Ультразвукова дисперсія кремнезему (SiO2)

Діоксид кремнію, також відомий як SiO2, нано-кремнезем або мікрокремнезем, використовується в зубній пасті, цементі, синтетичному каучуку, високоефективному полімері або в харчових продуктах як загусник, адсорбент, агент проти злежування або носій для ароматизаторів і ароматизаторів. Нижче ви дізнаєтеся більше про використання нанокремнезему та мікрокремнезему, а також про те, як сономеханічні ефекти ультразвуку можуть підвищити ефективність процесу та продуктивність кінцевого продукту шляхом створення кращих суспензій кремнезему та полегшення синтезу наночастинок кремнезему.

Переваги ультразвукової дисперсії нанокремнезему (SiO2)

Діоксид кремнію доступний у широкому діапазоні гідрофільних і гідрофобних форм і має надзвичайно дрібний розмір частинок від кількох мікрометрів до деяких нанометрів. Як правило, кремнезем погано диспергується після зволоження. Він також додає багато мікропухирців до складу продукту. Ультразвук – це ефективна технологія процесу для диспергування мікрокремнезему та нанокремнезему та видалення розчиненого газу та мікробульбашок із рецептури.

Ультразвукова дисперсія — це техніка, яка використовує високоінтенсивні низькочастотні ультразвукові хвилі для розсіювання та деагломерації частинок у рідкому середовищі. Коли справа доходить до диспергування кремнезему та нанокремнезему, ультразвукова дисперсія має кілька переваг:
 

Важливість розміру частинок кремнезему

Для багатьох застосувань кремнезему нанорозміру або мікророзміру хороша та рівномірна дисперсія дуже важлива. Часто потрібна монодисперсна суспензія кремнезему, наприклад, для вимірювання розміру частинок. Зокрема, для використання в чорнилах або покриттях і полімерах для підвищення стійкості до подряпин, частинки кремнезему повинні бути досить дрібними, щоб не заважати видимому світлу, щоб уникнути помутніння і зберегти прозорість. Для більшості покриттів частинки кремнезему повинні бути меншими за 40 нм, щоб задовольнити цю вимогу. Для інших застосувань агломерація частинок кремнезему перешкоджає взаємодії кожної окремої частинки кремнезему з навколишнім середовищем.
Ультразвукові гомогенізатори більш ефективні в диспергуванні кремнезему, ніж інші методи змішування з високим зсувом, такі як роторні змішувачі або мішалки резервуарів. На малюнку нижче показаний типовий результат ультразвукового диспергування димчастого кремнезему у воді.

Ультразвукове диспергування димчастого кремнезему у воді

Ефективність обробки при зменшенні розміру кремнезему

Ультразвукова дисперсія нано-кремнезему перевершує інші методи змішування з високим зсувом, такі як IKA Ultra-Turrax. Ультразвук виробляє суспензії з меншим розміром частинок кремнезему, а ультразвук є більш енергоефективною технологією. Поль і Шуберт порівняли зменшення розміру частинок Aerosil 90 (2%wt) у воді за допомогою Ultra-Turrax (система ротор-статор) з Hielscher UIP1000hd (ультразвуковий пристрій потужністю 1 кВт). На графіку нижче показані чудові результати ультразвукового процесу. В результаті свого дослідження Поль прийшов до висновку, що «при постійній питомій енергії ультразвук EV більш ефективний, ніж система ротор-статор». Енергетична ефективність та однорідність гранул кремнезему мають першорядне значення у виробничих процесах, де мають значення вартість виробництва, потужність процесу та якість продукції.

Ультразвук проти ультратурраксу для дисперсії кремнезему

На малюнках нижче показані результати, які Пол отримав за допомогою ультразвукового спрею ліофілізованих гранул кремнезему.

