Ultrazvukem urychlená krystalizace sádry

Ultrazvukové míchání a dispergace urychluje krystalizační a tuhnoucí reakci sádry (CaSO₄・2H₂O).
Aplikace výkonového ultrazvuku na sádrovou suspenzi urychluje krystalizaci, čímž se zkracuje doba tuhnutí.
Vyrobené stěnové desky vykazují kromě rychlejšího tuhnutí také sníženou hustotu.
Ultrazvuková dispergace výztužných nano materiálů (např. CNT, nanovláken nebo oxidu křemičitého) do sádry má za následek vysokou mechanickou pevnost a nízkou pórovitost.

Ultrazvuk pro lepší výrobu sádry

Aby se zahájila tuhnoucí reakce hemihydrátu síranu vápenatého a vody, musí být hemihydrát síranu vápenatého rovnoměrně rozptýlen do vody, aby se připravila homogenní suspenze. Ultrazvuková disperze zajišťuje, že částice jsou plně navlhčeny, takže je dosaženo úplné hemihydrátové hydratace. Ultrazvukové míchání sádrové suspenze urychluje dobu tuhnutí v důsledku zrychlené krystalizace.
Do sádrové suspenze lze také velmi rovnoměrně přimíchat další přísady, jako jsou urychlovače a zpevňující nanomateriály.

Princip činnosti ultrazvukové dispergace

Když je ultrazvuk s vysokým výkonem spojen s kapalinou nebo suspenzí, dochází k ultrazvukem generované kavitaci. Ultrazvuková kavitace Vytváří lokálně extrémní podmínky včetně vysokých smykových sil, kapalinových trysek, mikroturbulencí, vysokých teplot, výkonných rychlostí ohřevu a chlazení a také vysokých tlaků. Tyto kavitační smykové síly překonávají vazebné síly mezi molekulami, takže jsou deaglomerovány a rozptýleny jako jednotlivé částice. Kromě toho jsou částice urychlovány kavitačními kapalinovými tryskami tak, že se navzájem srážejí a tím se rozkládají na nano nebo dokonce primární velikost částic. Tento jev je známý jako ultrazvukové mokré frézování.
Výkonový ultrazvuk vytváří v roztoku nukleační místa, takže je dosaženo zrychlené krystalizace.
Klikněte zde a dozvíte se více o sonokrystalizaci – Ultrazvukem asistovaná krystalizace!

Výkonový ultrazvukový systém pro velké objemové disperze

Průmyslový ultrazvukový dispergátor

Ultrazvuková disperze přísad

V mnoha chemických procesech se sonikace používá k míchání přísad, jako jsou retardační činidla (např. proteiny, organické kyseliny), modifikátory viskozity (např. superplastifikátory), činidla proti hoření, kyselina boritá, chemikálie odolné vůči vodě (např. polysiloxany, voskové emulze), skleněná vlákna, látky zvyšující požární odolnost (např. vermikulit, jíly a/nebo dýmavý oxid křemičitý), polymerní sloučeniny (např. PVA, PVOH) a další konvenční přísady do formulace pro zlepšení formulace omítky, spojovacích hmot a sádrových cementů a ke zkrácení doby tuhnutí.
Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukovém míchání a míchání přísad!

Průmyslové ultrazvukové systémy

Hielscher Ultrasonics je váš nejlepší dodavatel vysoce výkonných ultrazvukových systémů pro stolní a průmyslové aplikace. Hielscher nabízí výkonné a robustní průmyslové ultrazvukové procesory. Náš UIP16000 (16kW) je nejvýkonnější ultrazvukový procesor na světě. Tento ultrazvukový systém o výkonu 16 kW snadno zpracovává velké objemy i vysoce viskózních suspenzí (až 10 000 cp). Vysoké amplitudy až 200 μm (a vyšší na vyžádání) zajišťují, že je s materiálem správně zacházeno tak, aby bylo dosaženo požadované úrovně disperze, deaglomerace a mletí. Tato intenzivní sonikace produkuje nanočásticové suspenze pro rychlé tuhnutí a vynikající sádrové produkty.
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Objem dávky	Průtok	Doporučená zařízení
10 až 2000 ml	20 až 400 ml/min	UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L	0.2 až 4 l/min	UIP2000hdT
10 až 100 l	2 až 10 l/min	UIP4000
Není k dispozici	10 až 100 l / min	UIP16000
Není k dispozici	větší	shluk UIP16000

