Cristalização de gesso acelerada por ultrassom
- A mistura e dispersão ultrassônica aceleram a reação de cristalização e presa do gesso (CaSO4・2H2O).
- A aplicação de ultrassom de potência à pasta de gesso acelera a cristalização, reduzindo assim o tempo de presa.
- Além de um ajuste mais rápido, as placas de parede produzidas exibem uma densidade reduzida.
- A dispersão ultrassônica de nanomateriais de reforço (por exemplo, CNTs, nanofibras ou sílica) em gesso resulta em alta resistência mecânica e baixa porosidade.
Ultrassom para melhorar a fabricação de gesso
Para iniciar a reação de presa do sulfato de cálcio hemi-hidratado e da água, o sulfato de cálcio hemi-hidratado deve ser uniformemente disperso em água para que uma pasta homogênea seja preparada. A dispersão ultrassônica garante que as partículas sejam totalmente umedecidas para que uma hidratação hemi-hidratada completa seja alcançada. A mistura ultrassônica da pasta de gesso acelera o tempo de presa devido a uma cristalização acelerada.
Ingredientes adicionais, como aceleradores e nanomateriais de reforço, também podem ser misturados uniformemente na pasta de gesso.
Princípio de funcionamento da dispersão ultrassônica
Quando o ultrassom de alta potência é acoplado a um líquido ou pasta, ocorre cavitação gerada por ultrassom. cavitação ultrassônica cria condições localmente extremas, incluindo altas forças de cisalhamento, jatos de líquido, microturbulências, altas temperaturas, taxas de aquecimento e resfriamento de façanhas, bem como altas pressões. Essas forças de cisalhamento cavitacional superam as forças de ligação entre as moléculas, de modo que elas são desaglomeradas e dispersas como partículas únicas. Além disso, as partículas são aceleradas pelos jatos de líquido cavitacional de modo que colidem umas com as outras e, assim, são decompostas em nano ou mesmo tamanho de partícula primária. Esse fenômeno é conhecido como de moagem por via úmida ultrassônica.
O ultrassom de potência cria locais de nucleação na solução para que uma cristalização acelerada seja alcançada.
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dispersor ultrassônico industrial
Dispersão ultrassônica de aditivos
Em muitos processos químicos, a sonicação é usada para misturar aditivos como agentes retardadores (por exemplo, proteínas, ácidos orgânicos), modificadores de viscosidade (por exemplo, superplastificantes), agentes anti-queima, ácido bórico, produtos químicos resistentes à água (por exemplo, polissiloxanos, emulsões de cera), fibras de vidro, intensificadores de resistência ao fogo (por exemplo, vermiculita, argilas e/ou sílica pirogênica), compostos poliméricos (por exemplo, PVA, PVOH) e outros aditivos convencionais na formulação para melhorar a formulação de gesso, compostos de juntas do tipo pega e cimentos de gesso e para reduzir seu tempo de pega.
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Sistemas ultrassônicos industriais
A Hielscher Ultrasonics é o seu principal fornecedor de sistemas ultrassônicos de alta potência para aplicações industriais e de bancada. A Hielscher oferece processadores ultrassônicos industriais poderosos e robustos. Nosso UIP16000 (16kW) é o processador ultrassônico mais poderoso do mundo. Este sistema de ultrassom de 16kW processa facilmente grandes volumes de polpas abrasivas altamente viscosas (até 10.000 cp). Altas amplitudes de até 200 μm (e superiores a pedido) garantem que o material seja tratado adequadamente para que o nível desejado de dispersão, desaglomeração e moagem seja alcançado. Essa sonicação intensa produz pastas nanoparticuladas para taxas de presa rápidas e produtos de gesso superiores.
A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviços pesados e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
| Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
Nossa longa experiência em processamento ultrassônico nos ajuda a consultar nossos clientes desde os primeiros estudos de viabilidade até a implementação do processo em escala industrial.
Literatura/Referências
- Oliveira, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influência do ultrassom de potência na fluidez e presa de pastas de cimento Portland; em: 17ª Conferência Internacional sobre Materiais de Construção 23 a 26 de setembro de 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, Homem; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Preparação e propriedades de compósitos de sulfato de cálcio? compósitos de borracha natural. Pesquisa de Materiais Avançados vol. 549, 2012. 597-600.
Fatos, vale a pena conhecer
Produção de placa de gesso
Durante o processo de fabricação da placa de gesso, uma pasta aquosa de gesso calcinado – o chamado sulfato de cálcio hemi-hidratado – é espalhado entre as folhas de papel superior e inferior. O produto assim criado deve ser movido continuamente em uma correia transportadora até que a pasta endureça. A folha é então seca até que o excesso de água na placa de gesso tenha evaporado. Na produção de placas de gesso, sabe-se adicionar várias substâncias à pasta para melhorar o processo de produção ou a própria placa. Por exemplo, é comum aliviar o peso da pasta incorporando agentes espumantes para fornecer um grau de aeração que reduz a densidade do painel de parede final.
sulfato de cálcio
Sulfato de cálcio (ou sulfato de cálcio) é um composto inorgânico com a fórmula CaSO4 e hidratos relacionados. Na forma anidra de γ-anidrita, é usado como um dessecante de uso geral. Um hidrato particular de CaSO4 é conhecido como gesso de Paris. Outro hidrato importante é o gesso, que ocorre naturalmente como mineral. Especialmente o gesso é amplamente utilizado para aplicações industriais, por exemplo, como material de construção, enchimento, em polímeros, etc. Todas as formas de CaSO4 aparecem como sólidos brancos e dificilmente são solúveis em água. O sulfato de cálcio causa dureza permanente na água.
