การกระจายตัวของซิลิกา (SiO2) ด้วยอัลตราโซนิก

ซิลิกา ซึ่งรู้จักกันในชื่อ SiO2 นาโนซิลิกา หรือไมโครซิลิกา ใช้ในยาสีฟัน ซีเมนต์ ยางสังเคราะห์ พอลิเมอร์สมรรถนะสูง หรือผลิตภัณฑ์อาหาร โดยทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความข้น สารดูดซับ สารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน หรือสารพาสำหรับสารให้กลิ่นและรส ด้านล่างนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้นาโนซิลิกาและไมโครซิลิกา รวมถึงวิธีที่ผลเชิงกลจากคลื่นอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการและสมรรถนะของผลิตภัณฑ์สุดท้ายได้ โดยทำให้สารแขวนลอยซิลิกามีคุณภาพดีขึ้นและช่วยให้การสังเคราะห์อนุภาคนาโนซิลิกาทำได้ง่ายขึ้น

ข้อดีของการกระจายตัวของนาโนซิลิกา (SiO2) ด้วยอัลตราโซนิก

ซิลิกามีทั้งรูปแบบที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำหลากหลายชนิด และมีขนาดอนุภาคละเอียดมาก ตั้งแต่ไม่กี่ไมโครเมตรลงไปจนถึงไม่กี่นาโนเมตร โดยทั่วไป ซิลิกาจะกระจายตัวได้ไม่ดีหลังการทำให้เปียก และยังทำให้เกิดฟองขนาดจิ๋วจำนวนมากในสูตรผลิตภัณฑ์ด้วย การใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีกระบวนการที่มีประสิทธิภาพในการกระจายไมโครซิลิกาและนาโนซิลิกา รวมถึงกำจัดก๊าซที่ละลายอยู่และฟองขนาดจิ๋วออกจากสูตรผลิตภัณฑ์

การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงและความถี่ต่ำ เพื่อกระจายอนุภาคและสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันในตัวกลางของเหลว สำหรับการกระจายตัวของซิลิกาและนาโนซิลิกา การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการ:
 

ความสำคัญของขนาดอนุภาคซิลิกา

สำหรับการใช้งานซิลิกาขนาดนาโนหรือไมโครหลายประเภท การกระจายตัวที่ดีและสม่ำเสมอมีความสำคัญอย่างยิ่ง บ่อยครั้งจำเป็นต้องใช้สารแขวนลอยซิลิกาที่มีขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ เช่น สำหรับการวัดขนาดอนุภาค โดยเฉพาะการใช้ในหมึก สารเคลือบ และพอลิเมอร์เพื่อเพิ่มความทนทานต่อรอยขีดข่วน อนุภาคซิลิกาต้องเล็กพอที่จะไม่รบกวนแสงที่มองเห็น เพื่อหลีกเลี่ยงความขุ่นมัวและคงความโปร่งใสไว้ สำหรับสารเคลือบส่วนใหญ่ อนุภาคซิลิกาต้องมีขนาดเล็กกว่า 40nm จึงจะเป็นไปตามข้อกำหนดนี้ สำหรับการใช้งานอื่น ๆ การเกาะรวมกันของอนุภาคซิลิกาขัดขวางการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคซิลิกาแต่ละอนุภาคกับตัวกลางโดยรอบ
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพในการกระจายซิลิกาสูงกว่าวิธีผสมด้วยแรงเฉือนสูงอื่น ๆ เช่น เครื่องผสมแบบหมุนหรือเครื่องกวนในถัง ภาพด้านล่างแสดงผลลัพธ์ทั่วไปของการกระจายซิลิกาฟูมในน้ำด้วยอัลตราโซนิก