Naše dlouholeté zkušenosti s ultrazvukovým zpracováním nám pomáhají konzultovat naše zákazníky od prvních studií proveditelnosti až po implementaci procesu v průmyslovém měřítku.

Využijte naši ultrazvukovou procesní laboratoř a technické centrum pro vývoj a optimalizaci procesů!

Literatura/Odkazy

Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Vliv výkonového ultrazvuku na tekutost a tuhnutí portlandských cementových past; na: 17. mezinárodní konference o stavebních materiálech 23. – 26. září 2009, Výmar.
Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; in: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
Zhongbiao, muž; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Příprava a vlastnosti kompozitů whisker/přírodní kaučuk síranu vápenatého. Pokročilý materiálový výzkum sv. 549, 2012. 597-600.

Příbuzná témata

Fakta, která stojí za to vědět

Výroba sádrokartonových desek

Během výrobního procesu sádrokartonové desky se vodná suspenze z kalcinované sádry – tzv. hemihydrát síranu vápenatého – je rozložen mezi horní a dolní list papíru. Takto vytvořený produkt se musí nepřetržitě pohybovat na dopravním pásu, dokud kejda neztuhne. List se poté suší, dokud se nepřebytečná voda v sádrokartonové desce neodpaří. Při výrobě sádrokartonových desek je známo, že se do suspenze přidávají různé látky, aby se zlepšil výrobní proces nebo samotná deska. Například je obvyklé odlehčit hmotnost kejdy začleněním pěnivých činidel, aby se zajistil stupeň provzdušnění, který snižuje hustotu finální stěny.

síran vápenatý

Síran vápenatý (nebo síran vápenatý) je anorganická sloučenina se vzorcem CaSO₄ a příbuzné hydráty. V bezvodé formě γ-anhydritu se používá jako vysoušedlo pro všeobecné použití. Zvláštní hydrát CaSO₄ je známá jako sádra Paříže. Dalším důležitým hydrátem je sádra, která se přirozeně vyskytuje jako minerál. Zejména sádra je široce používána pro průmyslové aplikace, např. jako stavební materiál, plnivo, v polymerech atd. Všechny formy CaSO₄ Vypadají jako bílé pevné látky a jsou těžko rozpustné ve vodě. Síran vápenatý způsobuje trvalou tvrdost ve vodě.
Anorganická sloučenina CaSO₄ Vyskytuje se ve třech úrovních hydratace:

bezvodé skupenství (název minerálu: “anhydrit”) se vzorcem CaSO₄.
dihydrát (název minerálu: “sádra”) se vzorcem CaSO₄(H₂O)₂.
hemihydrát se vzorcem CaSO₄(H2₂O)0.5. Specifické hemihydráty lze rozlišit na alfa-hemihydrát a beta-hemihydrát.

