Ултразвучно убрзана кристализација гипса
- Ултразвучно мешање и дисперговање убрзава реакцију кристализације и везивања гипса (ЦаСО4･2Х2О).
- Примена снажног ултразвука на гипсану суспензију убрзава кристализацију и на тај начин смањује време везивања.
- Осим бржег везивања, произведене зидне плоче показују смањену густину.
- Ултразвучно распршивање ојачавајућих нано материјала (нпр. ЦНТ, нановлакна или силицијум диоксид) у гипс доводи до високе механичке чврстоће и ниске порозности.
Ултразвук за побољшану производњу гипса
Да би се покренула реакција везивања калцијум сулфат хемихидрата и воде, калцијум сулфат хемихидрат се мора равномерно дисперговати у води тако да се добије хомогена суспензија. Ултразвучна дисперзија осигурава да су честице потпуно навлажене тако да се постиже потпуна хидратација хемихидрата. Ултразвучно мешање гипсане суспензије убрзава време везивања због убрзане кристализације.
Додатни састојци као што су акцелератори и ојачавајући нано материјали се такође могу веома равномерно умешати у гипсану суспензију.
Принцип рада ултразвучног дисперговања
Када се ултразвук велике снаге споји у течност или кашу, долази до ултразвучно генерисане кавитације. ултразвучна кавитација ствара локално екстремне услове укључујући велике силе смицања, млазове течности, микро турбуленције, високе температуре, високе брзине грејања и хлађења, као и високе притиске. Те кавитационе силе смицања превазилазе силе везивања између молекула тако да се деагломерирају и распршују као појединачне честице. Штавише, честице се убрзавају кавитационим млазовима течности тако да се сударају једна са другом и на тај начин се разлажу на нано или чак примарну величину честица. Овај феномен је познат као ултразвучно мокро млевење.
Снажни ултразвук ствара места нуклеације у раствору тако да се постиже убрзана кристализација.
Кликните овде да сазнате више о соно-кристализацији – кристализација уз помоћ ултразвука!
индустријски ултразвучни дисперзер
Ултразвучна дисперзија адитива
У многим хемијским процесима, соникација се користи за мешање адитива као што су средства за успоравање (нпр. протеини, органске киселине), модификатори вискозитета (нпр. суперпластификатори), средства против сагоревања, борна киселина, хемикалије отпорне на воду (нпр. полисилоксани, емулзије воска), стаклена влакна, појачивачи отпорности на ватру (нпр. вермикулит, глина и/или испарени силицијум диоксид), полимерна једињења (нпр. ПВА, ПВОХ) и други конвенционални адитиви у формулацији за побољшање формулације гипса, спојева за везивање и гипсаних цемента и да се смањи време његовог стврдњавања.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучном мешању и мешању адитива!
индустријски ултразвучни системи
Хиелсцхер Ултрасоницс је ваш врхунски добављач ултразвучних система велике снаге за столне и индустријске апликације. Хиелсцхер нуди моћне и робусне индустријске ултразвучне процесоре. Наше УИП16000 (16кВ) је најмоћнији ултразвучни процесор на свету. Овај ултразвучни систем од 16 кВ лако обрађује велике количине чак и високо вискозних суспензија (до 10.000 цп). Високе амплитуде до 200µм (и више на захтев) обезбеђују да се материјал правилно третира тако да се постигне жељени ниво дисперзије, деагломерације и млевења. Ова интензивна соникација производи нано-честичне суспензије за брзо везивање и врхунске производе од гипса.
Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000 |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Наше дугогодишње искуство у ултразвучној обради помаже нам да консултујемо наше купце од првих студија изводљивости до имплементације процеса у индустријском обиму.
Литература/Референце
- Петерс, С.; Стоцкигт, М.; Росслер, Цх. (2009): Утицај моћног ултразвука на флуидност и везивање портланд цементних паста; на: 17тх Интернатионал Цонференце он Буилдинг Материалс 23рд – 26тх Септембер 2009, Веимар.
- Росслер, Цх. (2009): Еинфлусс вон Повер-Ултрасцхалл ауф дас Флиеß- унд Ерстаррунгсверхалтен вон Зементсуспенсионен; у: Тагунгсбанд дер 17. Интернатионален Баустоффтагунг ибаусил, Хрсг. Фингер-Институт фур Баустоффкунде, Баухаус-Университат Веимар, С. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Зхонгбиао, Ман; Цхен, Иуехуи; Јанг, Миао (2012): Припрема и својства композита од калцијум сулфата и природне гуме. Адванцед Материалс Ресеарцх вол. 549, 2012. 597-600.
Чињенице које вреди знати
Производња гипсаних плоча
Током процеса производње гипсане плоче, водена суспензија калцинисаног гипса – такозвани калцијум сулфат хемихидрат – се простире између горњег и доњег листа папира. Тако створени производ мора се непрекидно померати на покретној траци док се каша не стегне. Лист се затим суши док вишак воде у гипсаној плочи не испари. У производњи гипсане зидне плоче познато је додавање различитих супстанци у суспензију како би се побољшао процес производње или саме плоче. На пример, уобичајено је да се смањи тежина суспензије уградњом агенаса за пењење да би се обезбедио степен аерације који смањује густину завршне зидне плоче.