Зліва: REM-знімки гранул кремнезему для заморожування розпиленням перед ультразвуковою деагломерацією
Справа: ТЕМ-знімки ультразвуково дисперсних фрагментів кремнезему
Етюд і зображення: Поль і Шуберт, 2004)

Високоефективні ультразвукові диспергатори для високоякісних кремнеземних складів

Hielscher Ultrasonics - це німецьке сімейне підприємство, що спеціалізується на розробці, виробництві та постачанні високоефективних ультразвукових гомогенізаторів для обробки рідин, твердовантажних суспензій і паст. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher надійно переробляють кремнеземні суспензії та інші наносупенії з метою отримання будь-якої бажаної специфікації. Навіть склади продуктів, які є високочутливими, абразивними або високов'язкими, можуть бути ефективно дисперговані та деагломеровані за допомогою ультразвуку. Наші вдосконалені ультразвукові апарати надзвичайно універсальні та пропонують складні можливості пакетного та вбудованого лікування. Надійно високі стандарти якості та відтворювані результати є ключовими характеристиками ультразвукової дисперсії кремнезему.
Сучасні ультразвукові прилади промислового класу Hielscher мають розумне та зручне меню, програмовані налаштування, автоматичне протоколювання даних на вбудованій SD-карті, дистанційне керування браузером та високу надійність.
Амплітуда є найвпливовішим параметром, коли мова йде про ультразвукову обробку. Під амплітудою мається на увазі максимальне зміщення або рух від піку до піку ультразвукової хвилі. Для ультразвукової диспергії, деагломерації та мокрого подрібнення часто потрібні високі амплітуди, щоб застосувати достатню енергію для зменшення розміру частинок. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть видавати виключно високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Від малого і середнього розміру R&D та пілотні ультразвукові пристрої до промислових систем для комерційного виробництва кремнезему в безперервному режимі, Hielscher Ultrasonics має відповідний ультразвуковий процесор, щоб задовольнити ваші вимоги до чудової обробки кремнезему.

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Що таке діоксид кремнію (SiO2, діоксид кремнію)?

Діоксид кремнію — це хімічна сполука, що складається з кремнію та кисню з хімічною формулою SiO2, або діоксид кремнію. Існує багато різних форм кремнезему, таких як плавлений кварц, димчастий кремнезем, силікагель і аерогелі. Кремнезем існує у вигляді сполуки кількох мінералів і як синтетичний продукт. Кремнезем найчастіше зустрічається в природі у вигляді кварцу і в різних живих організмах. Діоксид кремнію отримують шляхом видобутку і очищення кварцу. Трьома основними формами аморфного кремнезему є пірогенний кремнезем, осаджений кремнезем і силікагель.

Димований кремнезем / пірогенний кремнезем

При спалюванні чотирихлористого кремнію (SiCl4) в багатому киснем водневому полум'ї утворюється дим SiO2 – димчастий кремнезем. Крім того, випаровування кварцового піску в електричній дузі 3000 °C також виробляє димчастий кремнезем. В обох процесах отримані мікроскопічні краплі аморфного кремнезему зливаються в розгалужені, ланцюгоподібні, тривимірні вторинні частинки. Потім ці вторинні частинки агломеруються в білий порошок з надзвичайно низькою насипною щільністю і дуже великою площею поверхні. Розмір первинних частинок непористого димчастого кремнезему становить від 5 до 50 нм. Димований кремнезем має дуже сильний ефект загущення. Отже, димчастий кремнезем використовується як наповнювач у силіконовому еластомері та для регулювання в'язкості у фарбах, покриттях, клеях, друкарських фарбах або ненасичених поліефірних смолах. Димчастий кремнезем можна обробити, щоб зробити його гідрофобним або гідрофільним для органічних рідких або водних застосувань. Гідрофобний кремнезем є ефективним піногасним компонентом (антипіноутворювачем).
Натисніть тут, щоб прочитати про ультразвукову дегазацію та піногасіння.
Димчастий кремнезем CAS номер 112945-52-5

Кремнезем / Мікрокремнезем

Кремнезем — це надтонкий нанорозмірний порошок, також відомий як мікрокремнезем. Дим кремнезему не слід плутати з димчастим кремнеземом. Процес виробництва, морфологія частинок і області застосування диму кремнезему відрізняються від процесів диму кремнезему. Дим кремнезему є аморфною, некристалічною, поліморфною формою SiO2. Дим кремнезему складається з сферичних частинок із середнім діаметром частинок 150 нм. Найбільш помітним застосуванням кремнезему є пуццолановий матеріал для бетону з високими експлуатаційними характеристиками. Його додають до портландцементного бетону для покращення властивостей бетону, таких як міцність на стиск, міцність зчеплення та стійкість до стирання. Крім того, пар кремнезему знижує проникність бетону для іонів хлору. Це захищає арматурну сталь бетону від корозії.
Щоб дізнатися більше про ультразвукове змішування цементу та кремнезему, натисніть тут!
Номер CAS кремнеземного диму: 69012-64-2, номер Silica Fume EINECS: 273-761-1

