ულტრაბგერით აჩქარებული გიფსის კრისტალიზაცია
- ულტრაბგერითი შერევა და დისპერგირება აჩქარებს გიფსის (CaSO4･2H2O) კრისტალიზაციისა და გამაგრების რეაქციას.
- მძლავრი ულტრაბგერის გამოყენება გიფსის სუსპენზიაში აჩქარებს კრისტალიზაციას, რითაც ამცირებს გამაგრების დროს.
- უფრო სწრაფი გამაგრების გარდა, დამზადებული კედლის ფილები ავლენენ შემცირებულ სიმკვრივეს.
- გამამტკიცებელი ნანომასალების (მაგ. CNT, ნანობოჭკოები ან სილიცა) ულტრაბგერითი დისპერგირება გიფსში იძლევა მაღალ მექანიკურ სიმტკიცეს და დაბალ ფორიანობას.
ულტრაბგერა გიფსის წარმოების გასაუმჯობესებლად
იმისათვის, რომ დაიწყოს კალციუმის სულფატის ჰემიჰიდრატისა და წყლის გამაგრების რეაქცია, კალციუმის სულფატის ჰემიჰიდრატი თანაბრად უნდა იყოს დისპერგირებული წყალში, რათა მომზადდეს ჰომოგენური სუსპენზია. ულტრაბგერითი დისპერგირება უზრუნველყოფს, რომ ნაწილაკები სრულად იყოს დატენიანებული, რათა მიღწეულ იქნას ჰემიჰიდრატის სრული ჰიდრატაცია. გიფსის სუსპენზიის ულტრაბგერითი შერევა ამცირებს გამაგრების დროს კრისტალიზაციის აჩქარების გამო.
დამატებითი ინგრედიენტები, როგორიცაა აჩქარებლები და გამაგრების ნანომასალები, ასევე შეიძლება ძალიან თანაბრად იყოს შერეული გიფსის სუსპენზიაში.
ულტრაბგერითი დისპერგირების მუშაობის პრინციპი
როდესაც მძლავრი ულტრაბგერა გადაეცემა სითხეს ან სუსპენზიას, წარმოიქმნება ულტრაბგერითი კავიტაცია. ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის ლოკალურად ექსტრემალურ პირობებს, მათ შორის მაღალ ძვრის ძალებს, სითხის ჭავლებს, მიკროტურბულენტობას, მაღალ ტემპერატურებს, გათბობისა და გაგრილების მაღალ სიჩქარეებს, ასევე მაღალ წნევას. ეს კავიტაციური ძვრის ძალები სძლევს მოლეკულებს შორის არსებულ ბმის ძალებს, რის შედეგადაც ისინი დეაგლომერირდება და დისპერგირდება ცალკეულ ნაწილაკებად. გარდა ამისა, ნაწილაკები აჩქარდება კავიტაციური სითხის ჭავლების ზემოქმედებით, რის შედეგადაც ისინი ეჯახებიან ერთმანეთს და იშლება ნანონაწილაკების ან თვით პირველადი ნაწილაკების ზომამდე. ეს ფენომენი ცნობილია როგორც ულტრაბგერითი სველი დაფქვა.
მძლავრი ულტრაბგერა ხსნარში ქმნის კრისტალიზაციის ჩანასახების წარმოქმნის ცენტრებს, რის შედეგადაც კრისტალიზაცია ჩქარდება.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ მეტი გაიგოთ სონო-კრისტალიზაციის შესახებ – ულტრაბგერითი დახმარებით კრისტალიზაცია!
სამრეწველო ულტრაბგერითი დისპერგატორი
დანამატების ულტრაბგერითი დისპერგირება
ბევრ ქიმიურ პროცესში ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება შემადგენლობაში ისეთი დანამატების შესარევად, როგორიცაა გამაგრების შემანელებელი აგენტები (მაგ. ცილები, ორგანული მჟავები), სიბლანტის მოდიფიკატორები (მაგ. სუპერპლასტიფიკატორები), წვის საწინააღმდეგო აგენტები, ბორის მჟავა, წყალგამძლეობის მიმნიჭებელი ქიმიკატები (მაგ. პოლისილოქსანები, ცვილის ემულსიები), მინის ბოჭკოები, ცეცხლგამძლეობის გამაუმჯობესებლები (მაგ. ვერმიკულიტი, თიხები და/ან პიროგენული სილიცა), პოლიმერული ნაერთები (მაგ. PVA, PVOH) და სხვა ჩვეულებრივი დანამატები, რათა გაუმჯობესდეს თაბაშირის, გამაგრებადი ნაკერის შემავსებელი ნარევებისა და გიფსის ცემენტების შემადგენლობა და შემცირდეს მათი გამაგრების დრო.