การกระจายซิลิกาฟูมในน้ำด้วยอัลตราโซนิก

ประสิทธิภาพของกระบวนการลดขนาดซิลิกา

การกระจายตัวของนาโนซิลิกาด้วยอัลตราโซนิกเหนือกว่าวิธีผสมด้วยแรงเฉือนสูงอื่น ๆ เช่น IKA Ultra-Turrax อัลตราโซนิกสร้างสารแขวนลอยที่มีขนาดอนุภาคซิลิกาเล็กกว่า และการใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่า Pohl และ Schubert เปรียบเทียบการลดขนาดอนุภาคของ Aerosil 90 (2%wt) ในน้ำด้วย Ultra-Turrax (ระบบโรเตอร์–สเตเตอร์) กับการใช้ Hielscher UIP1000hd (เครื่องอัลตราโซนิก 1kW) กราฟด้านล่างแสดงผลลัพธ์ที่เหนือกว่าของกระบวนการอัลตราโซนิก จากผลการศึกษาของเขา Pohl สรุปว่า “เมื่อพลังงานจำเพาะ EV คงที่ อัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบโรเตอร์–สเตเตอร์” ประสิทธิภาพด้านพลังงานและความสม่ำเสมอของขนาดอนุภาคซิลิกามีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตที่ต้นทุนการผลิต กำลังการผลิตของกระบวนการ และคุณภาพผลิตภัณฑ์เป็นปัจจัยสำคัญ

อัลตราโซนิกเทียบกับ Ultra-turrax สำหรับการกระจายตัวของซิลิกา

ภาพด้านล่างแสดงผลลัพธ์ที่ Pohl ได้จากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับแกรนูลซิลิกาที่ผ่านการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งด้วยการพ่น

ซ้าย: ภาพ REM ของแกรนูลซิลิกาที่ผ่านการแช่เยือกแข็งด้วยการพ่น ก่อนการสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันด้วยอัลตราโซนิก
ขวา: ภาพ TEM ของชิ้นส่วนซิลิกาที่กระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก
การศึกษาและภาพ: Pohl และ Schubert, 2004)

เครื่องกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับสูตรซิลิกาคุณภาพสูง

Hielscher Ultrasonics เป็นธุรกิจของครอบครัวในประเทศเยอรมนีที่เชี่ยวชาญด้านการพัฒนา การผลิต และการจัดหาเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการบำบัดของเหลว สารแขวนลอยที่มีของแข็ง และเพสต์ เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถดำเนินกระบวนการกับสลาร์รีซิลิกาและสารแขวนลอยนาโนอื่น ๆ ได้อย่างเชื่อถือได้ เพื่อให้ได้คุณลักษณะตามข้อกำหนดใด ๆ ที่ต้องการ แม้แต่สูตรผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงสูง มีฤทธิ์ขัดสี หรือมีความหนืดสูง ก็สามารถกระจายตัวและสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยอัลตราโซนิก เครื่องอัลตราโซนิกขั้นสูงของเรามีความหลากหลายในการใช้งานอย่างยิ่ง และมีทางเลือกการบำบัดทั้งแบบแบตช์และแบบอินไลน์ที่ซับซ้อนและทันสมัย มาตรฐานคุณภาพสูงที่เชื่อถือได้และผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้เป็นคุณสมบัติสำคัญของการกระจายซิลิกาด้วยอัลตราโซนิก
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยของ Hielscher มีเมนูอัจฉริยะที่ใช้งานง่าย การตั้งค่าที่โปรแกรมได้ การบันทึกข้อมูลอัตโนมัติลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งในเครื่อง การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ และความทนทานสูง
แอมพลิจูดเป็นพารามิเตอร์ที่มีอิทธิพลมากที่สุดต่อกระบวนการอัลตราโซนิก แอมพลิจูดหมายถึงการกระจัดสูงสุดหรือการเคลื่อนที่จากยอดถึงยอดของคลื่นอัลตราโซนิก การกระจายตัว การสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกัน และการบดเปียกด้วยอัลตราโซนิกมักต้องใช้แอมพลิจูดสูง เพื่อให้พลังงานเพียงพอสำหรับการลดขนาดอนุภาค เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถให้แอมพลิจูดสูงเป็นพิเศษ สามารถใช้งานอย่างต่อเนื่องที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างสะดวกในการทำงานแบบ 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งกว่านี้ มีโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ผลิตตามความต้องการเฉพาะให้เลือกใช้
ตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกขนาดเล็กและขนาดกลางสำหรับการวิจัยและพัฒนาและระดับนำร่อง ไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตซิลิกาเชิงพาณิชย์ในโหมดต่อเนื่อง Hielscher Ultrasonics มีเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกที่เหมาะสม เพื่อตอบสนองความต้องการของคุณในการดำเนินกระบวนการซิลิกาที่เหนือกว่า

