Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Cristallizzazione ultrasonicamente accelerata del gesso

  • La miscelazione e la dispersione ad ultrasuoni accelera la cristallizzazione e la reazione di indurimento del gesso (CaSO4・2H2O).
  • L'applicazione di ultrasuoni di potenza al fango di gesso accelera la cristallizzazione riducendo così il tempo di presa.
  • Oltre ad una posa più rapida, i pannelli da parete prodotti presentano una densità ridotta.
  • La dispersione ultrasonica di materiali nano rinforzanti (ad es. CNT, nanofibre o silice) in gesso si traduce in un'elevata resistenza meccanica e bassa porosità.

 

Ultrasuoni per una migliore produzione di gesso

Per avviare la reazione di presa del solfato di calcio emiidrato di calcio e acqua, il solfato di calcio emiidrato deve essere uniformemente disperso in acqua in modo da preparare un impasto omogeneo. La dispersione ultrasonica assicura che le particelle siano completamente bagnate in modo da ottenere una completa idratazione dell'emiidrato. La miscelazione ad ultrasuoni del fango di gesso accelera il tempo di presa grazie ad una cristallizzazione accelerata.
Anche ingredienti aggiuntivi come gli acceleratori e i nanomateriali di rinforzo possono essere miscelati in modo molto uniforme nel fango di gesso.

Principio di funzionamento della dispersione ad ultrasuoni

I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher sono potenti strumenti per la riduzione delle dimensioni delle particelle (Clicca per ingrandire!)Quando gli ultrasuoni ad alta potenza sono accoppiati in un liquido o liquame, si verifica una cavitazione generata da ultrasuoni. Cavitazione ad ultrasuoni crea localmente condizioni estreme, tra cui elevate forze di taglio, getti di liquidi, micro turbolenze, alte temperature, velocità di riscaldamento e raffreddamento e pressioni elevate. Queste forze di taglio cavitazionale superano le forze di legame tra le molecole in modo che siano deagglomerate e disperse come singole particelle. Inoltre, le particelle sono accelerate dai getti di liquido cavitazionale in modo che si scontrino tra loro e siano così suddivise in particelle di dimensioni nanometriche o addirittura primarie. Questo fenomeno è noto come fresatura ad ultrasuoni ad umido.
L'ultrasuono di potenza crea siti di nucleazione nella soluzione in modo da ottenere una cristallizzazione accelerata.
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Sistema ad ultrasuoni ad alta potenza per grandi volumi di dispersione

Dispersore a ultrasuoni industriale

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Dispersione ultrasonica degli additivi

In molti processi chimici, la sonicazione viene utilizzata per miscelare additivi quali agenti ritardanti (ad es. proteine, acidi organici), modificatori di viscosità (ad es. superfluidificanti), agenti antiscottanti, acido borico, prodotti chimici resistenti all'acqua (ad es. polisilossani, emulsioni di cera), fibre di vetro, esaltatori di resistenza al fuoco (ad es.vermiculite, argille e/o silice pirogenica), composti polimerici (ad es. PVA, PVOH) e altri additivi convenzionali nella formulazione per migliorare la formulazione dell'intonaco, dei composti per giunti a presa e dei cementi a base di gesso e per ridurne il tempo di presa.
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sistemi industriali ad ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics è il vostro principale fornitore di sistemi ad ultrasuoni ad alta potenza per applicazioni da banco e industriali. Hielscher offre potenti e robusti processori a ultrasuoni industriali. Il nostro UIP16000 (16kW) è il più potente processore ad ultrasuoni al mondo. Questo sistema ad ultrasuoni da 16kW è in grado di trattare facilmente grandi volumi di fanghi anche altamente viscosi (fino a 10.000 cp). Ampiezze elevate fino a 200µm (e superiori su richiesta) assicurano che il materiale sia trattato correttamente in modo da ottenere il livello desiderato di dispersione, deagglomerazione e fresatura. Questa intensa sonicazione produce fanghi nanoparticolati per velocità di presa rapida e prodotti a base di gesso di qualità superiore.
La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.
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 UIP4000
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

La nostra lunga esperienza nella lavorazione ad ultrasuoni ci aiuta a consultare i nostri clienti dai primi studi di fattibilità fino alla realizzazione del processo su scala industriale.