დააწკაპუნეთ აქ, რომ მეტი გაიგოთ დანამატების ულტრაბგერითი შერევისა და შეზავების შესახებ!
სამრეწველო ულტრაბგერითი სისტემები
Hielscher Ultrasonics არის მძლავრი ულტრაბგერითი სისტემების წამყვანი მომწოდებელი მაგიდის და სამრეწველო გამოყენებისთვის. Hielscher გთავაზობთ მძლავრ და მდგრად სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს. ჩვენი UIP16000 (16kW) არის ყველაზე მძლავრი ულტრაბგერითი პროცესორი მსოფლიოში. ეს 16kW ულტრაბგერითი სისტემა მარტივად ამუშავებს დიდ მოცულობებს, მაღალი სიბლანტის სუსპენზიებსაც კი (10 000cp-მდე). მაღალი ამპლიტუდები 200µm-მდე (და უფრო მაღალი მოთხოვნისამებრ) უზრუნველყოფენ, რომ მასალა სწორად იყოს დამუშავებული, რათა მიღწეულ იქნას დისპერგირების, დეაგლომერაციისა და დაფქვის სასურველი დონე. ეს ინტენსიური ულტრაბგერითი დამუშავება ქმნის ნანონაწილაკოვან სუსპენზიებს გამაგრების სწრაფი სიჩქარისა და უმაღლესი ხარისხის გიფსის პროდუქტებისთვის.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის მდგრადობა საშუალებას იძლევა 24/7 მუშაობისა მძიმე დატვირთვისა და რთულ გარემოში.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების შესაძლებლობაზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000 |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
ულტრაბგერით დამუშავებაში ჩვენი ხანგრძლივი გამოცდილება გვეხმარება, კონსულტაცია გავუწიოთ ჩვენს მომხმარებლებს ტექნიკურ-ეკონომიკური მიზანშეწონილობის პირველი კვლევებიდან პროცესის სამრეწველო მასშტაბით დანერგვამდე.
ლიტერატურა/წყაროები
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Power-Ultrasound-ის გავლენა პორტლანდცემენტის პასტების ფლუიდობასა და გამაგრებაზე; at: 17th International Conference on Building Materials 23rd – 26th September 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): კალციუმის სულფატის ულვაშა კრისტალების/ბუნებრივი რეზინის კომპოზიტების მომზადება და თვისებები. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
საინტერესო ფაქტები
გიფსის ფირფიტების წარმოება
გიფსის ფირფიტების წარმოების პროცესში, კალცინირებული გიფსის – ე.წ. კალციუმის სულფატის ნახევარჰიდრატის – წყლიანი სუსპენზია განიფინება ზედა და ქვედა ქაღალდის ფურცლებს შორის. ამ გზით მიღებული პროდუქტი უნდა გადაადგილდებოდეს უწყვეტად კონვეიერის ლენტზე, სანამ სუსპენზია არ გამაგრდება. შემდეგ ფურცელი შრება, სანამ გიფსის ფირფიტაში არსებული ზედმეტი წყალი არ აორთქლდება. გიფსის კედლის ფირფიტების წარმოებისას ცნობილია, რომ სუსპენზიას ემატება სხვადასხვა ნივთიერებები წარმოების პროცესის ან თავად ფირფიტის გასაუმჯობესებლად. მაგალითად, ჩვეულებრივია სუსპენზიის წონის შესამცირებლად ქაფწარმომქმნელი აგენტების დამატება, რაც უზრუნველყოფს გარკვეულ აერაციას და ამცირებს საბოლოო კედლის ფირფიტის სიმკვრივეს.