การออกแบบ การผลิต และการให้คำปรึกษา – คุณภาพที่ผลิตในเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นที่รู้จักอย่างดีในด้านมาตรฐานคุณภาพและการออกแบบสูงสุด ความทนทานและการใช้งานที่ง่ายช่วยให้ผสานเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับสถานประกอบการอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher รับมือกับสภาวะที่สมบุกสมบันและสภาพแวดล้อมที่มีข้อเรียกร้องสูงได้อย่างง่ายดาย

Hielscher Ultrasonics เป็นบริษัทที่ได้รับการรับรอง ISO และให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและใช้งานง่าย แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามข้อกำหนด CE และตรงตามข้อกำหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

ซิลิกา (SiO2, ซิลิคอนไดออกไซด์) คืออะไร?

ซิลิกาเป็นสารประกอบเคมีที่ประกอบด้วยซิลิคอนและออกซิเจน มีสูตรเคมี SiO2 หรือซิลิคอนไดออกไซด์ ซิลิกามีรูปแบบต่าง ๆ มากมาย เช่น ควอตซ์หลอม ซิลิกาฟูม ซิลิกาเจล และแอโรเจล ซิลิกามีอยู่ในรูปสารประกอบของแร่หลายชนิดและในรูปผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ ในธรรมชาติ ซิลิกาพบได้บ่อยที่สุดในรูปควอตซ์และในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ซิลิคอนไดออกไซด์ได้จากการทำเหมืองและการทำควอตซ์ให้บริสุทธิ์ รูปแบบหลักสามรูปแบบของซิลิกาอสัณฐาน ได้แก่ ซิลิกาไพโรเจนิก ซิลิกาตกตะกอน และซิลิกาเจล

ซิลิกาฟูม / ซิลิกาไพโรเจนิก

การเผาซิลิคอนเตตระคลอไรด์ (SiCl4) ในเปลวไฟไฮโดรเจนที่มีออกซิเจนสูงทำให้เกิดควัน SiO2 – ซิลิกาฟูม อีกวิธีหนึ่งคือการทำให้ทรายควอตซ์กลายเป็นไอในอาร์กไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 3000 °C ซึ่งให้ซิลิกาฟูมเช่นกัน ในทั้งสองกระบวนการ หยดซิลิกาอสัณฐานขนาดจุลภาคที่เกิดขึ้นจะหลอมรวมกันเป็นอนุภาคทุติยภูมิสามมิติที่แตกแขนงและมีลักษณะคล้ายโซ่ จากนั้นอนุภาคทุติยภูมิเหล่านี้จะเกาะรวมกันเป็นผงสีขาวที่มีความหนาแน่นรวมต่ำมากและพื้นที่ผิวสูงมาก ขนาดอนุภาคปฐมภูมิของซิลิกาฟูมที่ไม่มีรูพรุนอยู่ระหว่าง 5 ถึง 50 nm ซิลิกาฟูมมีผลในการเพิ่มความข้นอย่างมาก จึงใช้ซิลิกาฟูมเป็นสารเติมเต็มในอีลาสโตเมอร์ซิลิโคน และใช้ปรับความหนืดของสี สารเคลือบ กาว หมึกพิมพ์ หรือเรซินพอลิเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว ซิลิกาฟูมสามารถผ่านการปรับสภาพให้ไม่ชอบน้ำหรือชอบน้ำได้ สำหรับการใช้งานกับของเหลวอินทรีย์หรือระบบที่มีน้ำ ซิลิกาที่ไม่ชอบน้ำเป็นส่วนประกอบของสารลดฟองที่มีประสิทธิภาพ (สารป้องกันการเกิดฟอง)
คลิกที่นี่เพื่ออ่านเกี่ยวกับการกำจัดก๊าซและการลดฟองด้วยอัลตราโซนิก
ซิลิกาฟูม หมายเลข CAS 112945-52-5

