Ultraäänellä kiihdytetty kipsin kiteytys
- Ultraäänisekoitus ja dispergointi nopeuttaa kipsin kiteytymistä ja kovettumisreaktiota (CaSO4・2H2O).
- Tehon ultrasonicsin levittäminen kipsilietteeseen nopeuttaa kiteytymistä, mikä vähentää asetusaikaa.
- Nopeamman kovettumisen lisäksi valmistetuilla seinälevyillä on pienempi tiheys.
- Vahvistavien nanomateriaalien (esim. CNT: t, nanokuidut tai piidioksidi) ultraäänidispergointi kipsiin johtaa korkeaan mekaaniseen lujuuteen ja alhaiseen huokoisuuteen.
Ultrasonics parantaa kipsin valmistusta
Kalsiumsulfaattihemihydraatin ja veden kovettumisreaktion käynnistämiseksi kalsiumsulfaattihemihydraatti on dispergoitava tasaisesti veteen homogeenisen lietteen valmistamiseksi. Ultraäänidispersio varmistaa, että hiukkaset kostutetaan täysin niin, että saavutetaan täydellinen hemihydraattihydraatio. Kipsilietteen ultraäänisekoitus nopeuttaa kovettumisaikaa nopeutetun kiteytymisen vuoksi.
Myös muita ainesosia, kuten kiihdyttimiä ja vahvistavia nanomateriaaleja, voidaan sekoittaa hyvin tasaisesti kipsilietteeseen.
Ultraäänidispergoinnin toimintaperiaate
Kun suuritehoinen ultraääni kytketään nesteeseen tai lietteeseen, tapahtuu ultraäänellä tuotettu kavitaatio. ultraääni kavitaatio luo paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita, kuten suuria leikkausvoimia, nestesuihkuja, mikroturbulensseja, korkeita lämpötiloja, kuumennus- ja jäähdytysnopeuksia sekä korkeita paineita. Nämä kavitaatioleikkausvoimat voittavat molekyylien väliset sitoutumisvoimat siten, että ne deagglomeroituvat ja dispergoituvat yksittäisinä hiukkasina. Lisäksi kavitaationestesuihkut kiihdyttävät hiukkasia niin, että ne törmäävät toisiinsa ja hajoavat siten nano- tai jopa primäärihiukkaskokoon. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä ultraääni märkäjyrsintä.
Tehon ultraääni luo liuokseen nukleaatiokohtia siten, että saavutetaan nopeutettu kiteytys.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja sono-kiteytyksestä – Ultraäänellä avustettu kiteytys!
Teollinen ultraäänidispergointilaite
Lisäaineiden ultraäänidispersio
Monissa kemiallisissa prosesseissa sonikaatiota käytetään sekoittamaan lisäaineita, kuten hidasteita (esim. proteiineja, orgaanisia happoja), viskositeetin modifioijia (esim. superpehmittimiä), palamisenestoaineita, boorihappoa, vedenkestäviä kemikaaleja (esim. polysiloksaanit, vahaemulsiot), lasikuituja, palonkestävyyttä parantavia aineita (esim. vermikuliitti, savet ja / tai savupiidioksidi), polymeeriyhdisteitä (esim. PVA, PVOH) ja muita tavanomaisia lisäaineita formulaatioon kipsin formulaation parantamiseksi, kovettumistyyppiset liitosyhdisteet ja kipsisementit ja lyhentää sen kovettumisaikaa.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja lisäaineiden ultraäänisekoituksesta ja sekoittamisesta!
Teollisuuden ultraäänijärjestelmät
Hielscher Ultrasonics on suuritehoisten ultraäänijärjestelmien huipputoimittaja penkki- ja teollisuussovelluksiin. Hielscher tarjoaa tehokkaita ja kestäviä teollisia ultraääniprosessoreita. Meidän UIP16000 (16kW) on maailman tehokkain ultraääniprosessori. Tämä 16 kW: n ultraäänijärjestelmä käsittelee helposti suuria määriä jopa erittäin viskoosia lietettä (jopa 10,000cp). Suuret amplitudit, jopa 200 μm (ja korkeammat pyynnöstä), varmistavat, että materiaalia käsitellään asianmukaisesti siten, että haluttu dispersio-, deagglomeraatio- ja jyrsintätaso saavutetaan. Tämä voimakas sonikaatio tuottaa nanohiukkasmaisia lietteitä nopeisiin kovettumisnopeuksiin ja erinomaisiin kipsituotteisiin.