კალციუმის სულფატი
კალციუმის სულფატი (ან კალციუმის სულფატი) არის არაორგანული ნაერთი ფორმულით CaSO4 და მისი შესაბამისი ჰიდრატები. γ-ანჰიდრიტის ანჰიდრულ ფორმაში, ის გამოიყენება როგორც ზოგადი დანიშნულების დესიკანტი. CaSO4 -ის კონკრეტული ჰიდრატი ცნობილია როგორც პარიზის თაბაშირი. მეორე მნიშვნელოვანი ჰიდრატი არის გიფსი, რომელიც ბუნებრივად გვხვდება როგორც მინერალი. განსაკუთრებით გიფსი ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო დანიშნულებით, მაგ. როგორც სამშენებლო მასალა, შემავსებელი, პოლიმერებში და ა.შ. CaSO4 -ის ყველა ფორმა თეთრი მყარი ნივთიერებაა და წყალში ძნელად იხსნება. კალციუმის სულფატი იწვევს წყლის მუდმივ სიხისტეს.
არაორგანული ნაერთი CaSO4 გვხვდება ჰიდრატაციის სამ დონეზე:
- ანჰიდრული მდგომარეობა (მინერალის სახელი: “ანჰიდრიტი”) ფორმულით CaSO4.
- დიჰიდრატი (მინერალის სახელი: “გიფსი”) ფორმულით CaSO4(H2O)2.
- ნახევარჰიდრატი ფორმულით CaSO4(H22O)0.5. ნახევარჰიდრატებს შორის განასხვავებენ ალფა-ნახევარჰიდრატსა და ბეტა-ნახევარჰიდრატს.
ჰიდრატაციისა და დეჰიდრატაციის რეაქციები
როდესაც გამოიყენება სითბო, გიფსი გარდაიქმნება ნაწილობრივ დეჰიდრატირებულ მინერალად – ე.წ. კალციუმის სულფატის ნახევარჰიდრატად, კალცინირებულ გიფსად ან პარიზის თაბაშირად. კალცინირებულ გიფსს აქვს ფორმულა CaSO4·(nH2O), სადაც 0,5 ≤ n ≤ 0,8. ტემპერატურები 100°C-სა და 150°C-ს (212°F – 302°F) შორის აუცილებელია მის სტრუქტურაში ჩართული წყლის მოსაშორებლად. ზუსტი გათბობის ტემპერატურა და დრო დამოკიდებულია გარემოს ტენიანობაზე. ინდუსტრიული კალცინაციისთვის გამოიყენება ტემპერატურები 170°C-მდე (338°F). თუმცა, ამ ტემპერატურებზე იწყება γ-ანჰიდრიტის წარმოქმნა. გიფსისთვის ამ დროს მიწოდებული სითბური ენერგია (ჰიდრატაციის სითბო) მიდრეკილია წყლის გამოდევნისკენ (წყლის ორთქლის სახით), ვიდრე მინერალის ტემპერატურის ზრდისკენ, რომელიც ნელა იზრდება, სანამ წყალი არ გაქრება, შემდეგ კი უფრო სწრაფად იზრდება. ნაწილობრივი დეჰიდრატაციის განტოლება არის შემდეგი:
ამ რეაქციის ენდოთერმული თვისება მნიშვნელოვანია გიფსოკარტონის ეფექტურობისთვის, რადგან ის საცხოვრებელ და სხვა ნაგებობებს ანიჭებს ცეცხლგამძლეობას. ხანძრის დროს, გიფსოკარტონის ფურცლის უკან მდებარე კონსტრუქცია შედარებით გრილი რჩება, რადგან გიფსიდან წყალი გამოიყოფა, რითაც თავიდან აიცილებს და ანელებს ჩარჩოს დაზიანებას (ხის ელემენტების წვის ან ფოლადის სიმტკიცის დაკარგვის გამო მაღალ ტემპერატურაზე) და შესაბამისად, კონსტრუქციის ჩამოქცევას. უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, კალციუმის სულფატი გამოყოფს ჟანგბადს და ამით მოქმედებს როგორც მჟანგავი აგენტი. მასალის ეს თვისება გამოიყენება ალუმინოთერმიაში. უმეტესი მინერალებისგან განსხვავებით, რომლებიც რეჰიდრატაციისას უბრალოდ თხევად ან ნახევრად თხევად პასტებს ქმნიან, ან ფხვნილოვან მდგომარეობაში რჩებიან, კალცინირებულ გიფსს აქვს უჩვეულო თვისება. როდესაც ის შერეულია წყალთან გარემოს ტემპერატურაზე, ქიმიურად ის უბრუნდება სასურველ დიჰიდრატის ფორმას, ფიზიკურად კი „გამაგრდება“ ხისტ და შედარებით მყარ გიფსის კრისტალურ მესერად, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ განტოლებაშია ნაჩვენები:
ეს ეგზოთერმული რეაქცია იმდენად ადვილს ხდის გიფსის სხვადასხვა ფორმის ჩამოსხმას, მათ შორის გიფსოკარტონის ფურცლების, საკლასო დაფის ცარცის ღეროებისა და ყალიბების (მაგ. მოტეხილი ძვლების იმობილიზაციისთვის, ან მეტალის ჩამოსასხმელად). პოლიმერებთან შერეული, ის გამოიყენებოდა როგორც ძვლის აღდგენის ცემენტი.
