Geopolimerizzazione potenziata dalla sonicazione

I geopolimeri rappresentano una promettente alternativa ai tradizionali materiali a base di cemento, offrendo vantaggi ambientali, meccanici e di durata. La dispersione a ultrasuoni è una tecnica altamente efficiente per produrre geopolimeri con eccellenti caratteristiche del materiale. La sonicazione rappresenta un metodo di miscelazione altamente efficiente che consente la produzione economica di geopolimeri ad alte prestazioni in grandi quantità.

Potenziamento della geopolimerizzazione mediante ultrasuoni di potenza

La geopolimerizzazione richiede una miscelazione meticolosa e vigorosa per garantire un contatto ottimale tra i suoi componenti, facilitando la polimerizzazione completa. L'applicazione di ultrasuoni di potenza induce intense forze di taglio, favorendo la necessaria miscelazione e omogeneizzazione e fornendo al contempo l'energia necessaria per una rapida e completa geopolimerizzazione. Gli ultrasuoni di potenza migliorano la cinetica della geopolimerizzazione, promuovendo una migliore dispersione dei reagenti e facilitando la rottura degli agglomerati, con conseguente miglioramento dei tassi di reazione e della qualità del prodotto.

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Dispersore a ultrasuoni MultiSonoReactor con capacità di dispersione di 16.000 watt per miscelare i reagenti e velocizzare i processi di estrazione catalitica

MultiSonoReactor con potenza a ultrasuoni di 16kW per la geopolimerizzazione in linea su scala produttiva

La miscelazione e la dispersione a ultrasuoni possono promuovere la geopolimerizzazione attraverso diversi meccanismi:

  • Reattività potenziata: L'energia ultrasonica aumenta la reattività dei precursori geopolimerici promuovendo la dissoluzione di silicati e alluminati, che sono componenti chiave nelle reazioni di geopolimerizzazione. L'effetto di cavitazione acustica generato dalle onde ultrasoniche crea punti caldi localizzati, aumentando la cinetica di dissoluzione e potenziando il tasso di reazione complessivo. La sonicazione accelera la dissoluzione dei precursori di alluminosilicati e la polimerizzazione delle specie di silicato, portando a tempi di lavorazione più brevi e a una polimerizzazione più rapida dei materiali geopolimerici.
  • Miscelazione omogenea: La miscelazione a ultrasuoni assicura una dispersione uniforme dei precursori all'interno della matrice geopolimerica. Questa distribuzione omogenea dei reagenti facilita la formazione di una struttura geopolimerica più uniforme e ben definita, con conseguente miglioramento delle proprietà meccaniche e delle prestazioni complessive.
  • Riduzione delle dimensioni delle particelle: Gli ultrasuoni di potenza rompono anche le particelle più grandi in dimensioni più piccole, aumentando così la superficie disponibile per la reazione. Questa dimensione più fine delle particelle favorisce il contatto tra i reagenti e accelera il processo di geopolimerizzazione.
  • Eliminazione degli agglomerati: La miscelazione a ultrasuoni aiuta a rompere gli agglomerati o gli ammassi di particelle, garantendo un migliore contatto interfacciale tra le singole particelle e favorendo una geopolimerizzazione più efficiente.
  • Questi meccanismi indotti dagli ultrasuoni contribuiscono collettivamente al miglioramento della cinetica di geopolimerizzazione e allo sviluppo di materiali geopolimerici con proprietà migliori.

    Ultrasuoni di potenza per migliorare la produzione di materiali da costruzione

    Gli ultrasuoni di potenza sono diventati una tecnologia affidabile per la produzione di materiali da costruzione, tra cui cemento, calcestruzzo, geopolimeri e altri materiali da costruzione. La lavorazione a ultrasuoni prevede l'applicazione di onde ultrasonore a bassa frequenza a un mezzo liquido o fangoso, con una serie di effetti benefici sulle proprietà del materiale e sulle caratteristiche di lavorazione. Ricercatori e professionisti del settore hanno sempre più riconosciuto il potenziale degli ultrasuoni per migliorare le prestazioni, l'efficienza e la sostenibilità dei materiali da costruzione. Questa introduzione fornisce una panoramica delle applicazioni e dei vantaggi degli ultrasuoni di potenza nella produzione di materiali da costruzione.