O composto inorgânico CaSO4 ocorre em três níveis de hidratação:
- estado anidro (nome mineral: “anidrita”) com a fórmula CaSO4.
- di-hidratado (nome mineral: “gesso”) com a fórmula CaSO4(H2O)2.
- hemihidratado com a fórmula CaSO4(H22O)0,5. Hemi-hidratos específicos podem ser distinguidos como alfa-hemi-hidrato e beta-hemi-hidrato.
Reações de hidratação e desidratação
Quando o calor é aplicado, o gesso se converte em um mineral parcialmente desidratado – o chamado sulfato de cálcio hemi-hidratado, gesso calcinado ou gesso de Paris. O gesso calcinado tem a fórmula CaSO4· (nH2O), onde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperaturas entre 100 ° C e 150 ° C (212 ° F – 302 ° F) são necessários para remover a água que está presa em sua estrutura. A temperatura e o tempo exatos de aquecimento dependem da umidade ambiente. Temperaturas de até 170 ° C (338 ° F) são aplicadas para a calcinação industrial. No entanto, nessas temperaturas, começa a formação de γ-anidrita. A energia térmica fornecida ao gesso neste momento (o calor da hidratação) tende a expulsar a água (como vapor d'água) em vez de aumentar a temperatura do mineral, que sobe lentamente até que a água desapareça e depois aumenta mais rapidamente. A equação para a desidratação parcial é a seguinte:
A propriedade endotérmica desta reação é relevante para o desempenho do drywall, conferindo resistência ao fogo a estruturas residenciais e outras. Em um incêndio, a estrutura atrás de uma folha de drywall permanecerá relativamente fria, pois a água é perdida do gesso, evitando e retardando danos à estrutura (por combustão de membros de madeira ou perda de resistência do aço em altas temperaturas) e consequente colapso estrutural. Em temperaturas mais altas, o sulfato de cálcio libera oxigênio e atua como agente oxidante. Esta característica do material é usada na aluminotermia. Em contraste com a maioria dos minerais, que quando reidratados simplesmente formam pastas líquidas ou semilíquidas, ou permanecem em pó, o gesso calcinado tem uma propriedade incomum. Quando misturado com água à temperatura ambiente, ele volta quimicamente à forma di-hidratada preferida, enquanto está fisicamente “ambiente” em uma estrutura cristalina de gesso rígida e relativamente forte, conforme mostrado na equação abaixo:
Essa reação exotérmica torna muito fácil moldar gesso em várias formas, incluindo folhas para drywalls, bastões para giz de quadro-negro e moldes (por exemplo, para imobilizar ossos quebrados ou para fundições de metal). Misturado com polímeros, tem sido utilizado como cimento de reparo ósseo.
Quando aquecido a 180 ° C, uma forma quase livre de água, a chamada γ-anidrita (CaSO4·nH2O onde n = 0 a 0,05), é formado. γ-anidrita reage apenas lentamente com a água para retornar ao estado di-hidratado, de modo que é amplamente utilizado como dessecante comercial. Quando aquecido acima de 250 ° C, ocorre a forma completamente anidra de β-anidrita. β-anidrita não reage com a água, mesmo em escalas de tempo geológicas, a menos que seja muito finamente moída.
gesso
O gesso é um material de construção utilizado como material de revestimento de proteção e/ou decoração para paredes, tetos e para moldar e moldar e moldar elementos decorativos de construção.
O estuque é um gesso, que é usado para produzir decorações em relevo.
Os tipos mais comuns de gesso são formulados a partir de gesso, cal ou cimento como ingrediente principal. O gesso é produzido como um pó seco (pó de gesso). Quando o pó é misturado com água, forma-se uma pasta dura, mas trabalhável. A reação exotérmica com a água libera calor por meio de um processo de cristalização e, em seguida, o gesso hidratado endurece.
gesso
O gesso de gesso, ou gesso de Paris, é produzido por um tratamento térmico (aprox. 300 ° F? 150 ° C) de gesso:
CaSO4· 2H2O + calor → CaSO4· 0,5H2O + 1,5H2O (lançado como vapor).
O gesso pode ser reformado misturando o pó seco com água. Para iniciar a presa do gesso não modificado, o pó seco é misturado com água. Após aprox. 10 minutos, a reação de configuração se instala e é finalizada após aprox. 45 minutos. No entanto, uma configuração completa de gesso é alcançada após aprox. 72 horas. Se o gesso ou gesso for aquecido acima de 266 ° F? 130 ° C, o hemi-hidrato é formado. O pó hemi-hidratado também pode ser transformado em gesso quando disperso em água.