Cristallizzazione del gesso accelerata dagli ultrasuoni
- La miscelazione e la dispersione a ultrasuoni accelerano la cristallizzazione e la reazione di presa del gesso (CaSO4･2H2O).
- L'applicazione di ultrasuoni di potenza all'impasto di gesso accelera la cristallizzazione, riducendo il tempo di presa.
- Oltre a una presa più rapida, i pannelli per pareti prodotti presentano una densità ridotta.
- La dispersione a ultrasuoni di nano materiali di rinforzo (ad esempio CNT, nanofibre o silice) nel gesso consente di ottenere un'elevata resistenza meccanica e una bassa porosità.
Ultrasuoni per migliorare la produzione di gesso
Per avviare la reazione di presa del solfato di calcio emiidrato con l'acqua, il solfato di calcio emiidrato deve essere disperso uniformemente nell'acqua in modo da preparare un impasto omogeneo. La dispersione a ultrasuoni assicura che le particelle siano completamente bagnate in modo da ottenere un'idratazione completa dell'emiidrato. La miscelazione a ultrasuoni dell'impasto di gesso accelera il tempo di presa grazie a una cristallizzazione accelerata.
Anche gli ingredienti aggiuntivi, come gli acceleratori e i nano materiali di rinforzo, possono essere miscelati in modo molto uniforme nell'impasto di gesso.
Principio di funzionamento della dispersione a ultrasuoni
Quando gli ultrasuoni ad alta potenza vengono accoppiati a un liquido o a un impasto, si verifica la cavitazione generata dagli ultrasuoni. Cavitazione ad ultrasuoni crea localmente condizioni estreme, tra cui elevate forze di taglio, getti di liquido, microturbolenze, alte temperature, elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento e alte pressioni. Queste forze di taglio cavitazionali superano le forze di legame tra le molecole, in modo che queste vengano deagglomerate e disperse come singole particelle. Inoltre, le particelle vengono accelerate dai getti di liquido cavitazionale in modo da collidere tra loro e da essere scomposte in particelle di dimensioni nano o addirittura primarie. Questo fenomeno è noto come macinazione a umido a ultrasuoni.
Gli ultrasuoni di potenza creano siti di nucleazione nella soluzione in modo da ottenere una cristallizzazione accelerata.
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Dispersore industriale a ultrasuoni
Dispersione a ultrasuoni di additivi
In molti processi chimici, la sonicazione viene utilizzata per miscelare additivi come agenti ritardanti (ad esempio proteine, acidi organici), modificatori di viscosità (ad esempio superfluidificanti), agenti antiscottatura, acido borico, sostanze chimiche resistenti all'acqua (ad esempio polisilossani, emulsioni di cera), fibre di vetro, esaltatori della resistenza al fuoco (ad esempio vermiculite, argille e/o silice fumata) e altri additivi convenzionali nella formulazione per migliorare la formulazione dell'intonaco.vermiculite, argille e/o silice fumé), composti polimerici (ad es. PVA, PVOH) e altri additivi convenzionali nella formulazione per migliorare la formulazione di intonaci, composti per giunti e cementi a base di gesso e per ridurne il tempo di presa.
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sistemi industriali a ultrasuoni
Hielscher Ultrasonics è il vostro miglior fornitore di sistemi a ultrasuoni ad alta potenza per applicazioni da banco e industriali. Hielscher offre processori industriali a ultrasuoni potenti e robusti. I nostri UIP16000 (16kW) è il processore a ultrasuoni più potente al mondo. Questo sistema a ultrasuoni da 16kW tratta facilmente grandi volumi di impasti anche molto viscosi (fino a 10.000cp). Le ampiezze elevate, fino a 200 µm (e superiori su richiesta), assicurano che il materiale sia trattato in modo appropriato, in modo da ottenere il livello desiderato di dispersione, deagglomerazione e macinazione. Questa intensa sonicazione produce impasti nano-particolati per una rapida presa e prodotti di gesso di qualità superiore.
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente di operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| 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 a ultrasuoni ci aiuta a consigliare i nostri clienti dai primi studi di fattibilità all'implementazione del processo su scala industriale.
Letteratura/riferimenti
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influenza degli ultrasuoni sulla fluidità e sulla presa delle paste di cemento Portland; a: 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 di compositi di whisker di solfato di calcio e gomma naturale. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
Particolarità / Cose da sapere
Produzione di pannelli di gesso
Durante il processo di produzione dei cartoni di gesso, un impasto acquoso di gesso calcinato – il cosiddetto solfato di calcio emiidrato – viene distribuito tra i fogli di carta superiori e inferiori. Il prodotto così creato deve essere continuamente spostato su un nastro trasportatore fino a quando l'impasto non si è solidificato. Il foglio viene quindi asciugato fino a quando l'acqua in eccesso nel pannello di gesso non è evaporata. Nella produzione di pannelli in gesso è noto che si aggiungono varie sostanze all'impasto per migliorare il processo di produzione o il pannello stesso. Ad esempio, è consuetudine alleggerire il peso dell'impasto 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 i relativi idrati. Nella forma anidra di γ-anidrite, viene utilizzato come essiccante di uso generale. Un particolare idrato di CaSO4 è noto come gesso di Parigi. Un altro importante idrato è il gesso, presente in natura come minerale. Soprattutto il gesso è ampiamente utilizzato per applicazioni industriali, ad esempio come materiale da costruzione, riempitivo, nei polimeri, ecc. Tutte le forme di CaSO4 si presentano come solidi bianchi e sono difficilmente solubili in acqua. Il solfato di calcio provoca una durezza permanente dell'acqua.