    Ultrasuonatore UP200St (200W) che disperde il nero carbone in acqua utilizzando l'1% in peso di Tween80 come tensioattivo.

    Dispersione a ultrasuoni del nerofumo con l'ultrasuonatore UP200St

    Miniatura del video

    • Cemento: Il trattamento a ultrasuoni può migliorare la cinetica di idratazione dei materiali cementizi, promuovendo la dissoluzione delle fasi del clinker e accelerando la formazione dei prodotti di idratazione. Ciò si traduce in tempi di indurimento più brevi, in un migliore sviluppo della resistenza iniziale e in una maggiore durabilità delle strutture in calcestruzzo. Inoltre, gli ultrasuoni possono facilitare la dispersione di additivi e materiali cementizi supplementari, come ceneri volanti e scorie, portando a composizioni di cemento più sostenibili e rispettose dell'ambiente.
      Per saperne di più sulla presa accelerata ad ultrasuoni e sullo sviluppo della resistenza precoce del calcestruzzo!
    • Calcestruzzo: Le tecniche di miscelazione e polimerizzazione a ultrasuoni possono migliorare la lavorabilità, la resistenza e la durata delle miscele di calcestruzzo. La sonicazione favorisce la dispersione degli aggregati e delle fibre di rinforzo, riduce la presenza di vuoti d'aria e difetti e migliora il legame tra matrice cementizia e aggregati. Il risultato è un calcestruzzo con maggiore resistenza alla compressione, maggiore resistenza alla fessurazione e al degrado e migliori prestazioni a lungo termine in varie condizioni ambientali.
      Per saperne di più sugli effetti benefici della sonicazione sull'idratazione del cemento!
    • Geopolimeri: La lavorazione a ultrasuoni svolge un ruolo cruciale nella sintesi e nell'indurimento dei geopolimeri, che rappresentano un'alternativa ecologica ai tradizionali materiali a base di cemento. La sonicazione favorisce la dissoluzione dei precursori di alluminosilicati, accelera la polimerizzazione delle specie di silicato e migliora l'omogeneizzazione dei reagenti, portando a una polimerizzazione più rapida e a proprietà meccaniche superiori dei prodotti geopolimerici. Inoltre, gli ultrasuoni possono migliorare le proprietà reologiche e la lavorabilità degli impasti di geopolimeri, consentendo la fabbricazione di forme e strutture complesse.
    • Altri materiali da costruzione: Gli ultrasuoni hanno diverse applicazioni nella produzione di vari materiali da costruzione, tra cui malte, boiacche, intonaci e prodotti isolanti. La sonicazione può migliorare la dispersione di additivi, cariche e agenti rinforzanti, ottimizzare la microstruttura e la porosità dei materiali e migliorarne le proprietà termiche e meccaniche. Soprattutto per quanto riguarda l'incorporazione uniforme dei nanomateriali, la dispersione e la geagglomerazione a ultrasuoni contribuiscono alla qualità e alle prestazioni dei materiali da costruzione nelle applicazioni architettoniche e infrastrutturali.
      Per saperne di più sulla dispersione superiore dei nanomateriali grazie alla sonicazione!

     

    Il video mostra la miscelazione e la dispersione a ultrasuoni di grafite in 250 ml di resina epossidica (Toolcraft L), utilizzando un omogeneizzatore a ultrasuoni (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics produce apparecchiature per disperdere grafite, grafene, nanotubi di carbonio, nanofili o cariche in laboratorio o in processi di produzione ad alto volume. Le applicazioni tipiche sono la dispersione di nano materiali e micro materiali durante il processo di funzionalizzazione o la dispersione in resine o polimeri.

