Ultrazvučno ubrzana kristalizacija gipsa
- Ultrazvučno miješanje i raspršivanje ubrzava kristalizaciju i reakciju vezivanja gipsa (CaSO4･2H2O).
- Primjena snažnog ultrazvuka na kašu od gipsa ubrzava kristalizaciju čime se smanjuje vrijeme stvrdnjavanja.
- Osim bržeg stvrdnjavanja, proizvedene zidne ploče imaju smanjenu gustoću.
- Ultrazvučno raspršivanje ojačavajućih nano materijala (npr. CNT, nano-vlakana ili silicija) u gips rezultira visokom mehaničkom čvrstoćom i niskom poroznošću.
Ultrazvuk za poboljšanu proizvodnju gipsa
Kako bi se pokrenula reakcija stvrdnjavanja kalcijevog sulfata hemihidrata i vode, kalcijev sulfat hemihidrat mora se ravnomjerno raspršiti u vodi tako da se dobije homogena kaša. Ultrazvučna disperzija osigurava da su čestice potpuno navlažene tako da se postiže potpuna hidratacija hemihidrata. Ultrazvučno miješanje gipsane kaše ubrzava vrijeme stvrdnjavanja zbog ubrzane kristalizacije.
Dodatni sastojci kao što su ubrzivači i nano materijali za ojačanje također se mogu vrlo ravnomjerno umiješati u gipsanu kašu.
Princip rada ultrazvučnog raspršivanja
Kada se ultrazvuk velike snage spoji u tekućinu ili kašu, dolazi do ultrazvučno generirane kavitacije. ultrazvučna kavitacija stvara lokalno ekstremne uvjete uključujući velike sile smicanja, mlazove tekućine, mikroturbulencije, visoke temperature, velike brzine zagrijavanja i hlađenja kao i visoke tlakove. Te kavitacijske sile smicanja nadvladavaju sile vezivanja između molekula tako da se one deaglomeriraju i raspršuju kao pojedinačne čestice. Nadalje, čestice se ubrzavaju kavitacijskim mlazovima tekućine tako da se sudaraju jedna s drugom i time se razgrađuju do nano ili čak primarne veličine čestica. Ovaj fenomen je poznat kao ultrazvučno mokro mljevenje.
Snažni ultrazvuk stvara mjesta nukleacije u otopini tako da se postiže ubrzana kristalizacija.
Kliknite ovdje da saznate više o sono-kristalizaciji – ultrazvučno potpomognuta kristalizacija!
industrijski ultrazvučni raspršivač
Ultrazvučna disperzija aditiva
U mnogim kemijskim procesima sonikacija se koristi za miješanje aditiva kao što su sredstva za usporavanje (npr. proteini, organske kiseline), modifikatori viskoznosti (npr. superplastifikatori), sredstva protiv gorenja, borna kiselina, kemikalije otporne na vodu (npr. polisiloksani, emulzije voska), staklena vlakna, pojačivače otpornosti na vatru (npr. vermikulit, gline i/ili upareni silicij), polimerne spojeve (npr. PVA, PVOH) i druge konvencionalne aditive u formulaciju za poboljšanje formulacije žbuke, spojeve za vezivanje i gipsane cemente i kako bi se smanjilo vrijeme stvrdnjavanja.
Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnom miješanju i miješanju aditiva!
industrijski ultrazvučni sustavi
Hielscher Ultrasonics je vaš najbolji dobavljač ultrazvučnih sustava velike snage za stolne i industrijske primjene. Hielscher nudi snažne i robusne industrijske ultrazvučne procesore. Naše UIP16000 (16kW) je najsnažniji ultrazvučni procesor na svijetu. Ovaj ultrazvučni sustav od 16kW lako obrađuje velike količine čak i visoko viskoznih kaša (do 10.000 cp). Visoke amplitude do 200µm (i više na zahtjev) osiguravaju da je materijal pravilno tretiran tako da se postigne željena razina disperzije, deaglomeracije i mljevenja. Ova intenzivna sonikacija proizvodi kaše s nanočesticama za brzo stvrdnjavanje i vrhunske proizvode od gipsa.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi pomaže nam u savjetovanju s našim klijentima od prvih studija izvedivosti do implementacije procesa u industrijskoj mjeri.
Literatura/Reference
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Utjecaj Power-Ultrazvuka na fluidnost i stvrdnjavanje pasta od portland cementa; na: 17. međunarodna konferencija o građevinskim materijalima 23. – 26. rujna 2009., Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; u: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012.): Priprema i svojstva kompozita vlakana kalcijevog sulfata/prirodne gume. Napredno istraživanje materijala vol. 549, 2012. 597-600.
Činjenice koje vrijedi znati
Proizvodnja gipsanih ploča
Tijekom procesa proizvodnje gipsane ploče, vodena otopina kalciniranog gipsa – takozvani kalcijev sulfat hemihidrat – je raširen između gornjeg i donjeg lista papira. Tako stvoreni proizvod mora se neprekidno pomicati na pokretnoj traci dok se kaša ne stvrdne. Zatim se ploča suši dok višak vode iz gips ploče ne ispari. U proizvodnji gipsanih zidnih ploča poznato je dodavanje raznih tvari u kašu kako bi se poboljšao proizvodni proces ili sama ploča. Na primjer, uobičajeno je smanjiti težinu kaše ugradnjom sredstava za stvaranje pjene kako bi se osigurao stupanj prozračivanja koji smanjuje gustoću konačne zidne ploče.
kalcijev sulfat
Kalcijev sulfat (ili kalcijev sulfat) je anorganski spoj formule CaSO4 i srodnih hidrata. U bezvodnom obliku γ-anhidrita koristi se kao sredstvo za sušenje opće namjene. Poseban hidrat CaSO4 je poznat kao pariški gips. Drugi važan hidrat je gips, koji se prirodno pojavljuje kao mineral. Posebno se gips naširoko koristi za industrijske primjene, npr. kao građevinski materijal, punilo, u polimerima itd. Svi oblici CaSO4 pojavljuju se kao bijele krutine i teško su topljivi u vodi. Kalcijev sulfat uzrokuje trajnu tvrdoću vode.