ซิลิกาฟูมจากการถลุง / ไมโครซิลิกา

ซิลิกาฟูมจากการถลุงเป็นผงละเอียดมากขนาดนาโน ซึ่งรู้จักกันในชื่อไมโครซิลิกาเช่นกัน ไม่ควรสับสนระหว่างซิลิกาฟูมจากการถลุงกับซิลิกาฟูม กระบวนการผลิต สัณฐานวิทยาของอนุภาค และขอบเขตการใช้งานของซิลิกาฟูมจากการถลุงล้วนแตกต่างจากซิลิกาฟูม ซิลิกาฟูมจากการถลุงเป็นรูปแบบพหุสัณฐานของ SiO2 ที่เป็นอสัณฐานและไม่เป็นผลึก ซิลิกาฟูมจากการถลุงประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคเฉลี่ย 150 nm การใช้งานที่โดดเด่นที่สุดของซิลิกาฟูมจากการถลุงคือใช้เป็นวัสดุปอซโซลานสำหรับคอนกรีตสมรรถนะสูง โดยเติมลงในคอนกรีตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เพื่อปรับปรุงสมบัติของคอนกรีต เช่น กำลังรับแรงอัด กำลังยึดเหนี่ยว และความทนทานต่อการขัดสี นอกจากนี้ ซิลิกาฟูมจากการถลุงยังลดการซึมผ่านของไอออนคลอไรด์เข้าสู่คอนกรีต ซึ่งช่วยป้องกันเหล็กเสริมในคอนกรีตจากการกัดกร่อน
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการผสมซีเมนต์และซิลิกาฟูมจากการถลุงด้วยอัลตราโซนิก โปรดคลิกที่นี่!
ซิลิกาฟูมจากการถลุง หมายเลข CAS: 69012-64-2, ซิลิกาฟูมจากการถลุง หมายเลข EINECS: 273-761-1

ซิลิกาตกตะกอน

ซิลิกาตกตะกอนเป็น SiO2 สังเคราะห์รูปแบบอสัณฐานที่มีลักษณะเป็นผงสีขาว ซิลิกาตกตะกอนใช้เป็นสารเติมเต็ม สารทำให้นุ่ม หรือสารเพิ่มสมรรถนะในพลาสติกหรือยาง เช่น ยางรถยนต์ การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่ การเป็นสารทำความสะอาด สารเพิ่มความข้น หรือสารขัดในยาสีฟัน
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการผสมด้วยอัลตราโซนิกในการผลิตยาสีฟัน โปรดคลิกที่นี่!
อนุภาคปฐมภูมิของซิลิกาฟูมมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 5 ถึง 100 nm ขณะที่กลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันมีขนาดสูงถึง 40 µm และมีขนาดรูพรุนเฉลี่ยมากกว่า 30 nm เช่นเดียวกับซิลิกาไพโรเจนิก โดยพื้นฐานแล้วซิลิกาตกตะกอนไม่มีรูพรุนระดับไมโคร
ซิลิกาฟูมผลิตโดยการตกตะกอนจากสารละลายที่มีเกลือซิลิเกต หลังจากสารละลายซิลิเกตที่เป็นกลางทำปฏิกิริยากับกรดอนินทรีย์แล้ว จะเติมสารละลายกรดซัลฟิวริกและสารละลายโซเดียมซิลิเกตลงในน้ำพร้อมกัน โดยมีการกวน เช่น การกวนด้วยอัลตราโซนิก ซิลิกาตกตะกอนในสภาวะกรด นอกเหนือจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น ระยะเวลาการตกตะกอน อัตราการเติมสารตั้งต้น อุณหภูมิและความเข้มข้น และค่า pH แล้ว วิธีการและความเข้มของการกวนสามารถทำให้สมบัติของซิลิกาเปลี่ยนแปลงได้ การกวนเชิงกลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในห้องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตอนุภาคที่มีขนาดคงที่และสม่ำเสมอ การกวนด้วยอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิสูงช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดระยะเจล
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตกตะกอนของวัสดุนาโนโดยใช้อัลตราโซนิกช่วย เช่น ซิลิกาตกตะกอน โปรดคลิกที่นี่!
ซิลิกาตกตะกอน หมายเลข CAS: 7631-86-9