калцијум сулфат
Калцијум сулфат (или калцијум сулфат) је неорганско једињење са формулом ЦаСО4 и сродни хидрати. У анхидрованом облику γ-анхидрита, користи се као средство за сушење опште намене. Одређени хидрат ЦаСО4 познат је као париски гипс. Још један важан хидрат је гипс, који се природно јавља као минерал. Нарочито се гипс широко користи за индустријску примену, нпр. као грађевински материјал, пунило, у полимерима итд. Сви облици ЦаСО4 појављују се као беле чврсте материје и тешко су растворљиве у води. Калцијум сулфат изазива трајну тврдоћу у води.
Неорганско једињење ЦаСО4 јавља се у три нивоа хидратације:
- безводно стање (име минерала: “анхидрит”) са формулом ЦаСО4.
- дихидрат (име минерала: “гипса”) са формулом ЦаСО4(Х2О)2.
- хемихидрат са формулом ЦаСО4(Х22О)0.5. Специфични хемихидрати се могу разликовати као алфа-хемихидрат и бета-хемихидрат.
Реакције хидратације и дехидрације
Када се примени топлота, гипс се претвара у делимично дехидриран минерал – такозвани калцијум сулфат хемихидрат, калцинисани гипс или париски гипс. Калцинисани гипс има формулу ЦаСО4·(нХ2О), где је 0,5 ≤ н ≤ 0,8. Температуре између 100°Ц и 150°Ц (212°Ф – 302°Ф) неопходни су за уклањање воде која је везана у његовој структури. Тачна температура и време грејања зависе од влажности околине. За индустријску калцинацију примењују се температуре до 170°Ц (338°Ф). Међутим, на овим температурама почиње формирање γ-анхидрита. Топлотна енергија која се испоручује гипсу у овом тренутку (топлота хидратације) тежи да оде у избацивање воде (као водена пара) уместо да повећава температуру минерала, која полако расте све док вода не нестане, а затим расте брже . Једначина за делимичну дехидрацију је следећа:
Ендотермно својство ове реакције је релевантно за перформансе сухозида, дајући отпорност на пожар стамбеним и другим структурама. У пожару, структура иза гипсане плоче ће остати релативно хладна јер се вода губи из гипса, чиме се спречава и успорава оштећење оквира (сагоревањем дрвених елемената или губитком чврстоће челика на високим температурама) и последично структурно колапс. На вишим температурама, калцијум сулфат ослобађа кисеоник и тако делује као оксидационо средство. Ова карактеристика материјала се користи у алуминотермији. За разлику од већине минерала, који када се рехидрирају једноставно формирају течне или полутечне пасте, или остају прашкасти, калцинисани гипс има необично својство. Када се помеша са водом на собној температури, хемијски се враћа у жељени облик дихидрата, док је физички “подешавање” у круту и релативно јаку кристалну решетку гипса као што је приказано у једначини испод:
Ова егзотермна реакција олакшава ливење гипса у различите облике, укључујући листове за суво зидове, штапове за креду за таблу и калупе (нпр. за имобилизацију сломљених костију или за металне одливе). Помешан са полимерима, коришћен је као цемент за поправку костију.
Када се загреје на 180°Ц, формира се скоро без воде, такозвани γ-анхидрит (ЦаСО4·нХ2О где је н = 0 до 0,05). γ-Анхидрит реагује само полако са водом да би се вратио у дихидратно стање, тако да се широко користи као комерцијално средство за сушење. Када се загреје изнад 250°Ц, јавља се потпуно анхидровани облик β-анхидрита. β-анхидрит не реагује са водом, чак ни током геолошких временских размера, осим ако је веома фино млевен.
Гипс
Гипс је грађевински материјал који се користи као заштитни и/или декоративни премаз за зидове, плафоне и за калупљење и ливење декоративних грађевинских елемената.
Штукатура је гипсана плоча која се користи за израду рељефних украса.
Најчешћи типови малтера су формулисани од гипса, креча или цемента као главног састојка. Гипс се производи као суви прах (гипсани прах). Када се прах помеша са водом, формира се чврста, али обрадива паста. Егзотермна реакција са водом ослобађа топлоту кроз процес кристализације, а затим се хидратисани малтер стврдњава.
Гипсани малтер
Гипсани малтер, или париски малтер, производи се топлотном обрадом (приближно 300°Ф / 150°Ц) гипса:
ЦаСО4·2Х2О + топлота → ЦаСО4·0,5Х2О + 1,5 Х2О (испушта се као пара).
Гипс се може поново формирати мешањем сувог праха са водом. За почетак везивања немодификованог малтера, суви прах се меша са водом. Након цца. 10 минута, долази до реакције стврдњавања и завршава се након прибл. 45 минута. Међутим, потпуно везање гипса се постиже након цца. 72 сата. Ако се гипс или гипс загреју изнад 266°Ф / 130°Ц, формира се хемихидрат. Хемихидратни прах се такође може трансформисати у гипс када се распрши у води.