Geopolimerización mejorada por sonicación

Los geopolímeros constituyen una alternativa prometedora a los materiales tradicionales a base de cemento, ya que ofrecen ventajas medioambientales, mecánicas y de durabilidad. La dispersión ultrasónica es una técnica muy eficaz para producir geopolímeros con excelentes características materiales. La sonicación representa un método de mezcla muy eficaz que permite la producción económica de geopolímeros de alto rendimiento en grandes cantidades.

Geopolimerización mejorada mediante ultrasonidos de potencia

La geopolimerización requiere una mezcla meticulosa y enérgica para garantizar un contacto óptimo entre sus componentes, facilitando la polimerización completa. La aplicación de ultrasonidos de potencia induce intensas fuerzas de cizallamiento, fomentando así la mezcla y homogeneización necesarias, a la vez que suministra energía conducente a una geopolimerización rápida y completa. Los ultrasonidos de potencia mejoran la cinética de geopolimerización al promover una mejor dispersión de los reactivos y facilitar la disolución de los aglomerados, lo que mejora la velocidad de reacción y la calidad del producto.

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Dispersor ultrasónico MultiSonoReactor con capacidad de dispersión de 16.000 vatios para mezclar reactivos y acelerar los procesos de extracción catalítica.

MultiSonoReactor con 16 kW de potencia de ultrasonidos para la geopolimerización en línea a escala de producción

La mezcla y la dispersión ultrasónicas pueden favorecer la geopolimerización a través de varios mecanismos:

  • Reactividad mejorada: La energía ultrasónica aumenta la reactividad de los precursores de geopolímeros al promover la disolución de silicatos y aluminatos, que son componentes clave en las reacciones de geopolimerización. El efecto de cavitación acústica generado por las ondas ultrasónicas crea puntos calientes localizados, aumentando la cinética de disolución y mejorando la velocidad de reacción global. La sonicación acelera la disolución de los precursores de aluminosilicatos y la polimerización de las especies de silicatos, lo que reduce el tiempo de procesamiento y acelera el curado de los materiales geopoliméricos.
  • Mezcla homogénea: La mezcla ultrasónica garantiza la dispersión uniforme de los precursores en la matriz del geopolímero. Esta distribución homogénea de los reactivos facilita la formación de una estructura geopolimérica más uniforme y bien definida, lo que mejora las propiedades mecánicas y el rendimiento general.
  • Reducción del tamaño de las partículas: Los ultrasonidos potentes también descomponen las partículas más grandes en tamaños más pequeños, aumentando así la superficie disponible para la reacción. Este tamaño más fino de las partículas favorece el contacto entre los reactivos y acelera el proceso de geopolimerización.
  • Eliminación de aglomerados: La mezcla ultrasónica ayuda a romper los aglomerados o grupos de partículas, garantizando un mejor contacto interfacial entre las partículas individuales y promoviendo una geopolimerización más eficiente.
  • Estos mecanismos inducidos por ultrasonidos contribuyen colectivamente a la mejora de la cinética de geopolimerización y al desarrollo de materiales geopoliméricos con propiedades mejoradas.

    Ultrasonidos potentes para mejorar la fabricación de materiales de construcción

    Los ultrasonidos de potencia se han convertido en una tecnología fiable para la fabricación de materiales de construcción, como cemento, hormigón, geopolímeros y otros materiales de construcción. El procesamiento por ultrasonidos consiste en la aplicación de ondas ultrasónicas de baja frecuencia a un medio líquido o pastoso, lo que produce una serie de efectos beneficiosos sobre las propiedades del material y las características del procesamiento. Los investigadores y los profesionales de la industria reconocen cada vez más el potencial de los ultrasonidos para mejorar el rendimiento, la eficiencia y la sostenibilidad de los materiales de construcción. Esta introducción ofrece una visión general de las aplicaciones y ventajas de los ultrasonidos de potencia en la fabricación de materiales de construcción.

    Ultrasonicator UP200St (200W) dispersando negro de carbón en agua usando 1%wt Tween80 como surfactante.