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000 |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Pitkä kokemuksemme ultraäänikäsittelystä auttaa meitä kuulemaan asiakkaitamme ensimmäisistä toteutettavuustutkimuksista prosessin toteuttamiseen teollisessa mittakaavassa.
Kirjallisuus/viitteet
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Teho-ultraäänen vaikutus portlandsementtipastojen juoksevuuteen ja kovettumiseen; klo: 17. kansainvälinen rakennusmateriaalikonferenssi 23. – 26. syyskuuta 2009, Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; julkaisussa: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, mies; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Kalsiumsulfaattiviiksien / luonnonkumikomposiittien valmistus ja ominaisuudet. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Kipsilevyn tuotanto
Kipsilevyn valmistusprosessin aikana kalsinoidun kipsin vesipitoinen liete – ns. kalsiumsulfaattihemihydraatti – levitetään ylemmän ja alemman paperiarkin väliin. Näin syntyvää tuotetta on siirrettävä jatkuvasti kuljetinhihnalla, kunnes liete on kovettunut. Sitten levyä kuivataan, kunnes kipsilevyn ylimääräinen vesi on haihtunut. Kipsilevyn valmistuksessa tiedetään lisäävän lietteeseen erilaisia aineita tuotantoprosessin tai itse levyn parantamiseksi. Esimerkiksi lietteen painoa kevennetään tavallisesti lisäämällä vaahdotusaineita ilmastusasteen aikaansaamiseksi, mikä alentaa lopullisen seinälevyn tiheyttä.
kalsiumsulfaatti
Kalsiumsulfaatti (tai kalsiumsulfaatti) on epäorgaaninen yhdiste, jolla on kaava CaSO4 ja niihin liittyvät hydraatit. γ-anhydriitin vedettömässä muodossa sitä käytetään yleiskäyttöisenä kuivausaineena. Erityinen CaSO: n hydraatti4 tunnetaan Pariisin kipsinä. Toinen tärkeä hydraatti on kipsi, jota esiintyy luonnollisesti mineraalina. Erityisesti kipsiä käytetään laajalti teollisissa sovelluksissa, kuten rakennusmateriaalina, täyteaineena, polymeereissä jne. Kaikki CaSO:n muodot4 näkyvät valkoisina kiinteinä aineina ja liukenevat tuskin veteen. Kalsiumsulfaatti aiheuttaa pysyvää kovuutta vedessä.
Epäorgaaninen yhdiste CaSO4 esiintyy kolmella nesteytystasolla:
- vedetön tila (mineraalin nimi: “anhydriitti”) kaavalla CaSO4.
- dihydraatti (mineraalin nimi: “kipsi”) kaavalla CaSO4(H2O)2.
- hemihydraatti kaavalla CaSO4(H22O)0,5. Spesifiset hemihydraatit voidaan erottaa alfa-hemihydraatiksi ja beeta-hemihydraatiksi.