    Miscelare la resina epossidica con il riempitivo di grafite utilizzando l'omogeneizzatore a ultrasuoni UP400St (400 Watt)

    Miniatura del video

     

    Sonicatori ad alte prestazioni per la produzione di geopolimeri

    Disperdenti a ultrasuoni per la sintesi di geopolimeri: Omogeneizzatore a ultrasuoni UIP1000hdT per prove da banco per la formulazione di geopolimeri ad alte prestazioni.I sonicatori Hielscher sono in grado di produrre un'intensa cavitazione acustica, che porta alla formazione e al collasso di microscopiche bolle nel mezzo liquido. Questo processo si traduce in una miscelazione e omogeneizzazione altamente efficiente dei materiali precursori dei geopolimeri, garantendo una distribuzione uniforme dei reagenti e migliorando la qualità del prodotto finale. I processori industriali a ultrasuoni Hielscher Ultrasonics sono in grado di fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Il processo continuo che utilizza una cella di flusso a ultrasuoni consente di sonicare grandi volumi in condizioni controllate con precisione, garantendo una geopolimerizzazione di qualità elevata e costante.
    Disperdenti a ultrasuoni per la sintesi di geopolimeri a qualsiasi scala: Hielscher offre una gamma di apparecchiature a ultrasuoni con diverse capacità di potenza e volumi di lavorazione, che consentono la scalabilità e la personalizzazione in base alle esigenze specifiche dei processi di produzione dei geopolimeri. Che si tratti di sperimentazione in laboratorio in lotti o di produzione in linea su scala industriale, i sonicatori Hielscher possono essere adattati per soddisfare le esigenze di diverse applicazioni.
    Punti di forza della lavorazione a ultrasuoni – tra cui una maggiore omogeneizzazione, una cinetica di reazione accelerata, la riduzione delle dimensioni delle particelle, il miglioramento delle proprietà meccaniche e la scalabilità. – fanno di Hielscher una tecnica potente per ottimizzare la sintesi dei geopolimeri e per promuovere lo sviluppo di materiali da costruzione sostenibili. Offrendo forti vantaggi per la produzione di geopolimeri, i sonicatori Hielscher vi portano all'avanguardia nella produzione di geopolimeri.

    Sonicatore ad alta efficienza UIP16000 per processi ad alto volume come omogeneizzazione, dispersione, emulsificazione, macinazione o geopolimerizzazione.

    Sonicator UIP16000 per la dispersione di materiali da costruzione come geopolimeri o materiali cementizi.

    Perché Hielscher Ultrasonics?

    • alta efficienza
    • Tecnologia all'avanguardia
    • attendibilità & robustezza
    • controllo di processo regolabile e preciso
    • lotto & in linea
    • per qualsiasi volume
    • software intelligente
    • funzioni intelligenti (ad esempio, programmabili, protocollatura dei dati, controllo remoto)
    • Facile e sicuro da usare
    • Bassa manutenzione
    • CIP (clean-in-place)

    Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

    Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

    Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.

    La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

    Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
    10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
    0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
    10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
    Da 15 a 150L Da 3 a 15L/min UIP6000hdT
    n.a. 10 - 100L/min UIP16000
    n.a. più grande cluster di UIP16000

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    Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

    Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



    Letteratura / Referenze

    Particolarità / Cose da sapere

    Cosa sono i geopolimeri e a cosa servono?

    I geopolimeri sono polimeri inorganici o materiali alluminosilicati che vengono tipicamente sintetizzati attraverso l'attivazione alcalina di precursori alluminosilicati come ceneri volanti, scorie, metakaolin o materiali naturali come le ceneri vulcaniche. Si formano attraverso una rete polimerica di ossidi di alluminio e silicio, con l'attivatore alcalino che svolge un ruolo cruciale nell'avviare la reazione di geopolimerizzazione.
    Questi materiali si sono imposti all'attenzione come alternativa sostenibile al tradizionale calcestruzzo a base di cemento Portland, grazie alle loro proprietà ecologiche e alle eccellenti prestazioni ingegneristiche.