    Dispersión ultrasónica de negro de humo con el ultrasonicador UP200St

    Vídeo en miniatura

    • Cemento: El tratamiento ultrasónico puede mejorar la cinética de hidratación de los materiales cementosos al promover la disolución de las fases de clinker y acelerar la formación de productos de hidratación. El resultado son tiempos de curado más cortos, un mejor desarrollo de la resistencia temprana y una mayor durabilidad de las estructuras de hormigón. Además, los ultrasonidos pueden facilitar la dispersión de aditivos y materiales cementantes suplementarios, como las cenizas volantes y la escoria, dando lugar a composiciones de cemento más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.
      Más información sobre el fraguado acelerado por ultrasonidos y el desarrollo temprano de la resistencia del hormigón.
    • Hormigón: Las técnicas de mezclado y curado por ultrasonidos pueden mejorar la trabajabilidad, resistencia y durabilidad de las mezclas de hormigón. La sonicación favorece la dispersión de los áridos y las fibras de refuerzo, reduce la presencia de huecos de aire y defectos, y mejora la unión entre la matriz cementante y los áridos. El resultado es un hormigón con mayor resistencia a la compresión, mayor resistencia a la fisuración y a la degradación, y mejor comportamiento a largo plazo en diversas condiciones ambientales.
      Obtenga más información sobre los efectos beneficiosos de la sonicación en la hidratación del cemento.
    • Geopolímeros: El procesamiento por ultrasonidos desempeña un papel crucial en la síntesis y el curado de geopolímeros, que son alternativas ecológicas a los materiales tradicionales a base de cemento. La sonicación favorece la disolución de los precursores de aluminosilicato, acelera la polimerización de las especies de silicato y mejora la homogeneización de los reactivos, lo que acelera el curado y mejora las propiedades mecánicas de los productos geopoliméricos. Además, los ultrasonidos pueden mejorar las propiedades reológicas y la trabajabilidad de las lechadas de geopolímeros, lo que permite fabricar formas y estructuras complejas.
    • Otros materiales de construcción: Los ultrasonidos de potencia tienen diversas aplicaciones en la fabricación de diversos materiales de construcción, como morteros, lechadas, enlucidos y productos aislantes. La sonicación puede mejorar la dispersión de aditivos, cargas y agentes de refuerzo, optimizar la microestructura y la porosidad de los materiales y mejorar sus propiedades térmicas y mecánicas. Especialmente cuando se trata de la incorporación uniforme de nanomateriales, la dispersión y la geaglomeración por ultrasonidos contribuyen a la calidad y el rendimiento de los materiales de construcción en aplicaciones arquitectónicas y de infraestructuras.
      Más información sobre la dispersión superior de nanomateriales mediante sonicación.

     

    El vídeo muestra la mezcla y dispersión por ultrasonidos de grafeno en 250 ml de resina epoxi (Toolcraft L), utilizando un homogeneizador por ultrasonidos (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics fabrica equipos para dispersar grafito, grafeno, nanotubos de carbono, nanocables o cargas en el laboratorio o en procesos de producción de gran volumen. Las aplicaciones típicas son la dispersión de nanomateriales y micromateriales durante el proceso de funcionalización o la dispersión en resinas o polímeros.

    Mezclar resina epoxi con relleno de grafito utilizando el homogeneizador ultrasónico UP400St (400 vatios)

    Vídeo en miniatura

     

    Sonómetros de alto rendimiento para la producción de geopolímeros

    Dispersores por ultrasonidos para síntesis de geopolímeros: Homogeneizador ultrasónico UIP1000hdT para ensayos en banco de formulación de geopolímeros de alto rendimientoLos sonicadores Hielscher son capaces de producir una intensa cavitación acústica, que conduce a la formación y colapso de burbujas microscópicas en el medio líquido. Este proceso da lugar a una mezcla y homogeneización altamente eficientes de los materiales precursores del geopolímero, garantizando una distribución uniforme de los reactivos y mejorando la calidad del producto final. Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden suministrar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. El procesamiento continuo mediante una célula de flujo de ultrasonidos permite sonicar grandes volúmenes en condiciones controladas con precisión, lo que garantiza una geopolimerización continua de alta calidad.
    Dispersores de ultrasonidos para la síntesis de geopolímeros a cualquier escala: Hielscher ofrece una gama de equipos de ultrasonidos con distintas capacidades de potencia y volúmenes de procesamiento, que permiten la escalabilidad y la personalización según los requisitos específicos de los procesos de fabricación de geopolímeros. Tanto si se trata de experimentación a escala de laboratorio en lotes como de producción en línea a escala industrial, los sonicadores Hielscher pueden adaptarse para satisfacer las necesidades de diferentes aplicaciones.
    Ventajas del tratamiento por ultrasonidos – incluida una mejor homogeneización, una cinética de reacción acelerada, la reducción del tamaño de las partículas, la mejora de las propiedades mecánicas y la escalabilidad. – hacen de Hielscher una potente técnica para optimizar la síntesis de geopolímeros y avanzar en el desarrollo de materiales de construcción sostenibles. Al ofrecer grandes ventajas para la fabricación de geopolímeros, los sonicadores Hielscher le llevan a la vanguardia de la producción de geopolímeros.

    Sonicador de alto rendimiento UIP16000 para procesos de gran volumen como homogeneización, dispersión, emulsificación, molienda o geopolimerización.

    Sonicator UIP16000 para dispersar materiales de construcción como geopolímeros o materiales cementosos.

    ¿Por qué Hielscher Ultrasonics?

    • elevada eficiencia
    • tecnología punta
    • fiabilidad & robustez
    • control de procesos preciso y ajustable
    • lote & en línea
    • para cualquier volumen
    • software inteligente
    • funciones inteligentes (por ejemplo, programable, protocolización de datos, control remoto)
    • Manejo sencillo y seguro
    • Bajo mantenimiento
    • CIP (limpieza in situ)

    Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

    Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

    Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

    En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

    Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
    10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
    0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
    10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
    15 a 150L De 3 a 15 l/min UIP6000hdT
    n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
    n.a. mayor Grupo de UIP16000

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    Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

    Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



    Literatura / Referencias

    Información interesante

    ¿Qué son los geopolímeros y para qué se utilizan?