Кремнезем в осад

Осаджений кремнезем являє собою білу порошкоподібну синтетичну аморфну форму SiO2. Осаджений кремнезем використовується як наповнювач, пом'якшувач або покращувач продуктивності пластмас або гуми, наприклад, для шин. Інші способи використання включають чистячий, загущаючий або полірувальний засіб у зубних пастах.
Щоб дізнатися більше про ультразвукове змішування у виробництві зубної пасти, натисніть тут!
Первинні частинки димчастого кремнезему мають діаметр від 5 до 100 нм, тоді як розмір агломерату становить до 40 мкм, а середній розмір пір перевищує 30 нм. Як і пірогенний кремнезем, осаджений кремнезем по суті не є мікропористим.
Димований кремнезем отримують шляхом осадження з розчину, що містить силікатні солі. Після реакції нейтрального силікатного розчину з мінеральною кислотою до води додають сірчану кислоту і розчини силікату натрію одночасно з перемішуванням, наприклад ультразвуковим перемішуванням. Кремнезем випадає в осад в кислих умовах. Крім таких факторів, як тривалість опадів, швидкість приєднання реагентів, температура і концентрація, а також рН, спосіб і інтенсивність перемішування можуть варіювати властивості кремнезему. Сономеханічне перемішування в камері ультразвукового реактора є ефективним методом отримання стабільного та однорідного розміру частинок. Ультразвукове перемішування при підвищених температурах дозволяє уникнути утворення гелевої стадії.
Для отримання додаткової інформації про ультразвукове осадження наноматеріалів, таких як осаджений кремнезем, будь ласка, натисніть тут!
Осаджений кремнезем номер CAS: 7631-86-9

Колоїдний діоксид кремнію / колоїд кремнезему

Колоїдний кремнезем являє собою суспензію дрібних непористих, аморфних, переважно сферичних частинок кремнезему в рідкій фазі.
Найбільш поширеним використанням колоїдів кремнезему є дренажний допоміжний засіб у виробництві паперу, абразив для полірування кремнієвих пластин, каталізатор у хімічних процесах, абсорбувач вологи, добавка до стійких до стирання покриттів або поверхнево-активна речовина для флокуляції, коагуляції, диспергування або стабілізації.
Щоб дізнатися більше про колоїдний кремнезем у стійких до стирання полімерних покриттях, натисніть тут!

Виробництво колоїдного кремнезему є багатоетапним процесом. Часткова нейтралізація лужно-силікатного розчину призводить до утворення ядер кремнезему. Субодиниці колоїдних частинок кремнезему зазвичай знаходяться в діапазоні від 1 до 5 нм. Залежно від умов полімеризації ці субодиниці можуть з'єднуватися між собою. Знижуючи рН нижче 7 або шляхом додавання солі, одиниці мають тенденцію зливатися в ланцюжки, які часто називають силікагелями. В іншому випадку субодиниці залишаються відокремленими і поступово ростуть. Отримані продукти часто називають кремнеземистими золями або осадженим кремнеземом. Колоїдна суспензія кремнезему стабілізується шляхом регулювання рН, а потім концентрується, наприклад, шляхом випаровування.
Щоб дізнатися більше про сономеханічні ефекти в золь-гель процесах, натисніть тут!

Ризик кремнезему для здоров'я

Сухий або повітряний кристалічний діоксид кремнію є канцерогеном легенів людини, який може викликати серйозні захворювання легенів, рак легенів або системні аутоімунні захворювання. Коли кремнеземний пил вдихається і потрапляє в легені, це викликає утворення рубцевої тканини і знижує здатність легенів поглинати кисень (силікоз). Змочування і диспергування SiO2 в рідку фазу, наприклад шляхом ультразвукової гомогенізації, виключає ризик вдихання. Таким чином, ризик того, що рідкий продукт, який містить SiO2, викличе силікоз, дуже низький. Будь ласка, використовуйте відповідні засоби індивідуального захисту під час роботи з діоксидом кремнію у вигляді сухого порошку!

Література