Ar ultraskaņu paātrināta ģipša kristalizācija
- Maisīšana un disperģēšana ar ultraskaņu paātrina ģipša kristalizāciju un saistīšanās reakciju (CaSO4･2H2O).
- Lieljaudas ultraskaņas izmantošana ģipša suspensijas apstrādei paātrina kristalizāciju, tādējādi saīsinot saistīšanās laiku.
- Papildus ātrākai saistīšanai izgatavotajām sienu plāksnēm ir mazāks blīvums.
- Stiprinošu nanomateriālu (piem., CNTs, nanošķiedru vai silīcija dioksīda) disperģēšana ģipsī ar ultraskaņu nodrošina augstu mehānisko stiprību un zemu porainību.
Ultraskaņa ģipša ražošanas uzlabošanai
Lai ierosinātu kalcija sulfāta hemihidrāta un ūdens saistīšanās reakciju, kalcija sulfāta hemihidrāts vienmērīgi jādisperģē ūdenī, iegūstot viendabīgu suspensiju. Disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina daļiņu pilnīgu samitrināšanu, tādējādi panākot pilnīgu hemihidrāta hidratāciju. Ģipša suspensijas maisīšana ar ultraskaņu saīsina saistīšanās laiku, paātrinot kristalizāciju.
Arī papildu sastāvdaļas, piemēram, saistīšanās paātrinātājus un stiprinošus nanomateriālus, var ļoti vienmērīgi iemaisīt ģipša suspensijā.
Disperģēšanas ar ultraskaņu darbības princips
Ievadot lieljaudas ultraskaņas enerģiju šķidrumā vai suspensijā, rodas ultraskaņas izraisīta kavitācija. Ultraskaņas kavitācija rada lokāli ekstremālus apstākļus, tostarp lielus bīdes spēkus, šķidruma strūklas, mikroturbulenci, augstu temperatūru, lielu uzsildīšanas un dzesēšanas ātrumu, kā arī augstu spiedienu. Šie kavitācijas radītie bīdes spēki pārvar saistīšanās spēkus starp molekulām, tādējādi tās tiek deaglomerētas un disperģētas kā atsevišķas daļiņas. Turklāt kavitācijas radītās šķidruma strūklas paātrina daļiņas, izraisot to savstarpēju sadursmi un tādējādi sasmalcinot tās līdz nanodaļiņu vai pat primāro daļiņu izmēram. Šo parādību sauc par ultraskaņas slapjo malšanu.
Lieljaudas ultraskaņa šķīdumā rada kristalizācijas centrus, tādējādi paātrinot kristalizāciju.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par sonokristalizāciju – ar ultraskaņu veicinātu kristalizāciju!
Rūpniecisks ultraskaņas disperģētājs
Piedevu disperģēšana ar ultraskaņu
Daudzos ķīmiskajos procesos apstrādi ar ultraskaņu izmanto, lai maisījumā iemaisītu tādas piedevas kā saistīšanās palēninātāji (piem., olbaltumvielas, organiskās skābes), viskozitātes modifikatori (piem., superplastifikatori), degšanu kavējoši līdzekļi, borskābe, ūdensizturību nodrošinošas ķīmiskas vielas (piem., polisiloksāni, vaska emulsijas), stikla šķiedras, ugunsizturības uzlabotāji (piem., vermikulīts, māli un/vai pirogēnais silīcija dioksīds), polimēru savienojumi (piem., PVA, PVOH) un citas ierastas piedevas, lai uzlabotu apmetuma, saistīšanās ceļā cietējošu šuvju aizpildīšanas maisījumu un ģipša cementu sastāvu un saīsinātu to saistīšanās laiku.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par piedevu maisīšanu un sajaukšanu ar ultraskaņu!
Rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas
Hielscher Ultrasonics ir jūsu vadošais lieljaudas ultraskaņas sistēmu piegādātājs darbgalda un rūpnieciskiem lietojumiem. Hielscher piedāvā jaudīgus un izturīgus rūpnieciskos ultraskaņas procesorus. Mūsu UIP16000 (16kW) ir pasaulē jaudīgākais ultraskaņas procesors. Šī 16kW ultraskaņas sistēma viegli apstrādā lielus pat ļoti viskozu suspensiju apjomus (līdz 10 000cp). Lielas amplitūdas līdz 200µm (un pēc pieprasījuma arī lielākas) nodrošina pienācīgu materiāla apstrādi, panākot vēlamo disperģēšanas, deaglomerācijas un malšanas pakāpi. Šī intensīvā apstrāde ar ultraskaņu rada nanodaļiņas saturošas suspensijas, nodrošinot ātru saistīšanos un izcilus ģipša izstrādājumus.
Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 lielas slodzes režīmā un prasīgos vides apstākļos.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lielāks | savstarpēji savienotu iekārtu grupa: UIP16000 |
Mūsu ilgā pieredze apstrādē ar ultraskaņu palīdz mums konsultēt klientus no pirmajiem priekšizpētes darbiem līdz procesa ieviešanai rūpnieciskā mērogā.
Literatūra un atsauces
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Jaudas ultraskaņas ietekme uz portlandcementa pastu plūstamību un saistīšanos; prezentēts: 17. starptautiskajā būvmateriālu konferencē, 23rd – 26th September 2009, Veimārā.
- Rössler, Ch. (2009): Jaudas ultraskaņas ietekme uz cementa suspensiju plūstamību un saistīšanos; izdevumā: 17. starptautiskās būvmateriālu konferences ibausil rakstu krājums, izdevējs: Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, lpp. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Kalcija sulfāta adatveida kristālu un dabiskā kaučuka kompozītmateriālu izgatavošana un īpašības. Advanced Materials Research, 549. sēj., 2012. 597-600.
Noderīgi fakti
Ģipškartona plākšņu ražošana
Ģipškartona plākšņu ražošanas procesā apdedzināta ģipša – tā sauktā kalcija sulfāta pushidrāta – ūdens suspensiju izklāj starp augšējo un apakšējo papīra loksni. Šādi izveidotais izstrādājums nepārtraukti jāpārvieto uz konveijera lentes, līdz suspensija ir saistījusies. Pēc tam plāksni žāvē, līdz liekais ūdens ģipškartona plāksnē ir iztvaikojis. Ģipškartona sienu plākšņu ražošanā suspensijai mēdz pievienot dažādas vielas, lai uzlabotu ražošanas procesu vai pašu plāksni. Piemēram, parasti suspensijas masu samazina, pievienojot putotājus, kas nodrošina zināmu gaisa iesaisti un tādējādi samazina gatavās sienas plāksnes blīvumu.
Kalcija sulfāts
Kalcija sulfāts (jeb kalcija sulfāts) ir neorganisks savienojums ar formulu CaSO4 un ar to saistītajiem hidrātiem. Bezūdens γ-anhidrīta formā to izmanto kā universālu desikantu. Viens no CaSO4 hidrātiem ir pazīstams kā Parīzes ģipsis. Vēl viens svarīgs hidrāts ir ģipsis, kas dabā sastopams kā minerāls. Tieši ģipsi plaši izmanto rūpniecībā, piemēram, kā būvmateriālu, pildvielu, polimēros utt. Visas CaSO4 formas ir baltas cietas vielas un ūdenī šķīst ļoti maz. Kalcija sulfāts izraisa ūdens pastāvīgo cietību.
Neorganiskais savienojums CaSO4 sastopams trīs hidratācijas pakāpēs:
- bezūdens stāvoklī (minerāla nosaukums: “anhidrīts”) ar formulu CaSO4.
- dihidrāts (minerāla nosaukums: “ģipsis”) ar formulu CaSO4(H2O)2.
- pushidrāts ar formulu CaSO4(H22O)0.5. Var izšķirt atsevišķus pushidrāta veidus – alfa pushidrātu un beta pushidrātu.