Nesteytys- ja kuivumisreaktiot
Kun lämpöä käytetään, kipsi muuttuu osittain kuivatuksi mineraaliksi – Pariisin niin sanottu kalsiumsulfaattihemihydraatti, kalsinoitu kipsi tai kipsi. Kalsinoidulla kipsillä on kaava CaSO4· (nH2O), jossa 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Lämpötilat välillä 100 ° C - 150 ° C (212 ° F – 302 °F) ovat välttämättömiä sen rakenteeseen sitoutuneen veden poistamiseksi. Tarkka lämmityslämpötila ja -aika riippuvat ympäristön kosteudesta. Teolliseen kalsinointiin käytetään jopa 170 ° C: n (338 ° F) lämpötiloja. Näissä lämpötiloissa alkaa kuitenkin γ-anhydriitin muodostuminen. Kipsiin tällä hetkellä toimitettu lämpöenergia (nesteytyslämpö) pyrkii menemään veden poistamiseen (vesihöyrynä) sen sijaan, että nostaisi mineraalin lämpötilaa, joka nousee hitaasti, kunnes vesi on poissa, ja kasvaa sitten nopeammin. Osittaisen dehydraation yhtälö on seuraava:
Tämän reaktion endoterminen ominaisuus on merkityksellinen kipsilevyn suorituskyvylle, mikä antaa palonkestävyyden asuin- ja muille rakenteille. Tulipalossa kipsilevyn takana oleva rakenne pysyy suhteellisen viileänä, kun kipsistä häviää vettä, mikä estää ja hidastaa kehyksen vaurioitumista (puuosien palamisen tai teräksen lujuuden menetyksen kautta korkeissa lämpötiloissa) ja siitä johtuvaa rakenteellista romahtamista. Korkeammissa lämpötiloissa kalsiumsulfaatti vapauttaa happea ja toimii siten hapettavana aineena. Tätä materiaaliominaisuutta käytetään aluminotermiassa. Toisin kuin useimmat mineraalit, jotka rehydratoituna muodostavat yksinkertaisesti nestemäisiä tai puolinestemäisiä tahnoja tai pysyvät jauhemaisina, kalsinoidulla kipsillä on epätavallinen ominaisuus. Kun se sekoitetaan veteen ympäristön lämpötilassa, se muuttuu kemiallisesti takaisin edulliseen dihydraattimuotoon, kun se on fyysisesti “asetus” jäykäksi ja suhteellisen vahvaksi kipsikidehilaksi alla olevan yhtälön mukaisesti:
Tämän eksotermisen reaktion ansiosta kipsi on niin helppo valaa eri muotoihin, mukaan lukien kipsilevylevyt, liitutaululiidun tikut ja muotit (esim. murtuneiden luiden immobilisoimiseksi tai metallivaluja varten). Polymeerien kanssa sekoitettuna sitä on käytetty luun korjaussementtinä.
Kuumennettaessa 180 °C:seen lähes vedetön muoto, niin kutsuttu γ-anhydriitti (CaSO4·nH2O, jossa n = 0 - 0, 05), muodostuu. γ-anhydriitti reagoi vain hitaasti veden kanssa palatakseen dihydraattitilaan, joten sitä käytetään laajalti kaupallisena kuivausaineena. Kun kuumennetaan yli 250 °C:ssa, syntyy täysin vedetön β-anhydriitin muoto. β-anhydriitti ei reagoi veden kanssa edes geologisissa aikaskaaloissa, ellei se ole hyvin hienoksi jauhettua.
kipsi
Kipsi on rakennusmateriaali, jota käytetään suoja- ja/tai koristemateriaalina seinissä, katoissa sekä koristeellisten rakennuselementtien muovaamisessa ja valamisessa.
Stukki on kipsi, jota käytetään helpotuskoristeiden valmistukseen.
Yleisimmät kipsityypit on formuloitu joko kipsistä, kalkista tai sementistä pääainesosana. Kipsi valmistetaan kuivana jauheena (kipsijauhe). Kun jauhe sekoitetaan veteen, muodostuu jäykkä, mutta toimiva tahna. Eksoterminen reaktio veden kanssa vapauttaa lämpöä kiteytysprosessin kautta, sitten hydratoitu kipsi kovettuu.
kipsi kipsi
Kipsikipsi tai Pariisin kipsi valmistetaan kipsin lämpökäsittelyllä (noin 300 ° F / 150 ° C):
CaSO4·2H2O + lämpö → CaSO4·0,5 tuntia2O + 1,5H2O (vapautuu höyrynä).
Kipsi voidaan muodostaa uudelleen sekoittamalla kuiva jauhe veteen. Modifioimattoman kipsin asettamisen aloittamiseksi kuiva jauhe sekoitetaan veteen. Noin 10 minuutin kuluttua asetusreaktio käynnistyy ja viimeistellään noin 45 minuutin kuluttua. Kipsin täydellinen kovettuminen saavutetaan kuitenkin noin 72 tunnin kuluttua. Jos kipsiä tai kipsiä kuumennetaan yli 266 ° F / 130 ° C, muodostuu hemihydraattia. Hemihydraattijauhe voidaan myös muuntaa kipsiksi, kun se dispergoidaan veteen.