    Los geopolímeros son polímeros inorgánicos o materiales de aluminosilicato que suelen sintetizarse mediante la activación alcalina de precursores de aluminosilicato como cenizas volantes, escorias, metacaolín o materiales naturales como cenizas volcánicas. Se forman mediante una red polimérica de óxidos de aluminio y silicio, en la que el activador alcalino desempeña un papel crucial para iniciar la reacción de geopolimerización.
    Estos materiales han ganado atención como alternativa sostenible al hormigón tradicional a base de cemento Portland debido a sus propiedades respetuosas con el medio ambiente y a su excelente rendimiento en ingeniería.

    Los geopolímeros se utilizan en diversas aplicaciones, entre ellas:

  • Materiales de construcción: El hormigón, el mortero y las lechadas de geopolímeros se utilizan para aplicaciones estructurales y no estructurales en edificios, puentes, carreteras y proyectos de infraestructuras.
  • Materiales refractarios: Los geopolímeros resisten altas temperaturas y se utilizan en la producción de materiales refractarios para hornos y aplicaciones industriales.
  • Recubrimientos y tratamientos superficiales: Los revestimientos a base de geopolímeros se utilizan para la protección contra la corrosión, la resistencia al fuego y la impermeabilización en infraestructuras y entornos marinos e industriales.
  • Inmovilización de residuos: Los geopolímeros se utilizan para la inmovilización y estabilización de materiales de desecho peligrosos y radiactivos, proporcionando una solución de eliminación segura y respetuosa con el medio ambiente.
  • geopolímeros – Una alternativa ecológica al hormigón

    Los geopolímeros ofrecen una alternativa ecológica al hormigón tradicional gracias a varias características respetuosas con el medio ambiente. Las principales ventajas del geopolímero como material de construcción son la reducción de las emisiones de carbono, la utilización de subproductos industriales, la conservación de la energía y el agua, y su reciclabilidad y durabilidad. A medida que aumenta la concienciación sobre los problemas medioambientales en todo el mundo, los geopolímeros se reconocen cada vez más como una solución viable para reducir la huella medioambiental de los materiales de construcción. La sonicación es una técnica de mezcla muy eficaz que permite producir geopolímeros de alto rendimiento de forma económica y en grandes volúmenes.
     

    • Reducción de la huella de carbono: Los geopolímeros suelen tener una huella de carbono inferior a la del hormigón tradicional a base de cemento Portland. La producción de cemento Portland implica procesos en hornos de alta temperatura, que emiten cantidades significativas de dióxido de carbono (CO2). En cambio, los geopolímeros pueden sintetizarse a temperaturas mucho más bajas, a veces a temperatura ambiente, lo que reduce el consumo de energía y las emisiones de CO2 durante la fabricación.
    • Utilización de subproductos industriales: Los geopolímeros suelen utilizar como precursores subproductos industriales como cenizas volantes, escorias y metacaolín. Estos materiales suelen considerarse residuos de otras industrias y, de otro modo, habría que eliminarlos, contribuyendo así a la carga medioambiental. Al incorporar estos subproductos a los geopolímeros, no sólo se evitan los vertederos, sino que también se reduce la demanda de materias primas vírgenes, con lo que se reduce aún más el impacto ambiental.
    • Menor consumo de energía: La producción de geopolímeros suele requerir un menor aporte energético en comparación con el cemento Portland. Los procesos de geopolimerización pueden tener lugar a temperaturas más bajas y pueden no requerir el extenso proceso de calcinación que conlleva la producción de cemento. Esto se traduce en una reducción del consumo de energía y de las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas.
    • Durabilidad y longevidad: Los geopolímeros pueden presentar excelentes propiedades de durabilidad, como una elevada resistencia a la compresión, baja permeabilidad y resistencia a la corrosión química. Como resultado, las estructuras fabricadas con geopolímeros pueden requerir menos mantenimiento y reparaciones a lo largo de su vida útil en comparación con el hormigón tradicional. Esta longevidad reduce la necesidad de reconstrucciones o sustituciones frecuentes, con lo que se conservan los recursos y se reduce el impacto medioambiental global.
    • Reducción del consumo de agua: La producción de geopolímeros suele requerir menos agua que el hormigón tradicional. El proceso de mezclado de los geopolímeros suele implicar un contenido mínimo de agua, lo que se traduce en un menor consumo de agua y una menor presión sobre los recursos hídricos.
    • Reciclabilidad y reutilizabilidad: A menudo, los materiales geopolímeros pueden reciclarse o reutilizarse al final de su vida útil. A diferencia del hormigón tradicional, cuyo reciclado o eliminación puede requerir un importante consumo de energía, los geopolímeros pueden descomponerse y reutilizarse con un menor impacto ambiental.

    Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

    Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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