig mer om användningsområdena för nanosilica och mikrosilica och hur de sonomekaniska effekterna av ultrasonics kan förbättra processeffektivitet och slutproduktprestanda genom att göra bättre silica suspensioner eller förbättrad kiseldioxid nanopartikel syntes.
Silica Spridning / Silica Suspension / Nano Silica (SiO2)
Kiseldioxid finns i ett brett spektrum av hydrofila och hydrofoba former och har en extremt fin partikelstorlek på några mikrometrar ner till några nanometer. Typiskt kiseldioxid är inte väl dispergerad efter vätning. Det gör också lägga till en hel del mikrobubblor till produkten formulering. Ultraljud är en effektiv processteknik för att sprida mikro-kiseldioxid och nano-kiseldioxid och ta bort upplöst gas och mikro-bubblor från formuleringen.
För många tillämpningar av nano-storlek eller mikro-storlek kiseldioxid, en bra och enhetlig spridning är mycket viktigt. Ofta krävs en mono-disperse kiseldioxid suspension, t.ex. I synnerhet för användning i bläck eller beläggningar och polymerer för att förbättra reptålighet, kiseldioxid partiklarna måste vara tillräckligt liten för att inte störa det synliga ljuset för att undvika dis och upprätthålla öppenhet. För de flesta beläggningar kiseldioxid partiklar måste vara mindre än 40nm för att uppfylla detta krav. För andra tillämpningar hindrar kiseldioxidpartikelagglomeration varje enskild kiseldioxidpartikel att interagera med omgivande media.
Ultraljud homogenisatorer är mer effektiva i den dispergerande kiseldioxid än andra hög-skjuvning blandningsmetoder, såsom roterande blandare eller tank agitatorer. Bilden nedan visar ett typiskt resultat av ultraljud spridning av fumed kiseldioxid i vatten.
Ultraljud Dispersion av fumed kiseldioxid i vatten
Bearbetning effektivitet i kiseldioxid storleks minskning
Ultraljud spridning av nano-kiseldioxid är överlägsen andra hög-skjuvning blandning metoder, såsom en IKA Ultra-Turrax. Ultrasonics producerar suspensioner av en mindre kiseldioxid partikelstorlek och ultraljud är den mer energieffektiva tekniken. Pohl och Schubert jämförde partikelstorleksreduktionen av Aerosil 90 (2%wt) i vatten med hjälp av en Ultra-Turrax (rotor-stator-system) med den hos en Hielscher UIP1000hd (1kW ultraljudsenhet). Bilden nedan visar de överlägsna resultaten av ultraljudsprocessen. Som ett resultat av sin studie Pohl slutsatsen, att "Vid konstant specifik energi EV ultraljud är effektivare än rotor-stator-systemet." Energi-effiency och kiseldioxid partikelstorlek enhetlighet är av yttersta vikt i produktionsprocesser, där tillverkningskostnader, processkapacitet och produktkvalitet materia.
Experimentell installation med ultrasonicator UP400S för deagglomeration av nanosilica.
Studie och grafik: Vikash, 2020.
Ultrasonics vs Ultra-turrax för Kiseldioxid Dispersion
Bilderna nedan visar de resultat som Pohl erhållits genom sonicating kiseldioxid spray frysa granulat. (Klicka på bilderna för att förstora!)
Vad är Silica (SiO2, Silicon Dioxide)?
Kisel (Silica) är en kemisk förening som består av kisel och syre med den kemiska formeln SiO2, eller kiseldioxid. Det finns många olika former av kiseldioxid, såsom smält kvarts, fumed kiseldioxid, kiselgel, och aerogels. Kiseldioxid existerar som en förening av flera mineraler och som syntetisk produkt. Silica är vanligast i naturen som kvarts och i olika levande organismer. Kiseldioxid erhålls genom brytning och rening av kvarts. De tre huvudformerna av amorf kiseldioxid är pyrogen kiseldioxid, utfälld kiseldioxid och kiselgel.
Fumed Silica / Pyrogenic Silica
Brinnande kiseltetraklorid (SiCl4) i en syrerik vätelåga ger en rök av SiO2 – fumed kiseldioxid. Alternativt, förångning kvarts sand i en 3000 ° C elektrisk båge, producerar fumed kiseldioxid också. I båda processerna, de resulterande mikroskopiska droppar av amorfa kiseldioxid säkring i grenade, kedjeliknande, tredimensionella sekundära partiklar. Dessa sekundära partiklar sedan agglomererar till ett vitt pulver med extremt låg bulkdensitet och mycket hög yta. Primär partikelstorlek av den icke-porösa fumed kiseldioxid är mellan 5 en 50 nm. Fumed silica har en mycket stark förtjockningseffekt. Därav är fumed kiseldioxid används som fyllmedel i silikon elastomer och viskositet justering i färger, beläggningar, lim, tryckfärger eller omättade polyester hartser. Fumed Silica kan behandlas för att göra den hydrofoba eller hydrofil för antingen organisk vätska eller vattenhaltiga tillämpningar. Hydrofoba kiseldioxid är en effektiv defoamerkomponent (antiskummedel).
Klicka här, för att läsa om ultraljud avgasning och defoaming.
