سیلیس، همچنین به عنوان SiO2، نانوسیلیس یا میکروسیلیس شناخته می‌شود در خمیر دندان، سیمان، لاستیک مصنوعی، پلیمر با عملکرد بالا یا در محصولات غذایی به عنوان غلیظ کننده، جاذب، ماده ضد انعقاد، یا حامل عطرها و طعم ها. در زیر شما با استفاده از نانوسیلیس و میکروسیلیس و اینکه چگونه اثرات مکانیکی فراصوت می تواند با ایجاد سوسپانسیون‌های سیلیس بهتر یا سنتز نانو ذرات سیلیس‌، کارایی فرآیند و عملکرد محصول نهایی را بهبود بخشد، بیشتر می‌آموزید.

نانوذرات سیلیکا قبل از تابش فراصوت
نانوذرات سیلیکا بعد از تابش فراصوت

پراکندگی سیلیکا/ سوسپانسیون سیلیکا/نانو سیلیس (SiO2)

سیلیس در طیف گسترده‌ای از اشکال آب دوست و آبگریز موجود است و دارای اندازه ذرات بسیار ریز از چند میکرومتر تا چند نانومتر است. به طور معمول سیلیس پس از خیس شدن به خوبی پراکنده نمی‌شود. همچنین میکرو حباب‌های زیادی به فرمولاسیون محصول اضافه می‌کند. تابش التراسونیک یک فرآیند موثر برای پراکندگی میکروسیلیس و نانو‌سیلیس و حذف گاز محلول و حباب‌های میکرو از فرمولاسیون است.

برای بسیاری از کاربردهای سیلیس در ابعاد نانو یا میکرو، پراکندگی خوب و یکنواخت بسیار مهم است. اغلب، به یک سوسپانسیون سیلیس مونو دیسپرس نیاز است، به عنوان مثال. برای اندازه گیری اندازه ذرات به ویژه برای استفاده در جوهرها یا پوشش ها و پلیمرها برای بهبود مقاومت در برابر خراش، ذرات سیلیس باید به اندازه کافی کوچک باشند تا در نور مرئی تداخل ایجاد نکنند تا از مه گرفتگی جلوگیری شود و شفافیت محصول حفظ گردد. برای اکثر پوشش‌ها، ذرات سیلیس برای تأمین این نیاز باید کوچکتر از 40 نانومتر باشند. برای سایر کاربردها‌، تجمع ذرات سیلیس مانع از تعامل هر یک از ذرات سیلیس با محیط اطراف می‌شود. هموژنایزرهای اولتراسونیک در پراکندگی سیلیس مؤثرتر از سایر روش‌های اختلاط با برش بالا‌، مانند میکسر‌های دوار یا همزن مخزن هستند. تصویر زیر یک نتیجه معمول از پراکندگی سیلیس بخار در آب توسط التراسونیک را نشان می دهد.

مقایسه کارایی التراسونیک و High shear(روتور-استاتور) در کاهش اندازه سیلیس

پراکندگی التراسونیک نانو سیلیس نسبت به سایر روش های اختلاط با برش بالا، مانند IKA Ultra-Turrax ، برتر است. اولتراسونیک سوسپانسیون‌هایی از اندازه ذرات سیلیس کوچکتر را تولید می‌کند و اولتراسونیک فناوری با بهره‌وری انرژی بیشتر است. پول و شوبرت کاهش اندازه ذرات Aerosil 90 (2٪ وزنی) در آب را با استفاده از Ultra-Turrax (سیستم روتور-استاتور) با Hielscher UIP1000hd (دستگاه اولتراسونیک 1 کیلووات) مقایسه کردند. نمودار زیر نتایج برتر فرآیند اولتراسونیک را نشان می دهد. در نتیجه مطالعه خود، پول نتیجه گرفت که “در انرژی ویژه ثابت EV التراسونیک از سیستم روتور-استاتور مؤثرتر است.” در فرآیندهای تولید، جایی که هزینه تولید، ظرفیت فرآیند و کیفیت محصول مهم است، از میزان انرژی و یکنواختی اندازه ذرات سیلیس از اهمیت بالایی برخوردار است.

