Ультразвукова прискорена кристалізація гіпсу
- Ультразвукове змішування і диспергування прискорює реакцію кристалізації і схоплювання гіпсу (CaSO4・2 год2O).
- Нанесення потужного ультразвуку на гіпсову суспензію прискорює кристалізацію, тим самим скорочуючи час схоплювання.
- Крім більш швидкого схоплювання, вироблені стінові дошки демонструють знижену щільність.
- Ультразвукове диспергування армуючих наноматеріалів (наприклад, ВНТ, нановолокон або кремнезему) в гіпс призводить до високої механічної міцності та низької пористості.
Ультразвук для поліпшення виробництва гіпсу
Для того, щоб ініціювати реакцію схоплювання гемігідрату сульфату кальцію та води, гемігідрат сульфату кальцію необхідно рівномірно розсіяти у воді так, щоб вийшла однорідна суспензія. Ультразвукова дисперсія забезпечує повне змочування частинок, що призводить до повної гідратації гемігідрату. Ультразвукове перемішування гіпсової суспензії прискорює час схоплювання за рахунок прискореної кристалізації.
Додаткові інгредієнти, такі як прискорювачі та армуючі наноматеріали, також можуть бути дуже рівномірно змішані з гіпсовою суспензією.
Принцип роботи ультразвукового диспергування
Коли ультразвук високої потужності з'єднується з рідиною або суспензією, відбувається кавітація, що генерується ультразвуком. ультразвукова кавітація створює локально екстремальні умови, включаючи високі сили зсуву, струмені рідини, мікротурбулентності, високі температури, швидкість нагрівання та охолодження, а також високий тиск. Ці кавітаційні зсувні сили долають сили зв'язку між молекулами, так що вони деагломеруються і розсіюються у вигляді окремих частинок. Крім того, частинки прискорюються кавітаційними струменями рідини так, що вони стикаються одна з одною і тим самим розбиваються до нано або навіть розміру первинних частинок. Це явище відоме як ультразвукове мокре помелування.
Силовий ультразвук створює в розчині ділянки зародження таким чином, що досягається прискорена кристалізація.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про сонокристалізацію – Кристалізація за допомогою ультразвуку!
промисловий ультразвуковий диспергатор
Ультразвукова дисперсія присадок
У багатьох хімічних процесах ультразвук використовується для змішування таких добавок, як сповільнюючі агенти (наприклад, білки, органічні кислоти), модифікатори в'язкості (наприклад, суперпластифікатори), антипекучі агенти, борна кислота, водостійкі хімічні речовини (наприклад, полісилоксани, воскові емульсії), скляні волокна, підсилювачі вогнестійкості (наприклад, вермикуліт, глини та/або димчастий кремнезем), полімерні сполуки (наприклад, PVA, PVOH) та інші звичайні добавки в рецептуру для покращення рецептури штукатурки, схоплюються типу швів і гіпсових цементів і скорочують час їх схоплювання.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове змішування та змішування добавок!
Промислові ультразвукові системи
Hielscher Ultrasonics є вашим найкращим постачальником ультразвукових систем високої потужності для настільного та промислового застосування. Hielscher пропонує потужні та надійні промислові ультразвукові процесори. Наш UIP16000 (16 кВт) є найпотужнішим ультразвуковим процесором у всьому світі. Ця ультразвукова система потужністю 16 кВт легко обробляє великі обсяги навіть високов'язких суспензій (до 10 000 cp). Високі амплітуди до 200 мкм (і вище за запитом) забезпечують належну обробку матеріалу, що дозволяє досягти бажаного рівня дисперсії, деагломерації та фрезерування. Ця інтенсивна ультразвукова обробка виробляє нанотверді суспензії для швидкої фіксації та чудових гіпсових виробів.
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000 |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Наш багаторічний досвід в ультразвуковій обробці допомагає нам консультувати наших клієнтів від перших техніко-економічних обґрунтувань до реалізації процесу в промислових масштабах.
Література/Список літератури
- Пітерс, С.; Stöckigt, М.; Рьосслер, Ч. (2009): Вплив силового ультразвуку на плинність і схоплювання портландцементних паст; на: 17-а Міжнародна конференція з будівельних матеріалів 23 – 26 вересня 2009 р., Веймар.
- Rössler, Ch. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; В: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 – 0259 – 1 – 0264.
- Чжунбяо, чол.; Чень, Юехуей; Янг, Мяо (2012): Отримання та властивості композитів сульфату кальцію/натурального каучуку. Передові матеріали дослідження том 549, 2012. 597-600.
Факти, які варто знати
Виробництво гіпсокартону
В процесі виготовлення гіпсокартонного листа утворюється водна суспензія кальцинованого гіпсу – так званий гемігідрат сульфату кальцію – розподіляється між верхнім і нижнім паперовими листами. Створений таким чином продукт необхідно безперервно переміщати по стрічковому транспортеру до тих пір, поки суспензія не схопиться. Потім лист сушать до тих пір, поки зайва вода в гіпсокартоні не випарується. Відомо, що при виробництві гіпсокартонних плит до суспензії додають різні речовини для посилення виробничого процесу або самої плити. Наприклад, зазвичай полегшують вагу суспензії шляхом додавання піноутворювачів для забезпечення ступеня аерації, що знижує щільність кінцевої стінової дошки.
