Ultrazvučno ubrzana kristalizacija gipsa
- Ultrazvučno miješanje i dispergiranje ubrzava kristalizaciju i reakciju vezivanja gipsa (CaSO4･2H2O).
- Primjena snažnog ultrazvuka na gipsanu suspenziju ubrzava kristalizaciju i na taj način smanjuje vrijeme vezivanja.
- Osim bržeg vezivanja, proizvedene zidne ploče imaju smanjenu gustoću.
- Ultrazvučno raspršivanje ojačavajućih nano materijala (npr. CNT, nanovlakna ili silicijum dioksid) u gips rezultira visokom mehaničkom čvrstoćom i niskom poroznošću.
Ultrazvuk za poboljšanu proizvodnju gipsa
Da bi se pokrenula reakcija vezivanja kalcijum sulfat hemihidrata i vode, kalcijum sulfat hemihidrat se mora ravnomjerno raspršiti u vodi tako da se dobije homogena suspenzija. Ultrazvučna disperzija osigurava da su čestice potpuno navlažene tako da se postiže potpuna hidratacija hemihidrata. Ultrazvučno miješanje gipsane suspenzije ubrzava vrijeme vezivanja zbog ubrzane kristalizacije.
Dodatni sastojci kao što su akceleratori i ojačavajući nano materijali također se mogu vrlo ravnomjerno umiješati u gipsanu suspenziju.
Princip rada ultrazvučnog dispergovanja
Kada se ultrazvuk velike snage spoji u tečnost ili kašu, dolazi do ultrazvučno generisane kavitacije. ultrazvučna kavitacija stvara lokalno ekstremne uslove uključujući velike smične sile, mlazove tekućine, mikro turbulencije, visoke temperature, visoke brzine grijanja i hlađenja, kao i visoke pritiske. Te kavitacijske smične sile nadvladavaju sile vezivanja između molekula tako da se deaglomeriraju i raspršuju kao pojedinačne čestice. Nadalje, čestice se ubrzavaju kavitacijskim mlazovima tekućine tako da se sudaraju jedna s drugom i na taj način se razlažu na nano ili čak primarnu veličinu čestica. Ovaj fenomen je poznat kao ultrazvučno mokro mljevenje.
Snažni ultrazvuk stvara mjesta nukleacije u otopini tako da se postiže ubrzana kristalizacija.
Kliknite ovdje da saznate više o sono-kristalizaciji – kristalizacija uz pomoć ultrazvuka!
industrijski ultrazvučni disperzer
Ultrazvučna disperzija aditiva
U mnogim hemijskim procesima, sonikacija se koristi za mešanje aditiva kao što su sredstva za usporavanje (npr. proteini, organske kiseline), modifikatori viskoziteta (npr. superplastifikatori), sredstva protiv gorenja, borna kiselina, hemikalije otporne na vodu (npr. polisiloksani, emulzije voska), staklena vlakna, pojačivači otpornosti na vatru (npr. vermikulit, glina i/ili ispareni silicijum), polimerna jedinjenja (npr. PVA, PVOH) i drugi konvencionalni aditivi u formulaciji za poboljšanje formulacije gipsa, spojeva za vezivanje i gipsanih cementa i kako biste smanjili vrijeme njegovog stvrdnjavanja.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnom miješanju i miješanju aditiva!
Industrijski ultrazvučni sistemi
Hielscher Ultrasonics je vaš vrhunski dobavljač ultrazvučnih sistema velike snage za stolne i industrijske aplikacije. Hielscher nudi moćne i robusne industrijske ultrazvučne procesore. Naš UIP16000 (16kW) je najmoćniji ultrazvučni procesor na svijetu. Ovaj ultrazvučni sistem od 16 kW lako obrađuje velike količine čak i visoko viskoznih suspenzija (do 10.000 cp). Visoke amplitude do 200µm (i više na zahtjev) osiguravaju da je materijal pravilno tretiran tako da se postigne željeni nivo disperzije, deaglomeracije i mljevenja. Ova intenzivna sonikacija proizvodi nano-čestične suspenzije za brze stope vezivanja i vrhunske proizvode od gipsa.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000 |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi pomaže nam da konsultujemo naše kupce od prvih studija izvodljivosti do implementacije procesa u industrijskoj skali.
Literatura/Reference
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Utjecaj ultrazvuka na fluidnost i vezivanje portland cementnih pasta; na: 17. međunarodnoj konferenciji o građevinskim materijalima 23. – 26. rujna 2009., Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; u: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, muškarac; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Priprema i svojstva kompozita od kalcijum sulfata i prirodne gume. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
Činjenice koje vrijedi znati
Proizvodnja gipsanih ploča
Tokom procesa proizvodnje gipsane ploče, vodena suspenzija kalciniranog gipsa – tzv. kalcijum sulfat hemihidrat – je raširen između gornjeg i donjeg lista papira. Tako stvoreni proizvod mora se kontinuirano pomicati na pokretnoj traci dok se kaša ne stegne. Ploča se zatim suši dok višak vode u gipsanoj ploči ne ispari. U proizvodnji gipsanih zidnih ploča poznato je dodavanje različitih supstanci u suspenziju za poboljšanje procesa proizvodnje ili same ploče. Na primjer, uobičajeno je da se smanji težina suspenzije ugradnjom agensa za pjenjenje kako bi se obezbijedio stepen aeracije koji smanjuje gustinu završne zidne ploče.
kalcijum sulfat
Kalcijum sulfat (ili kalcijum sulfat) je neorgansko jedinjenje sa formulom CaSO4 i srodni hidrati. U bezvodnom obliku γ-anhidrita, koristi se kao sredstvo za sušenje opće namjene. Poseban hidrat CaSO4 poznat je kao pariski gips. Drugi važan hidrat je gips, koji se prirodno javlja kao mineral. Posebno se gips široko koristi za industrijsku primjenu, npr. kao građevinski materijal, punilo, u polimerima itd. Svi oblici CaSO4 pojavljuju se kao bijele čvrste tvari i teško su topljive u vodi. Kalcijum sulfat uzrokuje trajnu tvrdoću vode.