Il composto inorganico CaSO4 si verifica in tre livelli di idratazione:
- stato anidro (nome del minerale: “anidrite”) con la formula CaSO4.
- diidrato (nome minerale: “gesso”) con la formula CaSO4(H2O)2.
- emiidrato con la formula CaSO4(H22O)0.5. Le emiidrati specifiche possono essere distinte in alfa-emidrato e beta-emidrato.
Reazioni di idratazione e disidratazione
Quando si applica 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 legata alla sua struttura. L'esatta temperatura e il tempo di riscaldamento dipendono dall'umidità ambientale. Per la calcinazione industriale vengono applicate 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 allontanare l'acqua (sotto forma di vapore acqueo) piuttosto che aumentare la temperatura del minerale, che sale lentamente fino a quando l'acqua non è scomparsa, per poi aumentare più rapidamente. L'equazione per la disidratazione parziale è la seguente:
La proprietà endotermica di questa reazione è importante per le prestazioni dei muri a secco, che conferiscono resistenza al fuoco a strutture residenziali e di altro tipo. In caso di incendio, la struttura dietro una lastra di cartongesso rimarrà relativamente fredda, poiché l'acqua viene persa dal gesso, impedendo e ritardando così il danneggiamento dell'intelaiatura (attraverso la combustione di elementi in legno o la perdita di resistenza dell'acciaio ad alte temperature) e il 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 nell'alluminotermia. A differenza della maggior parte dei minerali, che quando vengono reidratati formano semplicemente paste liquide o semiliquide, o rimangono in polvere, il gesso calcinato ha una proprietà insolita. Quando viene mescolato con l'acqua a temperatura ambiente, torna chimicamente alla forma diidrata preferita, mentre fisicamente si trasforma in un'altra forma di gesso. “impostazione” in un reticolo cristallino di gesso rigido e relativamente resistente, come mostrato nell'equazione seguente:
Questa reazione esotermica rende facile la fusione del gesso in varie forme, tra cui lastre per muri a secco, bastoncini per gesso da lavagna e stampi (ad esempio per immobilizzare ossa rotte o per fusioni di metallo). Mescolato con polimeri, è stato utilizzato come cemento per la riparazione delle ossa.
Se riscaldata a 180°C, una forma quasi priva di acqua, la cosiddetta γ-anidrite (CaSO4-nH2O dove n = da 0 a 0,05), si forma. La γ-anidrite reagisce solo lentamente con l'acqua per tornare allo stato diidrato, per cui è ampiamente utilizzata come essiccante commerciale. Se riscaldata a temperature superiori a 250°C, la β-anidrite assume la forma completamente anidra. La β-anidrite non reagisce con l'acqua, anche su scala geologica, a meno che non sia macinata molto finemente.
intonaco
L'intonaco è un materiale da costruzione utilizzato come rivestimento protettivo e/o decorativo per pareti, soffitti e per modellare e colare elementi costruttivi decorativi.
Lo stucco è un intonaco utilizzato per realizzare decorazioni a rilievo.
I tipi più comuni di intonaco sono formulati con gesso, calce o cemento come ingredienti principali. L'intonaco viene prodotto come polvere secca (polvere di gesso). Quando la polvere viene mescolata con acqua, si forma una pasta rigida ma lavorabile. La reazione esotermica con l'acqua rilascia calore attraverso un processo di cristallizzazione, quindi il gesso idratato si indurisce.
Intonaco di gesso
L'intonaco di gesso, o gesso di Parigi, è prodotto da un trattamento termico (circa 300°F / 150°C) del gesso:
CaSO4-2H2O + calore → CaSO4-0.5H2O + 1,5H2O (rilasciato come vapore).
Il gesso può essere riformato mescolando la polvere secca con acqua. Per avviare la presa dell'intonaco non modificato, la polvere secca viene mescolata con acqua. Dopo circa 10 minuti, la reazione di presa si instaura e si conclude dopo circa 45 minuti. L'indurimento completo del gesso si ottiene invece dopo circa 72 ore. Se l'intonaco o il gesso vengono riscaldati a temperature superiori a 266°F / 130°C, si forma l'emiidrato. La polvere di emiidrato può essere trasformata in gesso anche se dispersa in acqua.