Anorganski spoj CaSO4 javlja se u tri razine hidratacije:
- bezvodno stanje (naziv minerala: “anhidrit”) s formulom CaSO4.
- dihidrat (ime minerala: “gips”) s formulom CaSO4(H2O)2.
- hemihidrat s formulom CaSO4(H22O)0,5. Specifični hemihidrati mogu se razlikovati kao alfa-hemihidrat i beta-hemihidrat.
Hidratacija i reakcije dehidracije
Kada se primijeni toplina, gips se pretvara u djelomično dehidriran mineral – takozvani kalcijev sulfat hemihidrat, kalcinirani gips ili pariški gips. Kalcinirani gips ima formulu CaSO4·(nH2O), gdje je 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperature između 100°C i 150°C (212°F – 302°F) potrebne su za uklanjanje vode koja je vezana u njegovoj strukturi. Točna temperatura i vrijeme zagrijavanja ovise o vlažnosti okoline. Temperature do 170°C (338°F) primjenjuju se za industrijsko kalciniranje. Međutim, na tim temperaturama počinje stvaranje γ-anhidrita. Toplinska energija isporučena gipsu u ovom trenutku (toplina hidratacije) ima tendenciju da ide na odvođenje vode (kao vodene pare) umjesto da povećava temperaturu minerala, koja polako raste dok voda ne nestane, a zatim se povećava brže . Jednadžba za djelomičnu dehidraciju je sljedeća:
Endotermno svojstvo ove reakcije važno je za performanse suhozida, dajući otpornost na vatru stambenim i drugim strukturama. U požaru, struktura iza ploče suhozida ostat će relativno hladna jer se voda gubi iz gipsa, čime se sprječava i usporava oštećenje okvira (izgaranjem drvenih dijelova ili gubitkom čvrstoće čelika na visokim temperaturama) i posljedičnim konstrukcijskim kolaps. Pri višim temperaturama kalcijev sulfat oslobađa kisik i pritom djeluje kao oksidacijsko sredstvo. Ova karakteristika materijala koristi se u aluminotermiji. Za razliku od većine minerala, koji kada se rehidriraju jednostavno formiraju tekuću ili polutekuću pastu, ili ostaju praškasti, kalcinirani gips ima neobično svojstvo. Kada se pomiješa s vodom na sobnoj temperaturi, kemijski se vraća u preferirani oblik dihidrata, dok je fizički “postavljanje” u krutu i relativno jaku kristalnu rešetku gipsa kao što je prikazano u donjoj jednadžbi:
Ova egzotermna reakcija olakšava izlijevanje gipsa u različite oblike, uključujući ploče za suhozid, štapiće za kredu za ploču i kalupe (npr. za imobilizaciju slomljenih kostiju ili za metalne odljevke). Pomiješan s polimerima, koristio se kao cement za popravak kostiju.
Kada se zagrije na 180°C, formira se oblik gotovo bez vode, takozvani γ-anhidrit (CaSO4·nH2O gdje je n = 0 do 0,05). γ-Anhidrit samo sporo reagira s vodom kako bi se vratio u stanje dihidrata, tako da se široko koristi kao komercijalno sredstvo za sušenje. Zagrijavanjem iznad 250°C nastaje potpuno bezvodni oblik β-anhidrita. β-anhidrit ne reagira s vodom, čak ni u geološkim vremenskim razmacima, osim ako je vrlo fino samljeven.
žbuka
Žbuka je građevinski materijal koji se koristi kao zaštitni i/ili dekorativni premazni materijal za zidove, stropove te za oblikovanje i oblikovanje i lijevane dekorativne građevne elemente.
Štukature su gipsani radovi koji se koriste za izradu reljefnih ukrasa.
Najčešće vrste žbuke formulirane su od gipsa, vapna ili cementa kao glavnog sastojka. Žbuka se proizvodi kao suhi prah (gips u prahu). Kada se prah pomiješa s vodom, nastaje čvrsta, ali obradiva pasta. Egzotermna reakcija s vodom oslobađa toplinu kroz proces kristalizacije, a zatim se hidratizirana žbuka stvrdne.
gipsana žbuka
Gipsana žbuka ili pariška žbuka proizvodi se toplinskom obradom (približno 300°F / 150°C) gipsa:
CaSO4·2H2O + toplina → CaSO4·0,5H2O + 1,5 H2O (oslobođen kao para).
Gips se može ponovno oblikovati miješanjem suhog praha s vodom. Za početak vezanja nemodificirane žbuke, suhi prah se pomiješa s vodom. Nakon cca. 10 minuta, reakcija stvrdnjavanja počinje i finalizira se nakon cca. 45 minuta. Međutim, potpuno stvrdnjavanje gipsa postiže se nakon cca. 72 sata. Ako se gips ili gips zagriju iznad 266°F / 130°C, nastaje hemihidrat. Hemihidratni prah se također može pretvoriti u gips kada se dispergira u vodi.