Utilizzate il nostro laboratorio di processo ad ultrasuoni e il nostro centro tecnico per lo sviluppo e l'ottimizzazione dei vostri processi!

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Si prega di utilizzare il modulo sottostante, se si desidera richiedere ulteriori informazioni sull'omogeneizzazione ad ultrasuoni. Saremo lieti di offrirvi un sistema ad ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze.









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Letteratura/riferimenti

  • Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influenza del Power-Ultrasound sulla fluidità e l'indurimento delle paste di cemento PortlandE' cosi': 17a Conferenza internazionale sui materiali da costruzione 23-26 settembre 2009, Weimar.
  • Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; in: 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): Preparazione e proprietà dei compositi a base di solfato di calcio e gomma naturale. Ricerca avanzata sui materiali vol. 549, 2012. 597-600.


Particolarità / Cose da sapere

Produzione di cartongesso

Durante il processo di produzione del pannello di gesso, un impasto acquoso di gesso calcinato. – cosiddetto solfato di calcio emiidrato di calcio emiidrato – è distribuito tra i fogli di carta superiore e inferiore. Il prodotto così creato deve essere spostato continuamente su un nastro trasportatore fino a quando il fango non si è solidificato. Il foglio viene quindi asciugato fino all'evaporazione dell'acqua in eccesso nel pannello di gesso. Nella produzione di pannelli in cartongesso è noto per l'aggiunta di varie sostanze alla boiacca per migliorare il processo produttivo o il pannello stesso. Ad esempio, è usuale alleggerire il peso della boiacca incorporando agenti schiumogeni per fornire un grado di aerazione che riduce la densità del pannello finale.

Solfato di calcio

Il solfato di calcio (o solfato di calcio) è un composto inorganico con la formula CaSO4 e relativi idrati. Nella forma anidra di γ-anidrite, è usato come essiccante universale. Un particolare idrato di CaSO4 è conosciuto come il gesso di Parigi. Un altro importante idrato è il gesso, che si presenta naturalmente come minerale. In particolare il gesso è ampiamente utilizzato per applicazioni industriali, ad esempio come materiale da costruzione, riempitivo, in polimeri, ecc. Tutte le forme di CaSO4 appaiono come solidi bianchi e sono difficilmente solubili in acqua. Il solfato di calcio causa una durezza permanente nell'acqua.
Il composto inorganico CaSO4 si verifica in tre livelli di idratazione:

  • stato anidro (nome minerale: “anidrite”) con la formula CaSO4.
  • diidrato (nome minerale: “gesso”) con la formula CaSO4(H2O)2.
  • emiidrato con la formula CaSO4(H22O)0.5. Gli emirati specifici si distinguono in alfa-emidrato e beta-emidrato.

Reazioni di idratazione e disidratazione
Quando viene applicato il calore, il gesso si trasforma in un minerale parzialmente disidratato. – il cosiddetto solfato di calcio emiidrato, gesso calcinato, o gesso di Parigi. Il gesso calcinato ha la formula CaSO4-(nH2O), dove 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperature comprese tra 100°C e 150°C (212°F) – 302°F) sono necessari per rimuovere l'acqua che è legata nella sua struttura. L'esatta temperatura e il tempo di riscaldamento dipendono dall'umidità ambientale. Per la calcinazione industriale si applicano temperature fino a 170°C (338°F). Tuttavia, a queste temperature inizia la formazione di γ-anidrite. L'energia termica fornita al gesso in questo momento (il calore di idratazione) tende ad andare in acqua (come vapore acqueo) piuttosto che aumentare la temperatura del minerale, che sale lentamente fino a quando l'acqua è sparita, per poi aumentare più rapidamente. L'equazione per la disidratazione parziale è la seguente:
Cristallizzazione del gesso (Clicca per ingrandire!)