سیلیس (SiO2 ، دی اکسید سیلیکون) چیست؟

 سیلیس یک ترکیب شیمیایی است که از سیلیسیم و اکسیژن با فرمول شیمیایی SiO2 یا دی اکسید سیلیسیم تشکیل شده است. انواع مختلف سیلیس وجود دارد، مانند کوارتز ذوب شده، سیلیس بخار، سیلیکاژل و آئروژل‌ها. سیلیس به عنوان ترکیبی از چندین ماده معدنی و به عنوان یک محصول مصنوعی وجود دارد. سیلیس معمولاً در طبیعت به عنوان کوارتز و در موجودات زنده مختلف یافت می‌شود. دی اکسید سیلیسیم با استخراج و تصفیه کوارتز بدست می‌آید. سه شکل اصلی سیلیس، آمورف سیلیس پیروژنیک، سیلیس رسوب یافته و ژل سیلیکا است.

بخار سیلیکا/ سیلیس پیروژنیک

 سوزاندن تتراکلرید سیلیسیم(SiCl4) در شعله هیدروژن غنی از اکسیژن، دود سیلیس بخار SiO2 تولید می‌کند. یا در روش دیگر، بخار شدن ماسه کوارتز در قوس الکتریکی 3000 درجه سانتیگراد، سیلیس بخار تولید می‌کند. در هر دو فرآیند، قطرات میکروسکوپی حاصل از سیلیس بی‌شکل در ذرات ثانویه شاخه‌ای، زنجیره‌ای و سه بعدی ذوب می‌شوند. این ذرات ثانویه سپس به صورت پودری سفید با تراکم فله‌ای بسیار کم و سطح بسیار بالا جمع می شوند. اندازه ذرات اولیه سیلیس بخار غیر متخلخل بین 5 و 50 نانومتر است. سیلیس بخار اثر ضخیم شدن بسیار قوی دارد. از این رو، سیلیس بخار به عنوان پرکننده در الاستومر سیلیکون و تنظیم ویسکوزیته در رنگ، پوشش، چسب، جوهر چاپ یا رزین های پلی‌استر غیر اشباع استفاده می‌شود. سیلیس بخار را می توان برای استفاده از مایع آلی یا کاربردهای آبی، آبگریز یا آب دوست ساخت. سیلیس هیدروفوبیک یک جز مؤثر بر کف زدایی (ماده ضد کف) است.

کف سیلیکا / میکروسیلیکا

کف سیلیکا یک پودر فوق العاده ریز، اندازه نانو است که به آن میکرو سیلیس نیز می‌گویند. بخار سیلیکا را نباید با کف سیلیکا اشتباه گرفت. روند تولید، مورفولوژی ذرات و زمینه های استفاده از بخار سیلیس همه با کف سیلیکا متفاوت است. بخار سیلیس یک شکل آمورف، غیر بلوری و چند شکل از SiO2 است. کف سیلیکا از ذرات کروی با قطر متوسط ذرات 150 نانومتر تشکیل شده است. برجسته ترین کاربرد بخار سیلیس به عنوان ماده پوزولانی برای بتن با کارایی بالا است. این ماده برای بهبود خصوصیات بتن مانند مقاومت فشاری، مقاومت پیوند و مقاومت در برابر سایش به بتن سیمان پرتلند اضافه می‌شود. فراتر از آن، بخار سیلیس نفوذ پذیری بتن به یون‌های کلرید را کاهش می‌دهد. این از فولاد تقویت کننده بتن در برابر خوردگی محافظت می کند.

سیلیکا پریسیپیت

سیلیکا پریسیپیت یک فرم آمورف مصنوعی پودری سفید از SiO2 است. سیلیکا پریسیپیت به عنوان پرکننده، نرم کننده یا بهبود عملکرد در پلاستیک ها یا لاستیک استفاده می شود، به عنوان مثال لاستیک ماشین. از دیگر موارد استفاده می توان به مواد پاک کننده، غلیظ کننده یا صیقل دهنده در خمیر دندان اشاره کرد.

