Duerch Ultraschall beschleunegt Kristalliséierung vu Gips

D’Mëschen an d’Dispergéiere mat Ultraschall beschleunegen d’Kristalliséierung an d’Ofbannreaktioun vu Gips (CaSO₄･2H₂O).
D’Uwendung vu leeschtungsstaarkem Ultraschall op d’Gipssuspensioun beschleunegt d’Kristalliséierung a verkierzt doduerch d’Ofbannzäit.
Nieft engem méi séieren Ofbanne weisen déi hiergestallte Wandplacken eng reduzéiert Dicht op.
D’Dispergéiere vu verstäerkenden Nanomaterialien (z. B. CNTs, Nanofaseren oder Siliziumdioxid) a Gips mat Ultraschall féiert zu enger héijer mechanescher Festegkeet an enger gerénger Porositéit.

Ultraschall fir eng verbessert Gipshierstellung

Fir d’Ofbannreaktioun vu Kalziumsulfat-Hallefhydrat a Waasser anzeleeden, muss Kalziumsulfat-Hallefhydrat gläichméisseg am Waasser dispergéiert ginn, sou datt eng homogen Suspensioun entsteet. D’Ultraschalldispersioun garantéiert, datt d’Partikele vollstänneg benetzt ginn, sou datt eng vollstänneg Hydratatioun vum Hallefhydrat erreecht gëtt. D’Mësche vun der Gipssuspensioun mat Ultraschall beschleunegt d’Ofbannen duerch eng beschleunegt Kristalliséierung.
Zousätzlech Bestanddeeler wéi Beschleuneger a verstäerkend Nanomaterialie kënnen och ganz gläichméisseg an d’Gipssuspensioun agemëscht ginn.

Funktiounsprinzip vum Dispergéiere mat Ultraschall

Wa leeschtungsstaarken Ultraschall an eng Flëssegkeet oder eng Suspensioun agekoppelt gëtt, entsteet eng duerch Ultraschall generéiert Kavitatioun. Ultraschallkavitatioun schaaft lokal extrem Bedéngungen, dorënner héich Schéierkräften, Flëssegkeetsstralen, Mikroturbulenzen, héich Temperaturen, séier Erhëtzungs- an Ofkillraten souwéi héich Drécker. Dës duerch Kavitatioun entstane Schéierkräften iwwerwannen d’Bindungskräften tëscht de Moleküllen, sou datt dës deagglomeréiert an als eenzel Partikelen dispergéiert ginn. Ausserdeem ginn d’Partikelen duerch d’Flëssegkeetsstrale vun der Kavitatioun beschleunegt, sou datt si matenee kollidéieren an doduerch op Nanogréisst oder souguer op d’Gréisst vu Primärpartikelen verklengert ginn. Dëst Phenomeen ass als Naassmuele mat Ultraschall bekannt.
Leeschtungsstaarken Ultraschall schaaft Keimbildungsplazen an der Léisung, sou datt eng beschleunegt Kristalliséierung erreecht gëtt.
Klickt hei, fir méi iwwer d’Sonokristalliséierung – d’Kristalliséierung mat Ultraschallënnerstëtzung – gewuer ze ginn!

Leeschtungsultraschallsystem fir Dispersioune mat groussem Volumen

Industriellen Ultraschalldispergator

Ultraschalldispersioun vun Zousazstoffer

A ville cheemesche Prozesser gëtt d’Beschallung mat Ultraschall benotzt, fir Zousazstoffer wéi Verzögerer (z. B. Proteinnen, organesch Saieren), Viskositéitsmodifikateuren (z. B. Superplastifizéierer), Mëttel géint d’Verbrennen, Borsaier, waasserofweisend Chemikalien (z. B. Polysiloxanen, Wuelsemulsiounen), Glasfaseren, Mëttel fir d’Feierbeständegkeet ze erhéijen (z. B. Vermiculit, Leem an/oder pyrogene Siliziumdioxid), polymer Verbindungen (z. B. PVA, PVOH) an aner konventionell Zousazstoffer an d’Rezeptur anzemëschen, fir d’Rezeptur vu Putz, ofbannende Fugemassen a Gipszementer ze verbesseren an hir Ofbannzäit ze verkierzen.
Klickt hei, fir méi iwwer d’Mëschen an d’Vermësche vun Zousazstoffer mat Ultraschall gewuer ze ginn!

