Ultrazvukové dispergovanie bentonitu
- Bentonitové íly, ako sú sodný bentonit, vápenatý bentonit a draselný bentonit, sa používajú najmä ako prísada do vrtných kvapalín, spojivo, čistiaci prostriedok, adsorbent a bariéra proti podzemnej vode.
- Vzhľadom na silné väzby a van der Waalsove sily si dispergovanie bentonitu vyžaduje intenzívne miešacie sily na rovnomerné rozrušenie aglomerátov.
- Ultrazvukové dispergovanie je vysoko spoľahlivá metóda výroby vysoko viskóznych suspenzií s vysokou koncentráciou pevných látok. Ultrazvuk pritom pri výrobe homogénnych bentonitových suspenzií prekonáva konvenčné miešadlá.
Dispergovanie bentonitu
Bentonit má rozmanité využitie, napríklad ako mazivo, zahusťovadlo alebo adsorbent. Aby bolo možné využiť materiálové vlastnosti bentonitu, jeho častice/doštičky musia byť rovnomerne rozptýlené v základnom médiu. Bentonitové disperzie majú vysokú schopnosť napučiavania a dokážu adsorbovať veľké množstvo tekutiny. Po dispergovaní v kvapaline vytvára bentonitová disperzia vysoko tixotropnú koloidnú suspenziu alebo gél. Koloidné vlastnosti bentonitových disperzií výrazne závisia od kvality disperzie. Preto je pôsobenie ultrazvuku uprednostňovanou dispergačnou technikou na získanie vysokokvalitných bentonitových suspenzií.
Ultrazvukové dispergovanie bentonitu (vykonané pomocou ultrazvukového miešača UIP2000hdT)
Problémy
Konvenčné dispergačné metódy často nedokážu vyvolať intenzívne šmykové sily potrebné na prípravu homogénnej suspenzie funkcionalizovaného bentonitu. Tixotropia bentonitu a jeho mimoriadna schopnosť viazať vodu a napučiavať si vyžadujú nadpriemerné dispergačné zariadenie, ktoré vyniká pri spracovaní vysoko viskóznych suspenzií a poskytuje dostatočný šmyk na rozrušenie aglomerátov.
Viskozita bentonitovej disperzie rastie so zvyšujúcou sa koncentráciou. Konvenčné miešacie zariadenia nedokážu spracovať husté suspenzie a nedosahujú dostatočnú kvalitu dispergácie a hydratácie .
Vzhľadom na nedostatočnú miešaciu kapacitu sa konvenčné dispergátory musia kombinovať s ďalšími krokmi spracovania, napr. mletím.
Riešenie
Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia poskytujú intenzívne šmykové sily ktoré ľahko rozrušujú väzby medzi časticami bentonitu. Vysoko viskózne bentonitové suspenzie možno homogénne spracovať privádzaním suspenzie cez komoru ultrazvukového reaktora, kde sa častice deaglomerujú a dispergujú na jednotnú veľkosť častíc. Intenzívne miešanie a šmykové pôsobenie pomáhajú zmenšovať častice až na cieľovú veľkosť. Výkonné pôsobenie ultrazvuku delaminuje a exfoliuje bentonit (montmorillonit), čím vzniká veľký povrch častíc, ktorý prispieva k lepšiemu napučiavaniu a k funkcionalizácii bentonitu.
Ultrazvukové dispergovanie ílov
Ako to funguje: Veľmi intenzívne ultrazvukové sily vyvolané v kvapalinách vytvárajú kavitáciu. Ultrazvuková kavitácia sa prejavuje čistým šmykom. Technológia ultrazvukového miešania a dispergovania je preto ideálna na výrobu tixotropných suspenzií s veľmi vysokým obsahom častíc.
Vďaka intenzívnemu šmykovému pôsobeniu umožňuje ultrazvuk účinne dispergovať íly do suspenzií. Keďže sonikácia prebieha ako kontinuálny prietokový proces, aj suspenzie s vysokou viskozitou, ako sú vrtné kaly, bitúmenové emulzie, latex alebo farby.
Hielscher Ultrasonics je vaším partnerom pre spoľahlivé ultrazvukové spracovanie. Ponúkame vám celý rad ultrazvukových homogenizátorov – od laboratórneho prístroja až po priemyselné ultrazvukové zariadenia pre náročné aplikácie, ako sú mletie, deaglomerácia a dispergovanie. So zostavami zariadení UIP10000 alebo UIP16000prakticky neexistujú obmedzenia pri komerčnom spracovaní aj veľmi veľkých objemových prúdov vrátane vysoko viskózneho, pastovitého materiálu.