Fumed Silica CAS nummer 112945-52-5
Silica Fume / Microsilica
Kiseldioxid rök är en ultra-fin, nano-storlek pulver även känd som mikro-kiseldioxid. Silica fume är inte att förväxla med fumed kiseldioxid. Produktionsprocessen, partikelmorfologi och tillämpningsområden för kiseldioxidrök skiljer sig alla från dem som fumed silica. Kiseldioxid rök är en amorft, icke-kristallin, polymorf form av SiO2. Silikarök består av sfäriska partiklar med en partikeldiameter på 150 nm i genomsnitt. Den mest framträdande tillämpningen av kiseldioxid rök är som pozzolanic material för högpresterande betong. Det läggs till Portland cement betong för att förbättra konkreta egenskaper, som tryckhållfasthet, bond styrka, och nötningsbeständighet. Utöver detta minskar kiseldioxid rök permeabiliteten av betong till kloridjoner. Detta skyddar betongens armeringsstål mot korrosion.
Om du vill veta mer om ultraljud blandning av cement och kiseldioxid rök, vänligen klicka här!
Silica Fume CAS nummer: 69012-64-2, Silica Fume EINECS nummer: 273-761-1
Utfälld kiseldioxid
Utfälld kiseldioxid är vit pulverformig syntetisk amorf form av SiO2. Utfälld kiseldioxid används som fyllmedel, mjukgörare eller prestandaförbättring i plast eller gummi, t.ex. Andra användningsområden är rengöring, förtjockning eller polermedel i tandkräm.
Om du vill veta mer om ultraljud blandning i tandkräm tillverkning, vänligen klicka här!
Primärpartiklar av fumed kiseldioxid har en diameter på mellan 5 och 100 nm, medan agglomerat storlek är upp till 40 μm med genomsnittlig porstorlek är större än 30 nm. Liksom pyrogen kiseldioxid, utfälld kiseldioxid är i huvudsak inte microporous.
Fumed Silica framställs genom nederbörd från en lösning som innehåller silikatsalter. Efter en reaktion av en neutral silikatlösning med en mineralsyra tillsätts svavelsyra och natriumsiliikatlösningar samtidigt med agitation, såsom ultraljudsagning, till vatten. Silica fällningar i sura förhållanden. Förutom faktorer, såsom varaktigheten av nederbörd, kan tilläggshastigheten av reaktanter, temperatur och koncentration, och pH, metoden och intensiteten av agitation variera egenskaperna hos kiseldioxid. Sonomekanisk agitation i en ultraljudsreaktorkammare är en effektiv metod för att producera en jämn och enhetlig partikelstorlek. Ultraljud agitation vid förhöjda temperaturer undviker bildandet av en gel skede.
För mer information om ultraljud assisterad utfällning av nanomaterial, såsom utfälld kiseldioxid, vänligen klicka här!
Utfälld Kiseldioxid CAS-nummer: 7631-86-9
Kolloidal kiseldioxid / Kiseldioxid Kolloid
Kolloidal kiseldioxid är en suspension av fina nonporous, amorfa, mestadels sfäriska kiseldioxid partiklar i en flytande fas.
De vanligaste användningsområdena för kiseldioxid kolloider är som dränering stöd i papperstillverkning, slipmedel för kisel wafer polering, katalysator i kemiska processer, fuktabsorberande, tillsats till nötning resistenta beläggningar, eller ytaktiva för flocculating, koagulering, spridning eller stabilisering.
Om du vill veta mer om kolloidal kiseldioxid i nötning resistent polymer beläggningar, vänligen klicka här!
Produktionen av kolloidal kiseldioxid är en process i flera steg. Partiell neutralisering av en alkali-silikatlösning leder till bildandet av kiseldioxidkärnor. Underenheterna av kolloidala kiseldioxidpartiklar är typiskt i intervallet mellan 1 och 5 nm. Beroende på villkoren för polymerisation dessa underenheter kan sammanfogas. Genom att minska pH under 7 eller genom tillsats av salt enheterna tenderar att smälta samman i kedjor, som ofta kallas kiselgel. Annars stannar underenheterna åtskilda och växer gradvis. De resulterande produkterna kallas ofta kiseldioxidsols eller utfälld kiseldioxid. En kolloidal silika suspension stabiliseras genom pH-justering och sedan koncentreras, t.ex.
Om du vill veta mer om sonomekaniska effekter i sol-gel processer, vänligen klicka här!
Kiseldioxid hälsorisk
Torr eller luftburen kristallinisk silikondioxid är humant lungcancer cancerframkallande som kan orsaka allvarliga lungsjukdom, lungcancer eller systemiska autoimmuna sjukdomar. När kiseldioxid damm inandas och kommer in i lungorna det orsakar bildandet av ärrvävnad och minskar lungorna förmåga att ta in syre (Silikos). Vätning och spridning av SiO2 i en vätskefas, t ex genom ultraljudshomogenisering, eliminerar risken för inandning. Därför är risken för en flytande produkt som innehåller SiO2 att orsaka Silikos mycket låg. Använd gärna lämplig personlig skyddsutrustning vid handtag av kiseldioxid i torr pulverform!