Neorgansko jedinjenje CaSO4 javlja se u tri nivoa hidratacije:
- bezvodno stanje (ime minerala: “anhidrit”) sa formulom CaSO4.
- dihidrat (ime minerala: “gips”) sa formulom CaSO4(H2o)2.
- hemihidrat sa formulom CaSO4(H22O)0.5. Specifični hemihidrati se mogu razlikovati kao alfa-hemihidrat i beta-hemihidrat.
Reakcije hidratacije i dehidracije
Kada se toplota primeni, gips se pretvara u delimično dehidriran mineral – takozvani kalcijum sulfat hemihidrat, kalcinirani gips ili pariški gips. Kalcinirani gips ima formulu CaSO4·(nH2O), gdje je 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperature između 100°C i 150°C (212°F – 302°F) neophodni su za uklanjanje vode koja je vezana u njegovoj strukturi. Tačna temperatura i vrijeme grijanja zavise od vlažnosti okoline. Za industrijsku kalcinaciju primjenjuju se temperature do 170°C (338°F). Međutim, na ovim temperaturama počinje formiranje γ-anhidrita. Toplotna energija koja se isporučuje gipsu u ovom trenutku (toplina hidratacije) teži da odvede vodu (kao vodena para) umjesto da povećava temperaturu minerala, koja polako raste sve dok voda ne nestane, a zatim raste brže . Jednačina za parcijalnu dehidraciju je sljedeća:
Endotermno svojstvo ove reakcije je relevantno za performanse suhozida, dajući otpornost na požar stambenim i drugim strukturama. U požaru, struktura iza ploče od suhozida ostat će relativno hladna jer se voda gubi iz gipsa, čime se sprječava i usporava oštećenje okvira (sagorijevanjem drvenih elemenata ili gubitkom čvrstoće čelika na visokim temperaturama) i posljedično strukturno kolaps. Na višim temperaturama, kalcijum sulfat oslobađa kisik i tako djeluje kao oksidant. Ova karakteristika materijala se koristi u aluminotermiji. Za razliku od većine minerala, koji kada se rehidriraju jednostavno formiraju tečne ili polutečne paste, ili ostaju praškasti, kalcinirani gips ima neobično svojstvo. Kada se pomeša sa vodom na sobnoj temperaturi, hemijski se vraća u željeni oblik dihidrata, dok je fizički “postavljanje” u krutu i relativno jaku kristalnu rešetku gipsa kao što je prikazano u jednadžbi ispod:
Ova egzotermna reakcija olakšava livenje gipsa u različite oblike, uključujući listove za suhozidove, štapiće za kredu i kalupe (npr. za imobilizaciju slomljenih kostiju ili za metalne odljevke). Pomešan sa polimerima, korišćen je kao cement za popravku kostiju.
Kada se zagrije na 180°C, nastaje gotovo bez vode, takozvani γ-anhidrit (CaSO4·nH2O, gdje je n = 0 do 0,05). γ-Anhidrit reaguje samo polako sa vodom da bi se vratio u dihidratno stanje, tako da se široko koristi kao komercijalno sredstvo za sušenje. Kada se zagrije iznad 250°C, nastaje potpuno bezvodni oblik β-anhidrita. β-anhidrit ne reaguje sa vodom, čak ni u geološkim vremenskim razmacima, osim ako je veoma fino mleven.
gips
Gips je građevinski materijal koji se koristi kao zaštitni i/ili dekorativni premaz za zidove, plafone i za kalupljenje i livenje dekorativnih građevinskih elemenata.
Štukatura je gipsana ploča koja se koristi za izradu reljefnih ukrasa.
Najčešći tipovi žbuke su formulisani od gipsa, vapna ili cementa kao glavnog sastojka. Gips se proizvodi kao suvi prah (gipsani prah). Kada se prah pomiješa s vodom, formira se čvrsta, ali obradiva pasta. Egzotermna reakcija s vodom oslobađa toplinu kroz proces kristalizacije, a zatim se hidratizirana žbuka stvrdne.
gipsani malter
Gipsana žbuka, ili pariški gips, proizvodi se termičkom obradom (približno 300°F / 150°C) gipsa:
CaSO4·2H2O + toplota → CaSO4·0,5H2O + 1,5H2O (ispušta se kao para).
Gips se može ponovo formirati mešanjem suvog praha sa vodom. Za početak vezivanja nemodifikovanog maltera, suvi prah se pomeša sa vodom. Nakon cca. 10 minuta, dolazi do reakcije stvrdnjavanja i završava se nakon cca. 45 minuta. Međutim, potpuno vezanje gipsa postiže se nakon cca. 72 sata. Ako se gips ili gips zagriju iznad 266°F / 130°C, formira se hemihidrat. Hemihidratni prah se takođe može transformisati u gips kada se rasprši u vodi.