Industriell Ultraschallsystemer

Hielscher Ultrasonics ass Äre Spëtzenubidder vu leeschtungsstaarken Ultraschallsystemer fir Uwendungen um Labordësch an an der Industrie. Hielscher bitt leeschtungsstaark a robust industriell Ultraschallprozessoren un. Eisen UIP16000 (16kW) ass dee leeschtungsstäerksten Ultraschallprozessor weltwäit. Dësen 16kW-Ultraschallsystem verschafft ouni Schwieregkeete grouss Volumme vu souguer héichviskose Suspensiounen (bis zu 10.000cp). Héich Amplitudë vu bis zu 200µm (an op Ufro nach méi héich) garantéieren, datt d’Material richteg behandelt gëtt, sou datt de gewënschte Grad un Dispersioun, Deagglomeratioun a Muele erreecht gëtt. Dës intensiv Beschallung mat Ultraschall produzéiert Suspensioune mat Nanopartikele fir séier Ofbannraten a Gipsprodukter vun iwwerleeëner Qualitéit.
D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht e 24/7-Betrib ënner héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
D’Tabell hei ënnendrënner gëtt Iech en Unhaltspunkt iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Chargevolumen	Duerchfloss	Recommandéiert Apparater
10 bis 2000mL	20 bis 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 bis 20L	0,2 bis 4L/min	UIP2000hdT
10 bis 100L	2 bis 10L/min	UIP4000
n.a.	10 bis 100L/min	UIP16000
n.a.	méi héich	Verbund vun UIP16000

Eis laang Erfarung an der Ultraschallveraarbechtung hëlleft eis, eis Clientë vun den éischte Machbarkeetsstudien bis zur Ëmsetzung vum Prozess am industrielle Moossstaf ze beroden.

Notzt eisen Ultraschallprozesslabor an eisen Technikzenter fir Är Prozessentwécklung an -optimiséierung!

Literatur/Referenzen

Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Afloss vu Leeschtungsultraschall op d’Flëssegkeet an d’Ofbanne vu Portlandzementpaschten; op der: 17. Internationaler Konferenz iwwer Baumaterialien 23rd – 26th September 2009, Weimar.
Rössler, Ch. (2009): Afloss vu Leeschtungsultraschall op d’Fléiss- an d’Ofbannverhale vun Zementsuspensiounen; an: Konferenzband vun der 17. Internationaler Baustofftagung ibausil, erausgi vum Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Hierstellung an Eegenschafte vu Kompositmaterialien aus Kalziumsulfat-Whiskeren an Naturkautschuk. Advanced Materials Research Bd. 549, 2012. 597–600.

Wëssenswäert Fakten

Produktioun vu Gipsplacken

Beim Hierstellungsprozess vu Gipsplacke gëtt eng wässerlech Suspensioun aus kalzinéiertem Gips – sougenanntem Kalziumsulfat-Hemihydrat – tëscht den ieweschten an den ënneschte Pabeierbéi verdeelt. Dat esou entstanent Produkt muss kontinuéierlech op engem Fërderband beweegt ginn, bis d’Suspensioun ofgebonnen huet. D’Plack gëtt duerno gedréchent, bis dat iwwerschëssegt Waasser an der Gipsplack verdonst ass. Bei der Produktioun vu Gipswandplacken ass et üblech, der Suspensioun verschidde Substanzen derbäizesetzen, fir de Produktiounsprozess oder d’Plack selwer ze verbesseren. Zum Beispill ass et üblech, d’Gewiicht vun der Suspensioun ze reduzéieren, andeems Schaummëttel ageschafft ginn, fir e gewëssene Loftundeel ze erreechen, deen d’Dicht vun der fäerdeger Wandplack reduzéiert.

Kalziumsulfat

Kalziumsulfat (oder Kalziumsulfat) ass eng anorganesch Verbindung mat der Formel CaSO₄ a verwandten Hydraten. An der waasserfräier Form vum γ-Anhydrit gëtt et als universellt Dréchemëttel benotzt. E bestëmmten Hydrat vu CaSO₄ ass als Paräisser Gips bekannt. En anere wichtegen Hydrat ass Gips, deen an der Natur als Mineral virkënnt. Besonnesch Gips gëtt vill fir industriell Uwendunge benotzt, z. B. als Baumaterial, Fëllstoff, a Polymeren asw. All Forme vu CaSO₄ trieden als wäiss Feststoffer op a si kaum am Waasser léislech. Kalziumsulfat verursaacht eng permanent Waasserhäert.
Déi anorganesch Verbindung CaSO₄ kënnt an dräi Hydratatiounsstufe vir:

waasserfräien Zoustand (Mineralnumm: “Anhydrit”) mat der Formel CaSO₄.
Dihydrat (Mineralnumm: “Gips”) mat der Formel CaSO₄(H₂O)₂.
Hemihydrat mat der Formel CaSO₄(H2₂O)0.5. Spezifesch Hemihydrater kënnen als Alpha-Hemihydrat a Beta-Hemihydrat ënnerscheet ginn.

