Ultraheli bentoniidi dispergeerimine
- Bentoniitsavisid, näiteks naatriumbentoniit, kaltsiumbentoniit ja kaaliumbentoniit, kasutatakse peamiselt puurimisvedelike lisandina, sideainena, puhastusainena, adsorbendina ning põhjavee barjäärina.
- Tugeva sidumise ja van der Waalsi jõudude tõttu nõuab bentoniidi dispergeeritavus intensiivseid segamisjõude, et aglomeraadid ühtlaselt lõhkuda.
- Ultraheli dispergeerimine on väga usaldusväärne meetod, millega saab toota väga viskoosseid suspensioone suure tahkete osakeste kontsentratsiooniga. Seega ületab ultraheli bentoniidi homogeensete suspensioonide valmistamisel tavapärased segistid.
Bentoniidi dispergeerimine
Bentoniidil on mitmekesised kasutusalad, näiteks määrdeaine, paksendaja või adsorbent. Selleks et kasutada ära bentoniidi materjaliomadusi, tuleb bentoniidi osakesed/ plaadikesed ühtlaselt jaotada baaskeskkonda. Bentoniidi dispersioonidel on suur paisumisvõime ja nad suudavad adsorbeerida suure koguse vedelikku. Vedelikku dispergeerituna moodustab bentoniidi dispersioon väga tiksotroopse kolloidse suspensiooni ehk geeli. Bentoniidi dispersioonide kolloidsed omadused sõltuvad tugevasti dispersiooni kvaliteedist. Seetõttu on ultraheli töötlus (sonikeerimine) eelistatud dispergeerimismeetod kvaliteetsete bentoniidi suspensioonide saamiseks.
Bentoniidi ultraheli dispergeerimine (teostatud ultraheli segistiga UIP2000hdT)
Probleemid
Tavapärased dispergeerimismeetodid ei suuda sageli tekitada intensiivseid nihkejõude, mis on vajalikud funktsionaliseeritud bentoniidi homogeense suspensiooni valmistamiseks. Bentoniidi tiksotroopsus ning erakordne veesidumis- ja paisumisvõime nõuavad keskmisest paremat dispergeerimisseadmestikku, mis tuleb hästi toime kõrge viskoossusega suspensioonidega ja tagab piisava nihke aglomeraatide lõhkumiseks.
Bentoniidi dispersiooni viskoossus suureneb kontsentratsiooni kasvades. Tavapärane segamisseadmestik ei suuda töödelda pakse suspensioone, mille puhul puudub piisav dispersiooni ja hüdratatsiooni kvaliteet.
Piisava segamisvõimsuse puudumise tõttu tuleb tavapäraseid dispergaatoreid kombineerida täiendavate töötlusetappidega, nt jahvatamisega.
Lahendus
Suure võimsusega ultraheliseadmed pakuvad intensiivseid nihkejõude, mis lõhuvad bentoniidi osakeste vahelised sidemed kergesti. Väga viskoosseid bentoniidi suspensioone saab homogeenselt töödelda, juhtides suspensiooni läbi ultraheli reaktorikambri, kus osakesed deaglomereeritakse ja dispergeeritakse ühtlase osakeste suuruseni. Intensiivne segamine ja nihe soodustavad osakeste vähenemist soovitud osakeste suuruseni. Võimas ultraheli töötlus delamineerib ja eksfolieerib bentoniiti (montmorilloniiti), mille tulemusel tekib suur osakeste pindala, mis aitab kaasa paremale paisumisele ja funktsionaliseerimisele bentoniidis.
Savide ultraheli dispergeerimine
Kuidas see töötab: Vedelikes tekitatud väga intensiivsed ultraheli jõud põhjustavad kavitatsiooni. Ultraheli kavitatsioon avaldub puhta nihkena. Seega sobib ultraheli segamis- ja dispergeerimistehnoloogia ideaalselt tiksotroopsete suspensioonide valmistamiseks, mis sisaldavad väga suurt osakeste hulka.
Intensiivse nihke tõttu võimaldab ultraheli savisid tõhusalt suspensioonideks dispergeerida. Kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) toimub pideva in-line protsessina, isegi suure viskoossusega suspensioonid, näiteks puurimismuda, bituumeniemulsioonid, lateks või värvid.
Hielscher Ultrasonics on teie partner usaldusväärsel ultraheli töötlemisel. Pakume täielikku ultraheli homogenisaatorite valikut – alates laboriseadmest kuni tööstuslike ultraheliseadmeteni nõudlike rakenduste jaoks, nagu jahvatamine, deaglomeratsioon ja dispergeerimine. Klastritega, mis koosnevad seadmetest UIP10000 või UIP16000, pole praktiliselt mingit piirangut isegi väga suurte mahuvoogude, sealhulgas kõrge viskoossusega ja pastaja materjali kommertstöötlemisel.