    I geopolimeri sono utilizzati in diverse applicazioni, tra cui:

  • Materiali di costruzione: Il calcestruzzo, la malta e le malte geopolimeriche sono utilizzati per applicazioni strutturali e non strutturali in edifici, ponti, strade e progetti infrastrutturali.
  • Materiali refrattari: I geopolimeri possono resistere alle alte temperature e sono utilizzati nella produzione di materiali refrattari per forni, fornaci e applicazioni industriali.
  • Rivestimenti e trattamenti superficiali: I rivestimenti a base di geopolimeri sono utilizzati per la protezione dalla corrosione, la resistenza al fuoco e l'impermeabilizzazione di infrastrutture, ambienti marini e industriali.
  • Immobilizzazione dei rifiuti: I geopolimeri sono utilizzati per l'immobilizzazione e la stabilizzazione di materiali di scarto pericolosi e radioattivi, offrendo una soluzione di smaltimento sicura ed ecologica.
  • Geopolimeri – Un'alternativa verde al calcestruzzo

    I geopolimeri offrono un'alternativa ecologica al calcestruzzo tradizionale grazie a diverse caratteristiche ecologiche. I principali vantaggi del geopolimero come materiale da costruzione includono la riduzione delle emissioni di carbonio, l'utilizzo di sottoprodotti industriali, la conservazione dell'energia e dell'acqua, la riciclabilità e la durabilità. Poiché la consapevolezza delle problematiche ambientali continua a crescere in tutto il mondo, i geopolimeri sono sempre più riconosciuti come una soluzione valida per ridurre l'impronta ambientale dei materiali da costruzione. La sonicazione è una tecnica di miscelazione molto efficace che consente di produrre geopolimeri ad alte prestazioni in modo economico e in grandi volumi.
     

    • Riduzione dell'impronta di carbonio: I geopolimeri hanno in genere un'impronta di carbonio inferiore rispetto al tradizionale calcestruzzo a base di cemento Portland. La produzione di cemento Portland prevede processi in forno ad alta temperatura, che emettono quantità significative di anidride carbonica (CO2). I geopolimeri, invece, possono essere sintetizzati a temperature molto più basse, talvolta a temperatura ambiente, con conseguente riduzione del consumo energetico e delle emissioni di CO2 durante la produzione.
    • Utilizzo dei sottoprodotti industriali: I geopolimeri spesso utilizzano come precursori sottoprodotti industriali come ceneri volanti, scorie e metakaolino. Questi materiali sono spesso considerati prodotti di scarto di altre industrie e altrimenti dovrebbero essere smaltiti, contribuendo al carico ambientale. Incorporando questi sottoprodotti nei geopolimeri, non solo vengono sottratti alle discariche, ma riducono anche la domanda di materie prime vergini, riducendo ulteriormente l'impatto ambientale.
    • Consumo energetico ridotto: La produzione di geopolimeri richiede in genere un apporto energetico inferiore rispetto al cemento Portland. I processi di geopolimerizzazione possono avvenire a temperature più basse e possono non richiedere l'esteso processo di calcinazione previsto per la produzione di cemento. Ciò comporta una riduzione del consumo energetico e delle emissioni di gas serra associate.
    • Durata e longevità: I geopolimeri possono presentare eccellenti proprietà di durabilità, tra cui un'elevata resistenza alla compressione, una bassa permeabilità e una resistenza alla corrosione chimica. Di conseguenza, le strutture realizzate con geopolimeri possono richiedere meno manutenzione e riparazioni nel corso della loro vita rispetto al calcestruzzo tradizionale. Questa longevità riduce la necessità di frequenti ricostruzioni o sostituzioni, preservando così le risorse e riducendo l'impatto ambientale complessivo.
    • Riduzione del consumo di acqua: La produzione di geopolimeri richiede in genere meno acqua rispetto al calcestruzzo tradizionale. Il processo di miscelazione dei geopolimeri spesso prevede un contenuto minimo di acqua, con conseguente minor consumo di acqua e minore pressione sulle risorse idriche.
    • Riciclabilità e riutilizzabilità: I materiali geopolimerici possono spesso essere riciclati o riutilizzati al termine della loro vita utile. A differenza del calcestruzzo tradizionale, che può richiedere una lavorazione ad alta intensità energetica per il riciclaggio o lo smaltimento, i geopolimeri possono essere scomposti e riutilizzati con un minore impatto ambientale.

    Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

    Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.


    Saremo lieti di discutere il vostro processo.

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