ซิลิกาคอลลอยด์ / คอลลอยด์ซิลิกา

ซิลิกาคอลลอยด์เป็นสารแขวนลอยของอนุภาคซิลิกาละเอียดที่ไม่มีรูพรุน เป็นอสัณฐาน และส่วนใหญ่มีรูปร่างทรงกลม อยู่ในเฟสของเหลว
การใช้งานที่พบบ่อยที่สุดของคอลลอยด์ซิลิกา ได้แก่ การเป็นสารช่วยระบายน้ำในการผลิตกระดาษ สารขัดสำหรับการขัดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเคมี สารดูดความชื้น สารเติมแต่งในสารเคลือบทนการขัดสี หรือสารลดแรงตึงผิวสำหรับการรวมตัวเป็นฟล็อก การจับตัวเป็นก้อน การกระจายตัว หรือการทำให้มีเสถียรภาพ
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับซิลิกาคอลลอยด์ในสารเคลือบพอลิเมอร์ที่ทนต่อการขัดสี โปรดคลิกที่นี่!

การผลิตซิลิกาคอลลอยด์เป็นกระบวนการหลายขั้นตอน การทำให้สารละลายแอลคาไลซิลิเกตเป็นกลางบางส่วนทำให้เกิดนิวเคลียสซิลิกา หน่วยย่อยของอนุภาคซิลิกาคอลลอยด์โดยทั่วไปมีขนาดอยู่ระหว่าง 1 ถึง 5 nm หน่วยย่อยเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกันได้ โดยขึ้นอยู่กับสภาวะของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน เมื่อลดค่า pH ให้ต่ำกว่า 7 หรือเติมเกลือ หน่วยเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะหลอมรวมกันเป็นโซ่ ซึ่งมักเรียกว่าซิลิกาเจล มิฉะนั้น หน่วยย่อยจะยังคงแยกจากกันและค่อย ๆ เติบโต ผลิตภัณฑ์ที่ได้มักเรียกว่าซิลิกาโซลหรือซิลิกาตกตะกอน สารแขวนลอยซิลิกาคอลลอยด์ถูกทำให้มีเสถียรภาพด้วยการปรับค่า pH จากนั้นจึงทำให้เข้มข้นขึ้น เช่น ด้วยการระเหย
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลเชิงกลจากคลื่นอัลตราโซนิกในกระบวนการโซล–เจล โปรดคลิกที่นี่!

ความเสี่ยงของซิลิกาต่อสุขภาพ

ซิลิโคนไดออกไซด์ชนิดผลึกที่แห้งหรือฟุ้งอยู่ในอากาศเป็นสารก่อมะเร็งปอดในมนุษย์ ซึ่งสามารถทำให้เกิดโรคปอดร้ายแรง มะเร็งปอด หรือโรคภูมิต้านตนเองที่มีผลต่อหลายระบบของร่างกาย เมื่อสูดฝุ่นซิลิกาเข้าไปและฝุ่นเข้าสู่ปอด จะทำให้เกิดเนื้อเยื่อแผลเป็นและลดความสามารถของปอดในการรับออกซิเจน (โรคซิลิโคซิส) การทำให้เปียกและการกระจาย SiO2 ลงในเฟสของเหลว เช่น ด้วยการโฮโมจีไนซ์ด้วยอัลตราโซนิก ขจัดความเสี่ยงจากการสูดดม ดังนั้น ความเสี่ยงที่ผลิตภัณฑ์ของเหลวซึ่งมี SiO2 จะก่อให้เกิดโรคซิลิโคซิสจึงต่ำมาก โปรดใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลที่เหมาะสมเมื่อจัดการซิลิกาในรูปผงแห้ง!

เอกสารอ้างอิง

• 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.