Priemyselné ultrazvukové dispergátory
Ultrazvukové dispergovanie:
- Vysoká rýchlosť dispergovania
- Vysoký obsah pevných látok
- Nanodispergovanie
- Úplná hydratácia
- Bez „rybích ôk„
- Lepšie napučiavanie
- Funkcionalizácia častíc
- Gélotvorný účinok
- Rovnomerné spracovanie
- Reprodukovateľnosť
- Spoľahlivá kvalita produktu
Ultrazvukové prietokové spracovanie
Literatúra/Referencie
- Bergaya, F.; Theng, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Príručka vedy o íloch. Elservier 1978.
- Grim, R.E:; Güven, N. (1978): Bentonity: Geológia, mineralógia, vlastnosti a využitie. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): Koloidná stabilita surového bentonitu mechanicky deformovaného ultrazvukom. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301-306.
- Wikipedia: Bentonit
O bentonite
Bentonitové íly, medzi ktoré patria napríklad sodný bentonit, vápenatý bentonit a draselný bentonit, pozostávajú prevažne zo smektitových minerálov, zvyčajne z montmorillonitu (napr. Al-montmorillonit Al2O3•4(SiO2)•H2O). Montmorillonit je dioktaédrický smektit, môžu sa však vyskytovať aj iné typy smektitu. Smektit je zodpovedný za žiaduce vlastnosti bentonitu, no tieto vlastnosti ovplyvňuje aj povaha vymeniteľných katiónov v medzivrstvovom priestore. Preto môžu mať bentonity s Na+ ako medzivrstvovým katiónom veľmi odlišné vlastnosti od bentonitov, ktorých medzivrstvovým katiónom je Ca+. Väčšina komerčných bentonitov obsahuje viac ako 80% smektitu, ako nečistoty sa však môžu vyskytovať aj rôzne ďalšie minerály. Medzi tieto minerály môžu patriť kremeň, živec, kalcit a sadrovec. Prítomnosť týchto minerálov môže ovplyvniť priemyselnú hodnotu bentonitu, pričom ju môže znižovať alebo zvyšovať v závislosti od konkrétnej aplikácie. Bentonit vykazuje výrazné koloidné vlastnosti a pri kontakte s vodou sa jeho objem niekoľkonásobne zväčšuje, čím vytvára gélovitú a viskóznu tekutinu. Osobitné vlastnosti bentonitu, ako sú hydratácia, napučiavanie, absorpcia vody, viskozitaa tixotropia, z neho robia cenný materiál pre širokú škálu aplikácií.
Bentonitové íly sa bežne používajú ako mazivá, zahusťovadlá, adsorbenty, reologické prísady, spojivá, katalyzátory, čistiace prostriedky, stabilizátory, emulgátory alebo bieliace hlinky. Vďaka svojim funkčným vlastnostiam nachádzajú viskoelastické bentonitové gély rozmanité využitie v ropnom a vrtnom priemysle, chémii, keramike, zlievarenstve, stavebníctve a čistiacom priemysle, poľnohospodárstve a záhradníctve, výrobe papiera, potravinárskom priemysle, ako aj v kozmetickom a farmaceutickom sektore.
Bentonitové deriváty sú známe pod názvom Bentone, pričom ide o modifikované organoíly s funkčnými vlastnosťami prispôsobenými konkrétnym aplikáciám. Napríklad Bentone 52, Bentone 57 a Bentone 1000 sú bežné zahusťovadlá používané vo farbách a náteroch, zatiaľ čo Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 a Bentone 1000 sú modifikátory reológie používané v ropnom a vrtnom priemysle. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA a Bentonite BC 342 sa používajú ako zahusťovadlá a gélotvorné látky v kozmetike a vo farmaceutických prípravkoch.
Výkonné ultrazvukové zariadenia Hielscher sú spoľahlivé a účinné na dispergovanie všetkých bentonitových, hektoritových a Bentone organoílových práškov rovnomerne do disperzií Bentone, gélov Bentone alebo do formulácií konečných produktov.
Užitočné informácie
Ultrazvukové tkanivové homogenizátory sa často označujú ako sondový sonikátor/sonifikátor, sonický lyzátor, ultrazvukový dezintegrátor, ultrazvukový mlynček, sonoruptor, sonifikátor, sonický dezintegrátor, bunkový dezintegrátor, ultrazvukový dispergátor, emulgátor alebo rozpúšťač. Rôzne názvy vyplývajú z rozmanitých aplikácií, ktoré možno realizovať sonikáciou.