La proprietà endotermica di questa reazione è rilevante per le prestazioni dei muri a secco, conferendo resistenza al fuoco a strutture residenziali e non solo. In un incendio, la struttura dietro una lastra di cartongesso rimarrà relativamente fresca in quanto l'acqua viene persa dal gesso, prevenendo e ritardando così i danni all'intelaiatura (per combustione di elementi in legno o perdita di resistenza dell'acciaio alle alte temperature) e conseguente collasso strutturale. A temperature più elevate, il solfato di calcio rilascia ossigeno e agisce quindi come agente ossidante. Questa caratteristica del materiale è utilizzata in alluminoterapia. A differenza della maggior parte dei minerali, che se reidratati semplicemente formano paste liquide o semiliquide, o rimangono polverosi, il gesso calcinato ha una proprietà insolita. Quando viene miscelato con acqua a temperatura ambiente, ritorna chimicamente alla forma diidrata preferita, mentre è fisicamente “scenario” in un reticolo di cristallo di gesso rigido e relativamente forte, come mostrato nell'equazione sottostante:
Disidratazione parziale del gesso (Clicca per ingrandire!)
Questa reazione esotermica rende così facile la colata di gesso in varie forme tra cui lastre per pareti a secco, bastoni per lavagna gesso e stampi (ad esempio per immobilizzare ossa rotte, o per fusioni metalliche). Miscelato con i polimeri, è stato utilizzato come cemento per la riparazione ossea.
Se riscaldato a 180°C, una forma quasi priva di acqua, la cosiddetta γ-anidrite (CaSO4-nH2O dove n = da 0 a 0,05), si forma. γ-Anidrite reagisce solo lentamente con l'acqua per tornare allo stato diidrato, per cui è ampiamente usato come essiccante commerciale. Se riscaldato ad una temperatura superiore a 250°C, si verifica la forma completamente anidra della β-anidrite. La β-anidrite non reagisce con l'acqua, anche in tempi geologici, a meno che non sia finemente triturata.

Intonaco

L'intonaco è un materiale da costruzione che viene utilizzato come materiale di rivestimento protettivo e/o decorativo per pareti, soffitti e per modellare e modellare e fondere elementi decorativi da costruzione.
Lo stucco è un intonaco che viene utilizzato per produrre decorazioni a rilievo.
I tipi più comuni di intonaci sono formulati a partire da gesso, calce o cemento come ingrediente principale. L'intonaco è prodotto come polvere secca (polvere di gesso). Quando la polvere viene mescolata con l'acqua, si forma una pasta rigida ma lavorabile. La reazione esotermica con l'acqua rilascia calore attraverso un processo di cristallizzazione, poi l'intonaco idratato si indurisce.

Intonaco di gesso

L'intonaco di gesso, o intonaco di Parigi, è prodotto da un trattamento termico (circa 300°F / 150°C) di gesso:
CaSO4-·2H2O + calore → CaSO4-·0.5H2O + 1,5H2O (rilasciato sotto forma di vapore).
Il gesso può essere riformato mescolando la polvere secca con acqua. Per iniziare la presa dell'intonaco non modificato, la polvere secca viene miscelata con acqua. Dopo ca. 10 minuti, la reazione di regolazione si imposta e si conclude dopo ca. 45 minuti. Tuttavia, dopo circa 72 ore si raggiunge un'impostazione completa del gesso. Se l'intonaco o il gesso viene riscaldato oltre i 266°F / 130°C, si forma l'emiidrato. La polvere di emiidrato può anche essere trasformata in gesso se dispersa in acqua.