Ultralyd accelereret gipskrystallisation

Fakta, der er værd at vide

Produktion af gipsplader

Under fremstillingsprocessen af gipsplader er en vandig opslæmning af kalcineret gips – såkaldt calciumsulfathemihydrat – spredt ud mellem de øverste og nederste papirark. Det derved skabte produkt skal løbende flyttes på et transportbånd, indtil gyllen har sat sig. Arket tørres derefter, indtil det overskydende vand i gipspladen er fordampet. Ved fremstilling af gipsplader er det kendt at tilsætte forskellige stoffer til gyllen for at forbedre produktionsprocessen eller selve pladen. For eksempel er det normalt at lette vægten af gyllen ved at inkorporere skummidler for at give en grad af beluftning, der sænker tætheden af den endelige vægplade.

calciumsulfat

Calciumsulfat (eller calciumsulfat) er en uorganisk forbindelse med formlen CaSO₄ og relaterede hydrater. I den vandfri form af γ-anhydrit, bruges det som et generelt tørremiddel. En særlig hydrering af CaSO₄ er kendt som gips fra Paris. Et andet vigtigt hydrat er gips, der forekommer naturligt som et mineral. Især gips anvendes i vid udstrækning til industrielle anvendelser, f.eks. som byggemateriale, fyldstof, i polymerer osv. Alle former for CaSO₄ fremstår som hvide faste stoffer og er næppe opløselige i vand. Calciumsulfat forårsager permanent hårdhed i vand.
Det uorganiske stof CaSO₄ forekommer i tre niveauer af hydrering:

• vandfri tilstand (mineralnavn: “anhydrit”) med formlen CaSO₄.
• Dihydrat (mineralnavn: “gips”) med formlen CaSO₄(H₂O)₂.
• hemihydrat med formlen CaSO₄(H2₂O)0.5. Specifikke hemihydrater kan skelnes som alfa-hemihydrat og beta-hemihydrat.

Hydrerings- og dehydreringsreaktioner
Når der påføres varme, omdannes gips til et delvist dehydreret mineral – det såkaldte calciumsulfathemihydrat, kalcineret gips eller gips i Paris. Kalcineret gips har formlen CaSO₄· (nH₂O), hvor 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperaturer mellem 100 °C og 150 °C (212 °F – 302°F) er nødvendige for at fjerne det vand, der er bundet i dets struktur. Den nøjagtige opvarmningstemperatur og -tid afhænger af den omgivende luftfugtighed. Temperaturer så høje som 170 ° C (338 ° F) anvendes til den industrielle kalcinering. Ved disse temperaturer starter dannelsen af γ-anhydrit. Den varmeenergi, der leveres til gipsen på dette tidspunkt (hydreringsvarmen) har en tendens til at gå til at drive vand væk (som vanddamp) i stedet for at øge mineralets temperatur, som stiger langsomt, indtil vandet er væk, og derefter stiger hurtigere. Ligningen for den delvise dehydrering er følgende:

Den endoterme egenskab ved denne reaktion er relevant for udførelsen af gipsvæg, hvilket giver brandmodstand til boliger og andre strukturer. I en brand vil strukturen bag en gipsplade forblive relativt kølig, da der går vand tabt fra gipsen, hvilket forhindrer og forsinker skader på rammen (gennem forbrænding af træelementer eller tab af styrke af stål ved høje temperaturer) og deraf følgende strukturelt kollaps. Ved højere temperaturer frigiver calciumsulfat ilt og fungerer derved som oxidationsmiddel. Denne materialeegenskab bruges i aluminotermi. I modsætning til de fleste mineraler, som ved rehydrering blot danner flydende eller halvflydende pastaer eller forbliver pulverformige, har kalcineret gips en usædvanlig egenskab. Når det blandes med vand ved omgivelsestemperatur, vender det kemisk tilbage til den foretrukne dihydratform, mens det er fysisk “indstilling” i et stift og relativt stærkt gipskrystalgitter som vist i ligningen nedenfor:

Denne eksoterme reaktion gør det så nemt at støbe gips i forskellige former, herunder plader til gipsvægge, pinde til tavlekridt og forme (f.eks. til at immobilisere brækkede knogler eller til metalstøbning). Blandet med polymerer er det blevet brugt som knoglereparationscement.
Ved opvarmning til 180 °C er en næsten vandfri form, såkaldt γ-anhydrit (CaSO₄·nH₂O, hvor n = 0 til 0,05), dannes. γ-anhydrit reagerer kun langsomt med vand for at vende tilbage til dihydrattilstanden, så det bruges i vid udstrækning som kommercielt tørremiddel. Ved opvarmning til over 250 °C opstår den helt vandfri form af β-anhydrit. β-anhydrit reagerer ikke med vand, selv over geologiske tidsskalaer, medmindre det er meget finmalet.

gips

Gips er et byggemateriale, der anvendes som beskyttende og/eller dekorativt belægningsmateriale til vægge, lofter og til støbning og støbning af dekorative bygningselementer.
Stuk er gipsarbejde, som bruges til at fremstille reliefdekorationer.
De mest almindelige typer gips er formuleret af enten gips, kalk eller cement som hovedingrediens. Gips produceres som et tørt pulver (gipspulver). Når pulveret blandes med vand, dannes en stiv, men brugbar pasta. Den eksoterme reaktion med vand frigiver varme gennem en krystallisationsproces, hvorefter det hydratiserede gips hærder.

gipspuds

Gipspuds, eller gips fra Paris, fremstilles ved en varmebehandling (ca. 300°F / 150°C) af gips:
CaSO₄·2H₂O + varme → CaSO₄·0,5 timer₂O + 1,5H₂O (udgivet som damp).
Gips kan omdannes ved at blande det tørre pulver med vand. For at starte indstillingen af umodificeret gips blandes det tørre pulver med vand. Efter ca. 10 minutter sætter indstillingsreaktionen ind og afsluttes efter ca. 45 minutter. En komplet hærdning af gips nås dog efter ca. 72 timer. Hvis gips eller gips opvarmes over 266°F / 130°C, dannes hemihydrat. Hemihydratpulver kan også omdannes til gips, når det dispergeres i vand.