Ultrasonik Olarak Hızlandırılmış Alçı Kristalizasyonu
- Ultrasonik karıştırma ve dispersiyon, alçının (CaSO4･2H2O) kristalizasyonunu ve priz reaksiyonunu hızlandırır.
- Alçı bulamacına yüksek güçlü ultrason uygulanması, kristalizasyonu hızlandırarak priz süresini kısaltır.
- Daha hızlı priz almanın yanı sıra, üretilen duvar levhalarının yoğunluğu da daha düşüktür.
- Takviye edici nanomalzemelerin (ör. CNT’ler, nanolifler veya silika) alçı içinde ultrasonik olarak disperse edilmesi, yüksek mekanik dayanım ve düşük gözeneklilik sağlar.
Alçı Üretimini İyileştirmek İçin Ultrason
Kalsiyum sülfat hemihidrat ile suyun priz reaksiyonunu başlatmak için kalsiyum sülfat hemihidrat, homojen bir bulamaç hazırlanacak şekilde su içinde eşit olarak disperse edilmelidir. Ultrasonik dispersiyon, parçacıkların tamamen ıslanmasını sağlayarak hemihidratın tam hidrasyonunu mümkün kılar. Alçı bulamacının ultrasonik olarak karıştırılması, hızlanan kristalizasyon sayesinde priz süresini kısaltır.
Hızlandırıcılar ve takviye edici nanomalzemeler gibi ek bileşenler de alçı bulamacına son derece eşit biçimde karıştırılabilir.
Ultrasonik Dispersiyonun Çalışma Prensibi
Yüksek güçlü ultrason bir sıvıya veya bulamaca aktarıldığında, ultrasonun oluşturduğu kavitasyon meydana gelir. Ultrasonik kavitasyon , yüksek kesme kuvvetleri, sıvı jetleri, mikro türbülanslar, yüksek sıcaklıklar, “feat” ısıtma ve soğutma hızları ile yüksek basınçları içeren, yerel olarak aşırı koşullar oluşturur. Kavitasyon kaynaklı bu kesme kuvvetleri, moleküller arasındaki bağlanma kuvvetlerini aşarak bunların deaglomerasyona uğramasını ve tekil parçacıklar hâlinde disperse edilmesini sağlar. Ayrıca parçacıklar, kavitasyon kaynaklı sıvı jetleri tarafından hızlandırılır; böylece birbirleriyle çarpışır ve nano boyuta, hatta birincil parçacık boyutuna kadar parçalanır. Bu olgu, ultrasonik yaş öğütme olarak bilinir.
Yüksek güçlü ultrason, çözeltide çekirdeklenme bölgeleri oluşturarak hızlandırılmış kristalizasyon sağlar.
Sono-kristalizasyon – ultrason destekli kristalizasyon – hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Endüstriyel ultrasonik disperser
Katkı Maddelerinin Ultrasonik Dispersiyonu
Birçok kimyasal proseste sonikasyon; sıva, priz alan derz dolgu bileşikleri ve alçı çimentolarının formülasyonunu iyileştirmek ve priz süresini kısaltmak amacıyla geciktirici maddeler (ör. proteinler, organik asitler), viskozite düzenleyiciler (ör. süperakışkanlaştırıcılar), yanmayı önleyici maddeler, borik asit, suya dayanıklılık sağlayan kimyasallar (ör. polisiloksanlar, mum emülsiyonları), cam lifleri, yangına dayanıklılığı artırıcı maddeler (ör. vermikülit, killer ve/veya füme silika), polimerik bileşikler (ör. PVA, PVOH) ve diğer geleneksel katkı maddelerini formülasyona karıştırmak için kullanılır.
Katkı maddelerinin ultrasonik olarak karıştırılması ve harmanlanması hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Endüstriyel Ultrasonik Sistemler
Hielscher Ultrasonics, tezgâh üstü ve endüstriyel uygulamalar için yüksek güçlü ultrasonik sistemlerde en önde gelen tedarikçinizdir. Hielscher, güçlü ve sağlam endüstriyel ultrasonik işlemciler sunar. Sunduğumuz UIP16000 (16kW) ultrasonik işlemcisi, dünya çapındaki en güçlü ultrasonik işlemcidir. Bu 16kW ultrason sistemi, yüksek viskoziteli bulamaçların bile (10.000cp’ye kadar) büyük hacimlerini kolaylıkla işler. 200µm’ye kadar yüksek genlikler (ve talep üzerine daha yüksek genlikler), malzemenin uygun şekilde işlenmesini sağlayarak istenen dispersiyon, deaglomerasyon ve öğütme düzeyine ulaşılmasını mümkün kılar. Bu yoğun sonikasyon, yüksek priz alma hızları ve üstün alçı ürünleri için nanoparçacık içeren bulamaçlar üretir.
Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| uygulanamaz | 10–100L/min | UIP16000 |
| uygulanamaz | daha yüksek | Şu modelden oluşan sonikatör kümesi: UIP16000 |
Ultrasonik işlemedeki uzun deneyimimiz, ilk fizibilite çalışmalarından prosesin endüstriyel ölçekte uygulanmasına kadar müşterilerimize danışmanlık sunmamıza yardımcı olur.
Literatür/Kaynaklar
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Yüksek Güçlü Ultrasonun Portland Çimentosu Hamurlarının Akışkanlığı ve Priz Alması Üzerindeki Etkisi; sunulduğu etkinlik: 17. Uluslararası Yapı Malzemeleri Konferansı, 23rd – 26th September 2009, Weimar.
- Rössler, Ch. (2009): Yüksek güçlü ultrasonun çimento süspansiyonlarının akış ve priz alma davranışı üzerindeki etkisi; içinde: 17. Uluslararası Yapı Malzemeleri Konferansı ibausil bildiriler kitabı, yayına hazırlayan: Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, s. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Kalsiyum sülfat whisker/doğal kauçuk kompozitlerinin hazırlanması ve özellikleri. Advanced Materials Research, cilt 549, 2012. 597–600.
Bilinmesi Gerekenler
Alçı Levha Üretimi
Alçı levhanın üretim sürecinde, kalsine alçının – kalsiyum sülfat hemihidrat olarak adlandırılan maddenin – sulu bulamacı, üst ve alt kâğıt tabakaları arasına yayılır. Bu şekilde oluşturulan ürün, bulamaç priz alana kadar bir konveyör bant üzerinde sürekli olarak hareket ettirilmelidir. Ardından levha, alçı levhadaki fazla su buharlaşana kadar kurutulur. Alçı duvar levhası üretiminde, üretim sürecini veya levhanın kendisini iyileştirmek için bulamaca çeşitli maddelerin eklendiği bilinmektedir. Örneğin, nihai duvar levhasının yoğunluğunu azaltan bir miktar hava içeriği sağlamak amacıyla köpürtücü maddeler ekleyerek bulamacın ağırlığını azaltmak yaygın bir uygulamadır.
Kalsiyum Sülfat
Kalsiyum sülfat (İngilizcede calcium sulfate veya calcium sulphate), formülü CaSO4 olan inorganik bir bileşiktir ve ilgili hidratları da vardır. Susuz γ-anhidrit formunda, genel amaçlı bir kurutucu olarak kullanılır. CaSO4 ‘ün belirli bir hidratı Paris alçısı olarak bilinir. Bir diğer önemli hidrat, doğada mineral olarak bulunan jips taşıdır. Özellikle jips taşı; yapı malzemesi, dolgu maddesi, polimerlerde kullanım vb. endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. CaSO4 ‘ün tüm formları beyaz katılar olarak görülür ve suda çok az çözünür. Kalsiyum sülfat suda kalıcı sertliğe neden olur.
İnorganik CaSO4 bileşiği üç hidrasyon düzeyinde bulunur:
- susuz hâl (mineral adı: “anhidrit”), formülü: CaSO4.
- dihidrat (mineral adı: “jips”), formülü: CaSO4(H2O)2.
- hemihidrat, formülü: CaSO4(H22O)0.5. Belirli hemihidratlar, alfa-hemihidrat ve beta-hemihidrat olarak ayırt edilebilir.