როდესაც თბება 180°C-მდე, წარმოიქმნება თითქმის უწყლო ფორმა, ე.წ. γ-ანჰიდრიტი (CaSO4·nH2O სადაც n = 0-დან 0,05-მდე). γ-ანჰიდრიტი მხოლოდ ნელა რეაგირებს წყალთან დიჰიდრატის მდგომარეობაში დასაბრუნებლად, ამიტომ ის ფართოდ გამოიყენება როგორც კომერციული დესიკანტი. როდესაც გახურდება 250°C-ზე მაღლა, წარმოიქმნება სრულიად ანჰიდრული ფორმა β-ანჰიდრიტი. β-ანჰიდრიტი არ რეაგირებს წყალთან, თუნდაც გეოლოგიური დროის მასშტაბებში, თუ ის არ არის ძალიან წვრილად დაფქული.
ბათქაში
ბათქაში არის სამშენებლო მასალა, რომელიც გამოიყენება კედლებისა და ჭერების დამცავი და/ან დეკორატიული საფარის მასალად, ასევე დეკორატიული სამშენებლო ელემენტების ჩამოსასხმელად და ფორმირებისთვის.
შტუკატურა არის ბათქაშის სამუშაო, რომელიც გამოიყენება რელიეფური დეკორაციების შესაქმნელად.
ბათქაშის ყველაზე გავრცელებული ტიპები მზადდება გიფსის, კირის ან ცემენტის გამოყენებით როგორც მთავარი ინგრედიენტის. ბათქაში მზადდება როგორც მშრალი ფხვნილი (გიფსის ფხვნილი). როდესაც ფხვნილს წყალთან ურევენ, წარმოიქმნება მკვრივი, მაგრამ დამუშავებადი პასტა. ეგზოთერმული რეაქცია წყალთან გამოყოფს სითბოს კრისტალიზაციის პროცესის გზით, შემდეგ ჰიდრატირებული ბათქაში მყარდება.
გიფსის ბათქაში
გიფსის ბათქაში, ან პარიზის თაბაშირი, მზადდება გიფსის თერმული დამუშავებით (დაახლოებით 300°F / 150°C):
CaSO4·2H2O + სითბო → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O (გამოიყოფა ორთქლის სახით).
გიფსი შეიძლება აღდგეს მშრალი ფხვნილის წყალთან შერევით. მოდიფიცირებული დანამატების გარეშე ბათქაშის გამყარების დასაწყებად მშრალ ფხვნილს ურევენ წყალთან. დაახლოებით 10 წუთის შემდეგ იწყება გამყარების რეაქცია და სრულდება დაახლოებით 45 წუთში. თუმცა, გიფსის სრული გამყარება მიიღწევა დაახლოებით 72 საათის შემდეგ. თუ ბათქაში ან გიფსი გახურდება 266°F / 130°C-ზე მაღლა, წარმოიქმნება ჰემიჰიდრატი. ჰემიჰიდრატის ფხვნილი ასევე შეიძლება გარდაიქმნას გიფსად, როდესაც ის წყალშია დისპერგირებული.