сульфат кальцію
Сульфат кальцію (або сульфат кальцію) – це неорганічна сполука з формулою CaSO4 та пов'язані з ними гідрати. У безводній формі γ-ангідриту використовується як десикант загального призначення. Особливий гідрат CaSO4 відома як гіпс Парижа. Іншим важливим гідратом є гіпс, який зустрічається в природі як мінерал. Особливо гіпс широко використовується для промислового застосування, наприклад, як будівельний матеріал, наповнювач, в полімерах і т.д. Всі форми CaSO4 виглядають як білі тверді речовини і важко розчиняються у воді. Сульфат кальцію викликає постійну жорсткість води.
Неорганічна сполука CaSO4 Відбувається на трьох рівнях гідратації:
- безводний стан (назва мінералу: “ангідрит”) з формулою CaSO4.
- дигідрат (назва мінералу: “Гіпсова”) з формулою CaSO4(Н2O)2.
- гемігідрат з формулою CaSO4(Н22О)0,5. Специфічні гемігідрати можна виділити як альфа-гемігідрати і бета-гемігідрати.
Реакції гідратації та зневоднення
При нагріванні гіпс перетворюється в частково зневоднений мінерал – так званий гемігідрат сульфату кальцію, кальцинований гіпс, або гіпс Парижа. Кальцинований гіпс має формулу CaSO4· (нН2O), де 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Температура від 100°C до 150°C (212°F – 302 ° F) необхідні для видалення води, яка пов'язана в його структурі. Точна температура і час нагріву залежать від вологості навколишнього середовища. Для промислового прожарювання використовуються температури до 170 ° C (338 ° F). Однак при цих температурах починається утворення γ-ангідриту. Теплова енергія, що подається в гіпс в цей час (теплота гідратації), має тенденцію йти на витіснення води (у вигляді водяної пари), а не на підвищення температури мінералу, яка повільно підвищується, поки вода не зникне, а потім зростає швидше. Рівняння для часткового зневоднення виглядає наступним чином:
Ендотермічна властивість цієї реакції має відношення до експлуатаційних характеристик гіпсокартону, надаючи вогнестійкість житловим та іншим конструкціям. Під час пожежі конструкція за листом гіпсокартону залишатиметься відносно прохолодною, оскільки вода втрачається з гіпсу, таким чином запобігаючи та сповільнюючи пошкодження каркаса (через згоряння дерев'яних елементів або втрату міцності сталі при високих температурах) і, як наслідок, руйнування конструкції. При більш високих температурах сульфат кальцію виділяє кисень і діє тим самим як окислювач. Ця характеристика матеріалу використовується в алюмінотермії. На відміну від більшості мінералів, які при регідратації просто утворюють рідкі або напіврідкі пасти, або залишаються порошкоподібними, кальцинований гіпс має незвичайну властивість. При змішуванні з водою при температурі навколишнього середовища він хімічно повертається назад до бажаної дигідратної форми, в той час як фізично “Параметр” в жорстку і відносно міцну кристалічну решітку гіпсу, як показано в рівнянні нижче:
Ця екзотермічна реакція дозволяє легко відливати гіпс у різні форми, включаючи листи для гіпсокартону, палички для шкільної дошки, крейду та форми (наприклад, для знерухомлення зламаних кісток або для металевих виливків). У суміші з полімерами він використовувався як цемент для відновлення кісток.
При нагріванні до 180 ° C утворюється майже безводна форма, так званий γ-ангідрит (CaSO4·nH2О, де n = 0 - 0,05), утворюється. γ-Ангідрит лише повільно реагує з водою, повертаючись до дигідратного стану, тому він широко використовується як комерційний осушувач. При нагріванні вище 250 ° С виникає повністю безводна форма β-ангідриту. β-ангідрит не вступає в реакцію з водою навіть у геологічних масштабах часу, якщо тільки він не дуже дрібно подрібнений.
Штукатурки
Штукатурка – це будівельний матеріал, який використовується як захисний та/або декоративний матеріал для покриття стін, стель, а також для формування та лиття декоративних елементів будівлі.
Ліпнина – це штукатурка, яка використовується для виробництва рельєфних прикрас.
Найпоширеніші типи штукатурки складаються з гіпсу, вапна або цементу як основного інгредієнта. Пластир випускається у вигляді сухого порошку (гіпсового порошку). При змішуванні порошку з водою утворюється жорстка, але працездатна паста. В екзотермічній реакції з водою в процесі кристалізації виділяється тепло, потім гідратований гіпс твердне.
Гіпсова штукатурка
Гіпсова штукатурка, або штукатурка Парижа, виробляється шляхом термічної обробки (приблизно 300 ° F / 150 ° C) гіпсу:
CaSO4·2 год2O + тепло → CaSO4·0,5 год2О + 1,5 год2O (виділяється у вигляді пари).
Гіпс можна повторно формувати, змішуючи сухий порошок з водою. Щоб ініціювати схоплювання немодифікованої штукатурки, сухий порошок змішують з водою. Приблизно через 10 хвилин настає реакція схоплювання, яка завершується приблизно через 45 хвилин. Однак повне схоплювання гіпсу досягається приблизно через 72 години. Якщо штукатурка або гіпс нагрівається вище 266 ° F / 130 ° C, утворюється гемігідрат. Порошок гемігідрату також може трансформуватися в гіпс при диспергуванні у воді.