ذرات اولیه سیلیکا بخار قطر بین 5 تا 100 نانومتر دارند ، در حالی که اندازه آگلومرا تا 40 میکرومتر با اندازه منافذ متوسط ​​بزرگتر از 30 نانومتر است. مانند سیلیس پیروژنیک، سیلیکا پریسیپیت نیز اساساً ریز متخلخل نیست. سیلیس بخار در اثر رسوب از محلول حاوی نمک های سیلیکات تولید می شود. پس از واکنش یک محلول سیلیکات خنثی با یک اسید معدنی، محلول های سولفوریک اسید و سیلیکات سدیم همزمان با هم زدن، مانند هم زدن اولتراسونیک، به آب اضافه می شوند. سیلیس در شرایط اسیدی رسوب می کند. علاوه بر عواملی، مانند مدت زمان رسوب، میزان افزودن واکنش دهنده ها، دما و غلظت و H ، روش و شدت همزنی می تواند خصوصیات سیلیس را تغییر دهد. همزنی سونوشیمیایی در محفظه راکتور مافوق صوت یک روش مؤثر برای تولید اندازه ذرات ثابت و یکنواخت است. تحریک اولتراسونیک در دمای بالا از تشکیل یک مرحله ژل جلوگیری می‌کند.

سیلیس کلوئیدی

 سیلیس کلوئیدی سوسپانسیونی از ذرات ریز غیر متخلخل، بی شکل، عمدتاً کروی در یک فاز مایع است. رایج‌ترین موارد استفاده از کلوئیدهای سیلیس به عنوان کمک تخلیه در ساخت کاغذ، ساینده برای پرداخت ویفر سیلیکون، کاتالیزور در فرآیندهای شیمیایی، جاذب رطوبت، مواد افزودنی به پوشش‌های مقاوم در برابر سایش، یا سورفاکتانت برای لخته شدن، انعقاد، پراکندگی یا تثبیت است.

تولید سیلیس کلوئیدی یک فرآیند چند مرحله‌ای است. خنثی سازی جزئی محلول قلیایی- سیلیکات منجر به تشکیل هسته‌های سیلیس می‌شود. زیر واحد ذرات سیلیس کلوئیدی معمولاً در محدوده بین 1 تا 5 نانومتر قرار دارند. بسته به شرایط پلیمریزاسیون می توان این زیرواحدها را به یکدیگر متصل کرد. با کاهش pH به زیر 7 یا با افزودن نمک‌، واحدها تمایل دارند که در زنجیره‌هایی با هم ترکیب شوند که غالباً به آنها ژل‌های سیلیس می‌گویند. در غیر این صورت ، زیرواحدها جدا می‌شوند و به تدریج رشد می‌کنند. به محصولات بدست آمده غالباً سیلیس‌سل یا سیلیس رسوبی گفته می‌شود. سوسپانسیون سیلیس کلوئیدی با تنظیم pH تثبیت شده و سپس غلیظ می‌شود، به عنوان مثال. توسط تبخیر

خطر سلامتی استفاده ازسیلیکا

 دی اکسید سیلیس کریستالی خشک یا منتقل شده در هوا، عامل سرطان ریه انسان است که می تواند باعث بیماری های جدی ریه‌، سرطان ریه یا بیماری های خود ایمنی سیستمیک شود. هنگامی که گرد و غبار سیلیکا استنشاق می‌شود و وارد ریه‌ها می‌شود، باعث ایجاد بافت اسکار می‌شود و توانایی ریه‌ها را برای گرفتن اکسیژن کاهش می‌دهد (سیلیکوز). خیس شدن و پراکندگی SiO2 در یک فاز مایع، به عنوان مثال با همگن اولتراسونیک‌، خطر استنشاق را از بین می‌برد. بنابراین خطر یک محصول مایع که حاوی SiO2 باشد باعث ایجاد سیلیکوز می‌شود بسیار کم است. لطفا هنگام استفاده از سیلیس به صورت پودر خشک از تجهیزات محافظت شخصی مناسب استفاده کنید!