Ultrasone dispersie van bentoniet
- Bentonietkleien, zoals natriumbentoniet, calciumbentoniet en kaliumbentoniet, worden voornamelijk gebruikt als additief voor boorvloeistoffen, bindmiddel, zuiveringsmiddel, adsorbens en als grondwaterbarrière.
- Door sterke bindingen en vanderwaalskrachten zijn voor het dispergeren van bentoniet intense mengkrachten nodig om de agglomeraten gelijkmatig op te breken.
- Ultrasoon dispergeren is een zeer betrouwbare methode om slurries met een hoge viscositeit en een hoge concentratie vaste stoffen te produceren. Daarbij overtreft ultrasoon dispergeren conventionele roerwerken bij de productie van homogene bentonietslurries.
Dispersie van bentoniet
Bentoniet kent uiteenlopende toepassingen, bijvoorbeeld als smeermiddel, verdikkingsmiddel of adsorbens. Om de materiaaleigenschappen van bentoniet te benutten, is het nodig de bentonietdeeltjes/plaatjes gelijkmatig te verdelen in een basismedium. Bentonietdispersies hebben een hoog zwelvermogen en kunnen een grote hoeveelheid vloeistof adsorberen. Bij dispersie in een vloeistof vormt de bentonietdispersie een sterk thixotrope colloïdale suspensie of gel. De colloïdale eigenschappen van bentonietdispersies zijn sterk afhankelijk van de kwaliteit van de dispersie. Daarom is sonicatie de dispergeertechniek die de voorkeur heeft om bentonietslurries van hoge kwaliteit te verkrijgen.
Ultrasone dispersie van bentoniet (uitgevoerd met ultrasone menger UIP2000hdT)
Problemen
Conventionele dispergeermethoden kunnen vaak niet de intense afschuifkrachten opwekken die nodig zijn om een homogene slurry van gefunctionaliseerd bentoniet te bereiden. De thixotropie van bentoniet en zijn buitengewone vermogen om water te binden en te zwellen vereisen bovengemiddeld goede dispergeerapparatuur die uitblinkt bij het verwerken van slurries met een hoge viscositeit en voldoende afschuiving levert om de agglomeraten op te breken.
De viscositeit van een bentonietdispersie neemt toe naarmate de concentratie stijgt. Conventionele mengapparatuur kan de dikke slurries niet verwerken, waardoor het ontbreekt aan een goede kwaliteit van de dispersie en hydratatie .
Vanwege de onvoldoende mengcapaciteit moeten conventionele dispergeerapparaten worden gecombineerd met aanvullende processtappen, bijvoorbeeld malen.
Oplossing
Krachtige ultrasone apparatuur levert intense afschuifkrachten die de bindingen tussen bentonietdeeltjes gemakkelijk verbreken. Bentonietslurries met een hoge viscositeit kunnen homogeen worden verwerkt door de suspensie door een ultrasone reactorkamer te voeren, waarin de deeltjes worden gedeagglomereerd en gedispergeerd tot een uniforme deeltjesgrootte. Het intense mengen en de afschuiving helpen de deeltjes te verkleinen tot de beoogde deeltjesgrootte. Krachtige sonicatie zorgt voor delaminatie en exfoliatie van het bentoniet (montmorilloniet), wat resulteert in een groot deeltjesoppervlak dat bijdraagt aan een verbeterde zwelling en de functionalisering van het bentoniet.
Ultrasone dispersie van kleien
Hoe het werkt: Zeer intense ultrasone krachten die in vloeistoffen worden opgewekt, veroorzaken cavitatie. Ultrasone cavitatie komt tot uiting in zuivere afschuiving. Daardoor is de ultrasone meng- en dispergeertechnologie ideaal om thixotrope suspensies met een zeer hoog deeltjesgehalte te produceren.
Door de intense afschuiving kunnen kleien met ultrageluid efficiënt tot slurries worden gedispergeerd. Omdat sonicatie als een continu inlineproces wordt uitgevoerd, zelfs slurries met een hoge viscositeit zoals boorspoelingen, bitumenemulsies, latex of verven.
Hielscher Ultrasonics is uw partner voor betrouwbare ultrasone verwerking. Wij bieden u het volledige assortiment ultrasone homogenisatoren – van het laboratoriumapparaat tot de industriële ultrasone apparatuur voor veeleisende toepassingen zoals malen, deagglomeratie en dispersie. Met clusters van de UIP10000 of UIP16000, zijn er vrijwel geen grenzen aan de commerciële verwerking van zelfs zeer grote volumestromen, inclusief materiaal met een hoge viscositeit en een pasteuze consistentie.
