Cristalizarea ghipsului accelerată cu ultrasunete
- Mixarea și dispersarea cu ultrasunete accelerează cristalizarea și reacția de priză a ghipsului (CaSO4･2H2O).
- Aplicarea ultrasunetelor de putere asupra suspensiei de ghips accelerează cristalizarea, reducând astfel timpul de priză.
- Pe lângă o priză mai rapidă, plăcile de perete produse prezintă o densitate redusă.
- Dispersarea cu ultrasunete a nanomaterialelor de ranforsare (de ex. CNT, nanofibre sau silice) în ghips conduce la o rezistență mecanică ridicată și o porozitate scăzută.
Ultrasunete pentru o fabricare îmbunătățită a ghipsului
Pentru a iniția reacția de priză dintre semihidratul de sulfat de calciu și apă, semihidratul de sulfat de calciu trebuie dispersat uniform în apă, astfel încât să se prepare o suspensie omogenă. Dispersarea cu ultrasunete asigură umectarea completă a particulelor, astfel încât se obține o hidratare completă a semihidratului. Mixarea cu ultrasunete a suspensiei de ghips accelerează timpul de priză datorită unei cristalizări accelerate.
Ingrediente suplimentare, precum acceleratorii și nanomaterialele de ranforsare, pot fi de asemenea amestecate foarte uniform în suspensia de ghips.
Principiul de funcționare al dispersării cu ultrasunete
Atunci când ultrasunetele de mare putere sunt cuplate într-un lichid sau într-o suspensie, apare cavitația generată ultrasonic. Cavitația ultrasonică creează local condiții extreme, inclusiv forțe de forfecare ridicate, jeturi de lichid, microturbulențe, temperaturi ridicate, viteze „feat” de încălzire și răcire, precum și presiuni ridicate. Aceste forțe de forfecare cavitaționale depășesc forțele de legătură dintre molecule, astfel încât acestea sunt dezaglomerate și dispersate ca particule individuale. În plus, particulele sunt accelerate de jeturile de lichid cavitaționale, astfel încât se ciocnesc între ele și sunt astfel fragmentate până la dimensiuni nanometrice sau chiar până la dimensiunea particulelor primare. Acest fenomen este cunoscut sub numele de măcinare umedă cu ultrasunete.
Ultrasunetele de putere creează situsuri de nucleație în soluție, astfel încât se obține o cristalizare accelerată.
Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre sonocristalizare – cristalizarea asistată de ultrasunete!
Dispersor industrial cu ultrasunete
Dispersarea aditivilor cu ultrasunete
În multe procese chimice, sonicarea este utilizată pentru a amesteca în formulare aditivi precum agenți de întârziere (de ex. proteine, acizi organici), modificatori de vâscozitate (de ex. superplastifianți), agenți anti-ardere, acid boric, substanțe chimice hidrofuge (de ex. polisiloxani, emulsii de ceară), fibre de sticlă, agenți de îmbunătățire a rezistenței la foc (de ex. vermiculit, argile și/sau silice pirogenă), compuși polimerici (de ex. PVA, PVOH) și alți aditivi convenționali, pentru a îmbunătăți formularea tencuielilor, a chiturilor de rosturi cu priză și a cimenturilor de ghips și pentru a reduce timpul de priză al acesteia.
Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre mixarea și amestecarea aditivilor cu ultrasunete!
Sisteme industriale cu ultrasunete
Hielscher Ultrasonics este furnizorul dumneavoastră de top de sisteme cu ultrasunete de mare putere pentru aplicații de laborator de masă și industriale. Hielscher oferă procesoare industriale cu ultrasunete puternice și robuste. Procesorul nostru UIP16000 (16kW) este cel mai puternic procesor cu ultrasunete din lume. Acest sistem cu ultrasunete de 16kW procesează cu ușurință volume mari chiar și de suspensii foarte vâscoase (până la 10.000cp). Amplitudinile ridicate de până la 200µm (și mai mari la cerere) asigură tratarea corespunzătoare a materialului, astfel încât să se obțină nivelul dorit de dispersie, dezaglomerare și măcinare. Această sonicare intensă produce suspensii nanoparticulate pentru viteze de priză rapide și produse din ghips superioare.
Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim greu și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Experiența noastră îndelungată în procesarea cu ultrasunete ne ajută să ne consiliem clienții de la primele studii de fezabilitate până la implementarea procesului la scară industrială.
Literatură de specialitate/Referințe
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influența ultrasunetelor de putere asupra fluidității și fixării pastelor de ciment Portland; la: 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, omule; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Prepararea și proprietățile mustății de sulfat de calciu / compozite din cauciuc natural. Cercetare avansată a materialelor vol. 549, 2012. 597-600.
Informații utile
Producția plăcilor de gips-carton
În timpul procesului de fabricație a plăcilor de gips-carton, o suspensie apoasă de ghips calcinat – așa-numitul semihidrat de sulfat de calciu – este întinsă între foile de hârtie superioară și inferioară. Produsul astfel creat trebuie deplasat continuu pe o bandă transportoare până când suspensia a făcut priză. Placa este apoi uscată până când excesul de apă din placa de gips-carton s-a evaporat. În producția plăcilor de gips-carton pentru pereți se știe că se adaugă diverse substanțe în suspensie pentru a îmbunătăți procesul de producție sau placa însăși. De exemplu, este uzual să se reducă greutatea suspensiei prin încorporarea de agenți de spumare care asigură un anumit grad de aerare, ceea ce reduce densitatea plăcii finale.
