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使用微射流均质机解决纳米二氧化硅团聚问题

2019-10-28 16:48:53

纳米二氧化硅(nano-silicon dioxide)是一种常用的无机纳米氧化物材料,俗称白炭黑。颗粒粒径处于纳米级,尺寸范围是1~100nm,纳米化让二氧化硅拥有许多独特的性质,比如抗紫外线的光学性能,提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。纳米二氧化硅的用途非常广泛,常用于药物载体,化妆品,陶瓷,涂料和电子封装材料等。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末,无毒、无味、无污染,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,分子式和结构式为SiO2,结构稳定不溶于水及有机溶剂。

以下是纳米二氧化硅常见的行业应用:

1.作为药物载体,纳米二氧化硅可以用于制药行业中的药物载体,其稳定悬浮和纳米粒径可以让药物具有很好的缓释效果。

2.用作化妆品成分,二氧化硅是稳定无机物,不与其他组分反应,反射紫外线能力强,颜色白色无毒无味,紫外线照射后不分解不变色。

3.将纳米二氧化硅替代氧化铝后的陶瓷可提高强度、韧性、硬度和弹性模量等性能参数,也能提高陶瓷基片的致密性和光洁度。

4.表面活性处理后的纳米二氧化硅分散在有机硅改性环氧树脂封装胶基质中,可以大幅度地缩短封装材料固化时间,且固化温度可降低到室温,使器件密封性能得到显著提高,增加器件的使用寿命。

综上所述纳米二氧化硅的用途是非常广泛的,一般添加0.5-2%。对产品性能的提升主要依赖于纳米二氧化硅的充分分散,但由于纳米材料的表面能通常较大会导致团聚才微米级颗粒,直接添加情况下功能性得不到很大的提升。高压微射流均质作为新一代的超高压均质技术,其独特的对射流结构可以将物料颗粒提速至超音速再相互对撞剪切达到纳米细化的效果,以下就是用美国Genizer公司的实验型微射流均质机Nanogenizer30K进行纳米二氧化硅的松团分散实验:

称取5g二氧化硅粉末(客户提供纯度99.9%),分散于100ml水中,磁力搅拌初步混匀;在15000psi、25000psi条件下用H10Z金刚石交互容腔均质1次、3次,并分别取样用于粒度测试;最后在线清洗设备,收拾试验台。

经过金刚石交互容腔反应1次的样品与未进行微射流高压均质反应的样品在进出料注射器中有较明显的颜色与透明度差异。均质后溶液较清澈泛蓝光放置一个月都可以稳定悬浮,均质前的混悬液是乳白色不透明静置一会底部就会出现很明显大颗粒沉淀。最终粒径检测显示15Kpsi 反应1次的二氧化硅水溶液D90为10nm,D50 5nm 左右;ζ电位在100左右,也显示处溶液较好的稳定性。

二氧化硅使用Nanogenizer30K均质前后图片


二氧化硅使用Nanogenizer30K均质后粒径分布图

微射流均质机是新一代的高压均质机,采用对射流金刚石交互容腔配合液压增压泵的结构取代了原来均质阀加皮带轮结构,提高了均质压力及粒径效果并延长了均质核心使用寿命。其核心原理是将物料在百微米级孔道形成超音速射流进行对撞,将溶液中的液滴和颗粒进行细化,收窄粒径分布,进而使物料的功能性发生明显的改变以满足各行业对溶解度,稳定性,乳化性,透明度等指标的要求,可以应用于制药、生物技术、化妆品、食品饮品和高新纳米材料等行业均质使用。

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