Reakce na hydrataci a dehydrataci
Při použití tepla se sádra přemění na částečně dehydratovaný minerál – takzvaný hemihydrát síranu vápenatého, kalcinovaná sádra nebo sádra z Paříže. Kalcinovaná sádra má vzorec CaSO₄· (nH₂O), kde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Teploty mezi 100 °C a 150 °C (212 °F) – 302°F) jsou nezbytné k odstranění vody, která je vázána v jeho struktuře. Přesná teplota a doba ohřevu závisí na vlhkosti okolí. Pro průmyslovou kalcinaci se používají teploty až 170 °C (338 °F). Při těchto teplotách však začíná tvorba γ-anhydritu. Tepelná energie dodávaná do sádry v této době (hydratační teplo) má tendenci jít spíše do odvádění vody (jako vodní páry), než aby zvyšovala teplotu minerálu, který pomalu stoupá, dokud voda nezmizí, a poté se zvyšuje rychleji. Rovnice pro částečnou dehydrataci je následující:

Endotermická vlastnost této reakce je relevantní pro výkon sádrokartonu a propůjčuje požární odolnost obytným a jiným konstrukcím. Při požáru zůstane konstrukce za plechem sádrokartonu relativně chladná, protože se ze sádry ztrácí voda, čímž se zabrání a zpomalí poškození konstrukce (spalováním dřevěných prvků nebo ztrátou pevnosti oceli při vysokých teplotách) a následným zhroucením konstrukce. Při vyšších teplotách síran vápenatý uvolňuje kyslík a působí tak jako oxidační činidlo. Tato materiálová charakteristika se používá v aluminotermii. Na rozdíl od většiny minerálů, které po rehydrataci jednoduše tvoří tekuté nebo polotekuté pasty nebo zůstávají práškové, má kalcinovaná sádra neobvyklou vlastnost. Po smíchání s vodou při teplotě okolí se chemicky změní zpět na preferovanou formu dihydrátu, zatímco je fyzikálně “nastavení” do tuhé a relativně silné sádrové krystalové mřížky, jak je znázorněno v následující rovnici:

Díky této exotermické reakci je tak snadné odlévat sádru do různých tvarů, včetně desek pro sádrokartonové desky, tyčinek na tabuli a forem (např. pro znehybnění zlomených kostí nebo pro kovové odlitky). Ve směsi s polymery se používá jako cement pro opravu kostí.
Při zahřátí na 180 °C téměř bezvodá forma, tzv. γ-anhydrit (CaSO₄·nH₂O, kde n = 0 až 0,05), se vytvoří. γ-Anhydrit reaguje s vodou jen pomalu a vrací se do dihydrátového stavu, takže je široce používán jako komerční vysoušedlo. Při zahřátí nad 250 °C vzniká zcela bezvodá forma β-anhydritu. β-anhydrit nereaguje s vodou, a to ani v geologických časových měřítcích, pokud není velmi jemně mletý.

náplast

Omítka je stavební materiál, který se používá jako ochranný a/nebo dekorativní nátěrový materiál na stěny, stropy a k formování a lití dekorativních stavebních prvků.
Štuk je omítka, která se používá k výrobě reliéfních dekorací.
Nejběžnější typy omítek jsou formulovány buď ze sádry, vápna nebo cementu jako hlavní složky. Omítka se vyrábí jako suchý prášek (sádrový prášek). Když se prášek smíchá s vodou, vytvoří se tuhá, ale zpracovatelná pasta. Exotermická reakce s vodou uvolňuje teplo procesem krystalizace, poté hydratovaná omítka ztvrdne.

sádrová omítka

Sádrová omítka nebo sádrová omítka z Paříže se vyrábí tepelným zpracováním (cca 300°F / 150°C) sádry:
CaSO₄·2H₂O + teplo → CaSO₄·0,5H₂O + 1,5H₂O (uvolněno jako pára).
Sádru lze znovu vytvořit smícháním suchého prášku s vodou. Pro zahájení tuhnutí neupravené omítky se suchý prášek smíchá s vodou. Po cca. 10 minut se nastupuje reakce tuhnutí, která je dokončena po cca. 45 minut. Úplného tuhnutí sádry je však dosaženo přibližně po 72 hodinách. Pokud se omítka nebo sádra zahřeje nad 266 °F / 130 °C, vytvoří se hemihydrát. Hemihydrátový prášek může být také přeměněn na sádru, když je dispergován ve vodě.