Sulfatul de calciu
Sulfatul de calciu (calcium sulfate sau calcium sulphate) este un compus anorganic cu formula CaSO4 și hidrații înrudiți. În forma anhidră de γ-anhidrit, este utilizat ca desicant de uz general. Un anumit hidrat al CaSO4 este cunoscut sub numele de ipsos (plaster of Paris). Un alt hidrat important este ghipsul, care apare în natură ca mineral. Ghipsul în special este utilizat pe scară largă în aplicații industriale, de ex. ca material de construcție, material de umplutură, în polimeri etc. Toate formele de CaSO4 se prezintă ca solide albe și sunt greu solubile în apă. Sulfatul de calciu provoacă duritate permanentă a apei.
Compusul anorganic CaSO4 apare în trei niveluri de hidratare:
- starea anhidră (denumire mineralogică: „anhidrit”) cu formula CaSO4.
- dihidrat (denumire mineralogică: „ghips”) cu formula CaSO4(H2O)2.
- semihidrat cu formula CaSO4(H22O)0.5. Se pot distinge semihidrați specifici, și anume alfa-semihidratul și beta-semihidratul.
Reacții de hidratare și deshidratare
La aplicarea căldurii, ghipsul se transformă într-un mineral parțial deshidratat – așa-numitul semihidrat de sulfat de calciu, ghips calcinat sau ipsos (plaster of Paris). Ghipsul calcinat are formula CaSO4·(nH2O), unde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Sunt necesare temperaturi între 100°C și 150°C (212°F – 302°F) pentru a îndepărta apa legată în structura sa. Temperatura și durata exactă de încălzire depind de umiditatea ambiantă. Pentru calcinarea industrială se aplică temperaturi de până la 170°C (338°F). Totuși, la aceste temperaturi începe formarea γ-anhidritului. Energia termică furnizată ghipsului în acest moment (căldura de hidratare) tinde să fie folosită pentru eliminarea apei (sub formă de vapori de apă), mai degrabă decât pentru creșterea temperaturii mineralului, care crește lent până când apa dispare, apoi crește mai rapid. Ecuația deshidratării parțiale este următoarea:
Proprietatea endotermă a acestei reacții este relevantă pentru performanța plăcilor de gips-carton, conferind rezistență la foc clădirilor rezidențiale și altor structuri. În caz de incendiu, structura din spatele unei plăci de gips-carton va rămâne relativ rece pe măsură ce apa se pierde din ghips, prevenind și întârziind astfel deteriorarea scheletului (prin arderea elementelor din lemn sau pierderea rezistenței oțelului la temperaturi ridicate) și prăbușirea structurală consecutivă. La temperaturi mai ridicate, sulfatul de calciu eliberează oxigen și acționează astfel ca agent oxidant. Această caracteristică a materialului este utilizată în aluminotermie. Spre deosebire de majoritatea mineralelor, care la rehidratare formează pur și simplu paste lichide sau semilichide ori rămân pulverulente, ghipsul calcinat are o proprietate neobișnuită. Atunci când este amestecat cu apă la temperatura ambiantă, revine chimic la forma preferată de dihidrat, în timp ce fizic „face priză”, formând o rețea cristalină de ghips rigidă și relativ rezistentă, așa cum se arată în ecuația de mai jos:
Această reacție exotermă face atât de ușoară turnarea ghipsului în diverse forme, inclusiv plăci pentru pereți de gips-carton, bețe pentru creta de tablă și matrițe (de ex. pentru imobilizarea oaselor fracturate sau pentru turnarea metalelor). Amestecat cu polimeri, a fost utilizat ca ciment pentru repararea oaselor.
La încălzire până la 180°C se formează o formă aproape lipsită de apă, așa-numitul γ-anhidrit (CaSO4·nH2O, unde n = 0 până la 0,05). γ-Anhidritul reacționează doar lent cu apa pentru a reveni la starea de dihidrat, astfel încât este utilizat pe scară largă ca desicant comercial. La încălzire peste 250°C apare forma complet anhidră de β-anhidrit. β-anhidritul nu reacționează cu apa, nici chiar pe scări de timp geologice, decât dacă este măcinat foarte fin.
Tencuiala
Tencuiala este un material de construcție utilizat ca material de acoperire protector și/sau decorativ pentru pereți și tavane, precum și pentru modelare, realizarea de muluri și turnarea elementelor decorative de construcție.
Stucatura este o lucrare de tencuială care este utilizată pentru realizarea decorațiunilor în relief.
Cele mai comune tipuri de tencuială sunt formulate având ca ingredient principal fie ghipsul, fie varul, fie cimentul. Tencuiala este produsă sub formă de pulbere uscată (pulbere de ghips). Atunci când pulberea este amestecată cu apă, se formează o pastă consistentă, dar lucrabilă. Reacția exotermă cu apa eliberează căldură printr-un proces de cristalizare, apoi tencuiala hidratată se întărește.
Tencuiala de ghips
Tencuiala de ghips, sau ipsosul (plaster of Paris), se produce prin tratamentul termic (aprox. 300°F / 150°C) al ghipsului:
CaSO4·2H2O + căldură → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O (eliberată sub formă de abur).
Ghipsul poate fi refăcut prin amestecarea pulberii uscate cu apă. Pentru a iniția priza tencuielii nemodificate, pulberea uscată se amestecă cu apă. După aprox. 10 minute, reacția de priză începe și se încheie după aprox. 45 de minute. Totuși, priza completă a ghipsului se atinge după aprox. 72 de ore. Dacă tencuiala sau ghipsul este încălzit peste 266°F / 130°C, se formează semihidrat. Pulberea de semihidrat poate fi, de asemenea, transformată în ghips atunci când este dispersată în apă.