Hidrasyon ve Dehidrasyon Reaksiyonları
Isı uygulandığında jips taşı, kısmen susuzlaştırılmış bir minerale – kalsiyum sülfat hemihidrat, kalsine alçı veya Paris alçısı olarak adlandırılan maddeye – dönüşür. Kalsine alçının formülü CaSO4·(nH2O) olup burada 0,5 ≤ n ≤ 0,8’dir. Yapısına bağlı suyu uzaklaştırmak için 100°C ile 150°C (212°F–302°F) arasındaki sıcaklıklar gereklidir. Kesin ısıtma sıcaklığı ve süresi, ortam nemine bağlıdır. Endüstriyel kalsinasyon için 170°C (338°F) kadar yüksek sıcaklıklar uygulanır. Ancak bu sıcaklıklarda γ-anhidrit oluşumu başlar. Bu sırada alçıya verilen ısı enerjisi (hidrasyon ısısı), mineralin sıcaklığını artırmak yerine suyu uzaklaştırmak (su buharı olarak) için harcanma eğilimindedir; mineralin sıcaklığı, su tükenene kadar yavaşça yükselir, ardından daha hızlı artar. Kısmi dehidrasyon denklemi aşağıdaki gibidir:
Bu reaksiyonun endotermik özelliği, alçı levhanın performansı açısından önemlidir ve konutlara ve diğer yapılara yangına dayanıklılık kazandırır. Bir yangında, alçıdan su kaybı gerçekleşirken alçı levhanın arkasındaki yapı nispeten serin kalır; böylece taşıyıcı iskeletteki hasar (ahşap elemanların yanması veya çeliğin yüksek sıcaklıklarda dayanımını kaybetmesi yoluyla oluşan hasar) ve bunun sonucunda meydana gelen yapısal çökme önlenir ve geciktirilir. Daha yüksek sıcaklıklarda kalsiyum sülfat oksijen açığa çıkarır ve böylece oksitleyici madde olarak işlev görür. Bu malzeme özelliği alüminotermide kullanılır. Yeniden hidratlandıklarında yalnızca sıvı veya yarı sıvı hamurlar oluşturan ya da toz hâlinde kalan çoğu mineralin aksine, kalsine alçının alışılmadık bir özelliği vardır. Ortam sıcaklığında suyla karıştırıldığında, kimyasal olarak tercih edilen dihidrat formuna geri dönerken fiziksel olarak, aşağıdaki denklemde gösterildiği gibi rijit ve nispeten dayanıklı bir alçı kristal kafesine dönüşerek “priz alır”:
Bu ekzotermik reaksiyon, alçının alçıpan levhaları, yazı tahtası tebeşirleri ve kalıplar (ör. kırık kemikleri hareketsiz tutmak veya metal dökümleri için) dâhil olmak üzere çeşitli şekillerde dökülmesini oldukça kolaylaştırır. Polimerlerle karıştırılarak kemik onarım çimentosu olarak kullanılmıştır.
180°C’ye ısıtıldığında, neredeyse susuz bir form olan γ-anhidrit (CaSO4·nH2O; burada n = 0–0,05) oluşur. γ-Anhidrit, dihidrat hâline geri dönmek için suyla yalnızca yavaş bir şekilde reaksiyona girer; bu nedenle ticari bir kurutucu olarak yaygın biçimde kullanılır. 250°C’nin üzerine ısıtıldığında, tamamen susuz β-anhidrit formu ortaya çıkar. β-Anhidrit, çok ince öğütülmediği sürece, jeolojik zaman ölçeklerinde bile suyla reaksiyona girmez.
Sıva
Sıva, duvarlar ve tavanlar için koruyucu ve/veya dekoratif kaplama malzemesi olarak ve dekoratif yapı elemanlarını kalıpla şekillendirmek, silme ve profil gibi süslemeler oluşturmak ve dökmek için kullanılan bir yapı malzemesidir.
Stuko, kabartma süslemeler üretmek için kullanılan sıva işçiliğidir.
En yaygın sıva türleri, ana bileşen olarak alçı, kireç veya çimentodan biri kullanılarak formüle edilir. Sıva kuru toz (alçı tozu) olarak üretilir. Toz suyla karıştırıldığında, kıvamlı ancak işlenebilir bir hamur oluşur. Suyla gerçekleşen ekzotermik reaksiyon, kristalizasyon süreci aracılığıyla ısı açığa çıkarır; ardından hidratlanmış sıva sertleşir.
Alçı Sıva
Alçı sıva veya Paris alçısı, jips taşına ısıl işlem (yaklaşık 300°F / 150°C) uygulanarak üretilir:
CaSO4·2H2O + ısı → CaSO4·0.5H2O + 1.5H2O (buhar olarak açığa çıkar).
Kuru toz suyla karıştırılarak alçı yeniden oluşturulabilir. Modifiye edilmemiş alçının priz almasını başlatmak için kuru toz suyla karıştırılır. Yaklaşık 10 dakika sonra priz reaksiyonu başlar ve yaklaşık 45 dakika sonra tamamlanır. Ancak alçının tam priz alması yaklaşık 72 saat sonra gerçekleşir. Sıva veya alçı 266°F / 130°C’nin üzerine ısıtılırsa hemihidrat oluşur. Hemihidrat tozu da su içinde disperse edildiğinde alçıya dönüştürülebilir.