Ultraheli tööstuslikud dispergaatorid
Ultraheli dispergeerimine:
- Kiire dispergeerimine
- Suur tahkete osakeste sisaldus
- Nanodispergeerimine
- Täielik hüdratatsioon
- Ei mingeid “kalasilmi“
- Parem paisumine
- Osakeste funktsionaliseerimine
- Geelistumisefekt
- Ühtlane töötlemine
- Reprodutseeritavus
- Usaldusväärne tootekvaliteet
Ultraheli in-line töötlemine
Kirjandus/viited
- Bergaya, F.; Siisg, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Saviteaduse käsiraamat. Elservier 1978.
- Sünge, R.E:; Güven, N. (1978): Bentoniidid: geoloogia, mineraloogia, omadused ja kasutusalad. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): The colloidal stability of raw bentonite deformed mechanically by ultrasound. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301–306.
- Wikipedia: Bentonite
Bentoniidist
Bentoniitsavid, sealhulgas näiteks naatriumbentoniit, kaltsiumbentoniit ja kaaliumbentoniit, koosnevad peamiselt smektiitmineraalidest, tavaliselt montmorilloniidist (nt Al-montmorilloniit Al2O3•4(SiO2)•H2O). Montmorilloniit on dioktaeedriline smektiit, kuid võimalikud on ka muud smektiiditüübid. Smektiit vastutab bentoniidi soovitud omaduste eest, kuid omadusi mõjutab ka vahekihis olevate vahetatavate katioonide laad. Seetõttu võivad bentoniitide, mille vahekihi katioon on Na+, omadused erineda väga palju nendest bentoniitidest, mille vahekihi katioon on Ca+. Enamik kommertsbentoniite sisaldab üle 80% smektiiti, kuid lisanditena võib esineda ka mitmesuguseid muid mineraale. Nende mineraalide hulka võivad kuuluda kvarts, päevakivi, kaltsiit ja kips. Nende mineraalide olemasolu võib mõjutada tööstuslikku väärtust, vähendades või suurendades bentoniidi väärtust sõltuvalt konkreetsest rakendusest. Bentoniidil on tugevad kolloidsed omadused ja selle maht suureneb veega kokkupuutel mitu korda, tekitades geelitaolise ja viskoosse vedeliku. Bentoniidi eriomadused, nagu hüdratatsioon, paisumine, veeimavus, viskoossus, ja tiksotroopsus, teevad sellest väärtusliku materjali paljude erinevate rakenduste jaoks.
Bentoniitsavisid kasutatakse tavaliselt määrdeainetena, paksendajatena, adsorbentidena, reoloogiliste lisanditena, sideainetena, katalüsaatoritena, puhastusainetena, stabilisaatoritena, emulgaatoritena või pleegitussavidena. Oma funktsioonide tõttu hargnevad viskoelastsete bentoniitgeelide mitmekesised kasutusalad mineraalõli- ja puurimistööstusesse, keemiasse, keraamikasse, valutöökodadesse, ehitus- ja puhastussektorisse, põllumajandusse ja aiandusse, paberitootmisse, toidutööstusse ning kosmeetika- ja farmaatsiasektorisse.
Bentoniidi derivaate tuntakse nime all Bentone, need on modifitseeritud orgaanilised savid (organoclay), mille funktsioonid on kohandatud konkreetsetele rakendustele. Näiteks Bentone 52, Bentone 57 ja Bentone 1000 on tavalised paksendajad, mida kasutatakse värvides ja pindmistes, samas kui Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 ja Bentone 1000 on reoloogiamodifikaatorid, mida kasutatakse nafta- ja puurimistööstuses. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA ja Bentonite BC 342 kasutatakse paksendajate ja geelistajatena kosmeetikas ja farmaatsiatoodetes.
Hielscheri võimsad ultraheliseadmed on usaldusväärsed ja tõhusad kõigi bentoniit-, hektoriit- ja Bentone organoclay-pulbrite ühtlaseks dispergeerimiseks bentone-dispersioonideks, bentone-geelideks või lõpptoote koostistesse.
Teada väärt fakte
Ultraheli koehomogenisaatoreid nimetatakse sageli sondsonikaatoriks/ sonifikaatoriks, sooniliseks lüsaatoriks, ultraheli desintegraatoriks, ultraheli veskiks, sonorupteriks, sonifieriks, sooniliseks dismembraatoriks, rakkude lõhkujaks, ultraheli dispergaatoriks, emulgaatoriks või lahustajaks. Erinevad nimetused tulenevad mitmesugustest rakendustest, mida sonikeerimisega saab täita.