Industriële ultrasone dispergeerapparaten
Ultrasone dispersie:
- Dispersie met hoge snelheid
- Hoge gehaltes aan vaste stoffen
- Nanodispersie
- Volledige hydratatie
- Geen “visogen“
- Verbeterde zwelling
- Functionalisering van deeltjes
- Gelerend effect
- Uniforme verwerking
- Reproduceerbaarheid
- Betrouwbare productkwaliteit
Ultrasone inlineverwerking
Literatuur/Referenties
- Bergaya, F.; Theng, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Handboek Kleiwetenschappen. Elservier 1978.
- Grim, R.E:; Güven, N. (1978): Bentonieten: Geologie, mineralogie, eigenschappen en toepassingen. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): The colloidal stability of raw bentonite deformed mechanically by ultrasound. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301–306.
- Wikipedia: Bentoniet
Over bentoniet
Bentonietkleien, waaronder natriumbentoniet, calciumbentoniet en kaliumbentoniet, bestaan voornamelijk uit smectietmineralen, doorgaans montmorilloniet (bijvoorbeeld Al-montmorilloniet Al2O3•4(SiO2)•H2O). Montmorilloniet is een dioctaëdrische smectiet, maar ook andere soorten smectiet kunnen voorkomen. Smectiet is verantwoordelijk voor de gewenste eigenschappen van bentoniet, maar de aard van de uitwisselbare kationen tussen de lagen beïnvloedt de eigenschappen eveneens. Daarom kunnen bentonieten met Na+ als kation tussen de lagen heel andere eigenschappen hebben dan bentonieten waarbij het kation tussen de lagen Ca+ is. De meeste commerciële bentonieten bevatten meer dan 80% smectiet, maar verschillende andere mineralen kunnen als verontreinigingen voorkomen. Deze mineralen kunnen kwarts, veldspaat, calciet en gips omvatten. De aanwezigheid van deze mineralen kan de industriële waarde beïnvloeden en de waarde van bentoniet verlagen of verhogen, afhankelijk van de specifieke toepassing. Bentoniet vertoont sterke colloïdale eigenschappen en het volume neemt bij contact met water meerdere malen toe, waardoor een gelatineuze en viskeuze vloeistof ontstaat. De bijzondere eigenschappen van bentoniet, zoals hydratatie, zwelling, waterabsorptie, viscositeit en thixotropie, maken het tot een waardevol materiaal voor een breed scala aan toepassingen.
Bentonietkleien worden doorgaans gebruikt als smeermiddelen, verdikkingsmiddelen, adsorbentia, reologische additieven, bindmiddelen, katalysatoren, zuiveringsmiddelen, stabilisatoren, emulgatoren of bleekaarden. Dankzij hun functionaliteiten vinden visco-elastische bentonietgels uiteenlopende toepassingen in de mineraleolie- en boorindustrie, de chemie, de keramiekindustrie, gieterijen, de bouw- en reinigingsindustrie, de land- en tuinbouw, de papierproductie, de voedingsmiddelenindustrie en de cosmetische en farmaceutische sector.
De derivaten van bentoniet staan bekend als Bentone. Dit zijn gemodificeerde organokleien met functionaliteiten die zijn afgestemd op specifieke toepassingen. Zo zijn Bentone 52 en Bentone 57 en Bentone 1000 veelgebruikte verdikkingsmiddelen voor verven en coatings, terwijl Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 en Bentone 1000 reologiemodificatoren zijn die in de olie- en boorindustrie worden gebruikt. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA en Bentonite BC 342 worden als verdikkingsmiddelen en geleermiddelen in cosmetica en farmaceutische producten gebruikt.
De krachtige ultrasone machines van Hielscher zijn betrouwbaar en effectief voor het gelijkmatig dispergeren van alle organokleipoeders van bentoniet, hectoriet en Bentone tot dispersies van Bentone, gels van Bentone of in formuleringen van eindproducten.
Wetenswaardigheden
Ultrasone weefselhomogenisatoren worden vaak aangeduid als sonde-sonicator/sonificator, sonische lyser, ultrasone ontsluiter, ultrasone maler, sono-ruptor, sonifier, sonische dismembrator, celontsluiter, ultrasoon dispergeerapparaat, emulgator of oplosapparaat. De verschillende termen vloeien voort uit de uiteenlopende toepassingen die met sonicatie kunnen worden uitgevoerd.