Hidratācijas un dehidratācijas reakcijas
Karsējot ģipsis pārvēršas par daļēji dehidratētu minerālu – tā saukto kalcija sulfāta pushidrātu, apdedzināto ģipsi jeb Parīzes ģipsi. Apdedzināta ģipša formula ir CaSO4·(nH2O), kur 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Lai atdalītu tā struktūrā saistīto ūdeni, nepieciešama temperatūra no 100°C līdz 150°C (212°F – 302°F). Precīza karsēšanas temperatūra un ilgums ir atkarīgi no apkārtējā gaisa mitruma. Rūpnieciskai apdedzināšanai izmanto pat 170°C (338°F) temperatūru. Tomēr šādā temperatūrā sāk veidoties γ-anhidrīts. Šajā laikā ģipsim pievadītā siltumenerģija (hidratācijas siltums) galvenokārt tiek patērēta ūdens izvadīšanai (ūdens tvaika veidā), nevis minerāla temperatūras paaugstināšanai; temperatūra lēni pieaug, līdz viss ūdens ir izvadīts, un pēc tam palielinās straujāk. Daļējās dehidratācijas vienādojums ir šāds:
Šīs reakcijas endotermiskais raksturs ir būtisks ģipškartona ekspluatācijas īpašībām, jo tas nodrošina dzīvojamo ēku un citu būvju ugunsizturību. Ugunsgrēkā konstrukcija aiz ģipškartona loksnes saglabājas salīdzinoši vēsa, jo ģipsis zaudē ūdeni, tādējādi novēršot un aizkavējot karkasa bojājumus (koka elementu sadegšanas vai tērauda stiprības zuduma dēļ augstā temperatūrā) un tiem sekojošu konstrukcijas sabrukumu. Augstākā temperatūrā kalcija sulfāts izdala skābekli un tādējādi darbojas kā oksidētājs. Šo materiāla īpašību izmanto aluminotermijā. Atšķirībā no vairuma minerālu, kas, atkārtoti hidratējoties, vienkārši veido šķidras vai pusšķidras pastas vai paliek pulverveida stāvoklī, kalcinētam ģipsim piemīt neparasta īpašība. Sajaucot to ar ūdeni apkārtējās vides temperatūrā, tas ķīmiski pārvēršas atpakaļ vēlamajā dihidrāta formā, vienlaikus fiziski “saistoties” stingrā un salīdzinoši izturīgā ģipša kristālrežģī, kā parādīts tālāk sniegtajā vienādojumā:
Šī eksotermiskā reakcija ļauj ļoti viegli atliet ģipsi dažādās formās, tostarp ģipškartona loksnēs, tāfeles krīta stienīšos un formās (piem., lauztu kaulu imobilizēšanai vai metāla lējumiem). Sajaukts ar polimēriem, tas ir izmantots kā cements kaulu atjaunošanai.
Karsējot līdz 180°C, veidojas gandrīz bezūdens forma, tā sauktais γ-anhidrīts (CaSO4·nH2O, kur n = 0 līdz 0,05). γ-anhidrīts tikai lēni reaģē ar ūdeni, atgriežoties dihidrāta stāvoklī, tāpēc to plaši izmanto kā komerciālu desikantu. Karsējot virs 250°C, veidojas pilnīgi bezūdens β-anhidrīta forma. β-anhidrīts nereaģē ar ūdeni pat ģeoloģiskos laika mērogos, ja vien tas nav ļoti smalki samalts.
Apmetums
Apmetums ir būvmateriāls, ko izmanto kā aizsargājošu un/vai dekoratīvu pārklājumu sienām un griestiem, kā arī dekoratīvu būvelementu formēšanai un liešanai.
Stuka dekors ir apmetuma veidojums, ko izmanto reljefu rotājumu izgatavošanai.
Visizplatītāko apmetuma veidu galvenā sastāvdaļa ir ģipsis, kaļķis vai cements. Apmetumu ražo sausa pulvera (ģipša pulvera) veidā. Sajaucot pulveri ar ūdeni, veidojas stingra, bet apstrādājama pasta. Eksotermiskajā reakcijā ar ūdeni kristalizācijas procesā izdalās siltums, un pēc tam hidratētais apmetums sacietē.
Ģipša apmetums
Ģipša apmetumu jeb būvģipsi iegūst, termiski apstrādājot ģipsi (aptuveni 300°F / 150°C):
CaSO4·2H2O + siltums → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O (izdalās tvaika veidā).
Ģipsi var iegūt atkārtoti, sajaucot sauso pulveri ar ūdeni. Lai ierosinātu nemodificēta ģipša apmetuma saistīšanos, sauso pulveri sajauc ar ūdeni. Pēc aptuveni 10 minūtēm sākas saistīšanās reakcija, kas noslēdzas pēc aptuveni 45 minūtēm. Tomēr pilnīga ģipša saistīšanās tiek sasniegta pēc aptuveni 72 stundām. Ja apmetumu vai ģipsi karsē virs 266°F / 130°C, veidojas hemihidrāts. Arī hemihidrāta pulveri var pārvērst ģipsī, disperģējot to ūdenī.