Hydratatiouns- an Dehydratatiounsreaktiounen
Wann Hëtzt zougeféiert gëtt, verwandelt sech Gips an e partiell dehydratéiert Mineral – dat sougenannt Kalziumsulfat-Hemihydrat, kalzinéierte Gips oder Paräisser Gips. Kalzinéierte Gips huet d’Formel CaSO₄·(nH₂O), woubäi 0,5 ≤ n ≤ 0,8 ass. Temperature tëscht 100°C an 150°C (212°F – 302°F) sinn néideg, fir d’Waasser ze entfernen, dat a senger Struktur gebonnen ass. Déi genee Erhëtzungstemperatur an -dauer hänke vun der Fiichtegkeet vun der Ëmgéigend of. Bei der industrieller Kalzinatioun ginn Temperature vu bis zu 170°C (338°F) agesat. Bei dësen Temperature fänkt awer d’Bildung vu γ-Anhydrit un. D’Hëtztenergie, déi dem Gips zu dësem Zäitpunkt zougeféiert gëtt (d’Hydratatiounshëtzt), gëtt éischter dofir benotzt, Waasser (als Waasserdamp) auszedreiwen, wéi d’Temperatur vum Mineral ze erhéijen. Dës klëmmt lues, bis d’Waasser fort ass, an duerno méi séier. D’Gläichung fir déi partiell Dehydratatioun ass déi follgend:

Déi endotherm Eegenschaft vun dëser Reaktioun ass fir d’Leeschtung vun Dréchebauplacke relevant a gëtt Wunngebaier an anere Bauwierker Feierbeständegkeet. Bei engem Brand bleift d’Konstruktioun hannert enger Dréchebauplack relativ kill, well Waasser aus dem Gips entweicht. Doduerch gi Schied un der Drokonstruktioun (duerch d’Verbrenne vun Holzelementer oder de Festegkeetsverloscht vu Stol bei héijen Temperaturen) an e spéideren Zesummebroch vun der Konstruktioun verhënnert a verzögert. Bei méi héijen Temperature setzt Kalziumsulfat Sauerstoff fräi a wierkt doduerch als Oxidatiounsmëttel. Dës Materialeegenschaft gëtt an der Aluminothermie genotzt. Am Géigesaz zu de meeschte Mineraler, déi bei der Rehydratioun einfach flësseg oder hallefflësseg Paste bilden oder polverfërmeg bleiwen, huet kalzinéierte Gips eng ongewéinlech Eegenschaft. Wann e bei Ëmgéigungstemperatur mat Waasser gemëscht gëtt, verwandelt e sech cheemesch zeréck an déi bevorzugt Dihydratform, wärend e physikalesch zu engem steifen a relativ feste Gipskristallgitter „ofbënnt“, wéi an der Equatioun hei ënnendrënner gewisen:

Dës exotherm Reaktioun mécht et esou einfach, Gips a verschidde Formen ze géissen, dorënner Placke fir den Dréchebau, Staange fir Tafelkritt a Formen (z. B. fir gebrache Schanke rouegzestellen oder fir Metallgoss). Mat Polymere gemëscht gouf en als Zement fir d’Reparatur vu Schanke benotzt.
Beim Erhëtzen op 180°C entsteet eng bal waasserfräi Form, de sougenannte γ-Anhydrit (CaSO₄·nH₂O, wou n = 0 bis 0,05 ass). γ-Anhydrit reagéiert nëmme lues mat Waasser, fir zeréck an den Dihydratzoustand iwwerzegoen, soudatt e verbreet als kommerziellt Dréchemëttel benotzt gëtt. Beim Erhëtzen iwwer 250°C entsteet déi komplett waasserfräi Form vum β-Anhydrit. β-Anhydrit reagéiert net mat Waasser, och net iwwer geologesch Zäitraim, ausser wann e ganz reng gemuel ass.

Putz

Putz ass e Baumaterial, dat als schützend an/oder dekoratiivt Beschichtungsmaterial fir Maueren a Plaffongen benotzt gëtt, souwéi fir dekorativ Bauelementer ze formen an ze géissen.
Stuck ass eng Putzaarbecht, déi benotzt gëtt, fir Reliefdekoratiounen hierzestellen.
Déi heefegst Putzaarte gi mat Gips, Kallek oder Zement als Haaptbestanddeel formuléiert. Putz gëtt als dréchent Polver (Gipspolver) hiergestallt. Wann d’Polver mat Waasser gemëscht gëtt, entsteet eng steif, awer verschaffbar Past. Déi exotherm Reaktioun mat Waasser setzt duerch e Kristalliséierungsprozess Hëtzt fräi, duerno häert den hydratiséierte Putz aus.

Gipsputz

Gipsputz, oder Paräisser Gips, gëtt duerch eng Hëtztbehandlung (ongeféier 300°F / 150°C) vu Gips hiergestallt:
CaSO₄·2H₂O + Hëtzt → CaSO₄·0.5H₂O + 1.5H₂O (als Damp fräigesat).
Gips kann nees gebilt ginn, andeems dat dréchent Polver mat Waasser gemëscht gëtt. Fir d’Ofbanne vun onverännertem Gipsputz anzeleeden, gëtt dat dréchent Polver mat Waasser gemëscht. No ongeféier 10 Minutte setzt d’Ofbannreaktioun an an ass no ongeféier 45 Minutten ofgeschloss. De Gips huet awer eréischt no ongeféier 72 Stonne komplett ofgebonnen. Wann Putz oder Gips iwwer 266°F / 130°C erhëtzt gëtt, entsteet Hemihydrat. Hemihydratpolver kann och a Gips ëmgewandelt ginn, wann et a Waasser dispergéiert gëtt.