Hoewel je het misschien niet weet, heeft de moderne wereld veel redenen om dankbaar te zijn voor cenospheres.
Weinigen kennen ze, en nog minder mensen weten waar ze vandaan komen. Een snelle blik op Wikipedia, dé bron der bronnen, zal de oningewijden echter wel vertellen dat "een cenosfeer een lichtgewicht, inerte, holle bol is die voornamelijk bestaat uit silica en aluminiumoxide en gevuld is met lucht of inert gas. Ze worden doorgaans geproduceerd als bijproduct van de verbranding van steenkool in thermische centrales. De kleur van cenosferen varieert van grijs tot bijna wit en hun dichtheid is ongeveer 0,4–0,8 g/cm³ (0,014–0,029 lb/cu in), waardoor ze een groot drijfvermogen hebben."
Dat doet echter weinig recht aan de ware schoonheid van deze kleine, maar krachtige vliegasbolletjes. Hun echte kracht schuilt namelijk in de veelzijdigheid van hun toepassingen. Zoals het Franse vakblad Industrie & Technologies stelt: "Vanwege hun lage dichtheid, kleine formaat, bolvorm, mechanische sterkte, hoge smelttemperatuur, chemische inertie, isolerende eigenschappen en lage porositeit vinden microsferen [ook wel cenospheres genoemd] een breed scala aan toepassingen in de industrie. Ze zijn met name ideaal voor het versterken van materialen of het verlenen van corrosiebestendigheid, thermische isolatie en geluidsisolatie aan coatings of verven. Ze kunnen worden omschreven als multifunctionele vulstoffen en integreren goed in harsen en bindmiddelen zoals thermoplasten en thermoharders."
Cenospheres in verven en coatings
Cenospheres hebben talloze toepassingen in de verf- en industriële coatingindustrie vanwege de extra eigenschappen die ze bieden. Zo worden cenospheres bijvoorbeeld vaak gebruikt in coatings om infraroodstraling te beheersen, waardoor die coatings een voordeel hebben ten opzichte van coatings die alleen de thermische geleidbaarheid proberen te beperken.
Ondertussen leggen coatingexperts van Petra Buildcare Products uit hoe cenospheres "...de kwaliteit van de verf verbeteren door het volume en de dichtheid van het product te vergroten. Na het aanbrengen op de muur krimpen de keramische korrels, waardoor een compacte film op de muur ontstaat."
Cenospheres in synthetische schuimen
Cenospheres worden vaak gebruikt voor de productie van 'syntactisch schuim'. Dit zijn gespecialiseerde vaste stoffen die cenospheres als vulmiddel gebruiken om diverse voordelen te bieden, zoals lagere kosten, verhoogde sterkte, geluidsisolatie, drijfvermogen en thermische bescherming.
Experts van Engineered Syntactic Systems beschrijven syntactisch schuim als volgt:
“Het ‘syntactische’ gedeelte verwijst naar de geordende structuur die de holle bollen bieden. De term ‘schuim’ heeft betrekking op de cellulaire aard van het materiaal. Dankzij de unieke eigenschappen van hoge sterkte bij een lage dichtheid wordt syntactisch schuim veelvuldig gebruikt in onderwaterdrijfsystemen. Syntactische materialen zijn bestand tegen de gecombineerde effecten van hydrostatische druk en langdurige blootstelling, waardoor ze ideaal zijn voor oceanografische projecten zoals kabel- en hardball-drijvers en instrumentatieondersteuning. Ze bieden bovendien sterkte en structurele integriteit bij een aanzienlijk lager gewicht per volume dan de meeste traditionele materialen, wat ze een aantrekkelijke keuze maakt voor veel defensie- en civieltechnische toepassingen.”
Cenospheres bij aardolieboringen
Om het onbekende belang van cenospheres aan te tonen, hoeft men niet verder te kijken dan de cruciale rol die ze spelen in de petroleumindustrie. Hoewel iedereen het belang van olie in de moderne wereld kent, is het minder bekend dat cenospheres, zoals het Franse vakblad Industrie & Technologies stelt, "...al jarenlang worden gebruikt bij de olieboring om de dichtheid van een petroleumcementpasta te verlagen zonder het watergehalte te verhogen."
Cenospheres in Plastics and Polymers
Cenospheres worden ook gebruikt bij de productie van kunststoffen en polymeren, omdat hun hervormbare vorm of sterkte helpt om krimp in thermoplasten en thermohardende kunststoffen te voorkomen.
Ze worden ook gebruikt in moderne composieten in de auto-industrie. Zo bevat de Chevrolet Corvette uit 2016 een "sheet molding compound (SMC) waarin glasmicrobolletjes calciumcarbonaat als vulmiddel vervangen en het gewicht van de Stingray Coupé met 9 kg verminderen." De vicepresident van de fabrikant, Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, legt de reden voor de toevoeging van cenospheres aan het composiet uit: "De typische SMC-formule voor dit type voertuigtoepassing bestaat uit 20 volumeprocent glasvezelversterking, 35 volumeprocent hars en 45 volumeprocent vulmiddel, meestal calciumcarbonaat." Hij voegt eraan toe: "Deze nieuwe SMC is qua kosten concurrerend met aluminium."
Cenospheres in beton
Cenospheres worden al jaren gebruikt als nuttig additief voor beton, omdat ze extra sterkte en/of geluidsisolatie bieden en tegelijkertijd de dichtheid verlagen. Jeff Girard, voorzitter van The Concrete Countertop Institute, legt deze voordelen uit: "In theorie kunnen cenospheres een deel van het normale zand in beton vervangen. Cenospheres hebben een lagere dichtheid dan water (gemiddeld 0,7 versus 1,0 voor water); kwartszanddeeltjes hebben doorgaans een dichtheid van ongeveer 2,65. Dit betekent dat 1 pond cenospheres hetzelfde absolute volume inneemt als ongeveer 3,8 pond zand."
Industrie & Technologies beschrijft ook het gebruik van cenospheres als middel om geluidsoverlast te verminderen en stelt: "[Cenospheres worden gebruikt] in bouwmaterialen om beton lichter te maken, terwijl een druksterkte van 30 MPa bij een dichtheid van 1,6 T/m³ behouden blijft, waardoor de luchtdichtheid verbetert en de geluidsoverdracht wordt verminderd. Zo is het St. Petersburg Scientific and Technical Center of Applied Nanotechnologies (STCAN) in Rusland betrokken bij de bouw van bruggen met dergelijk beton [voor een stiller wegdek]. Cenospheres worden ook gebruikt om de thermische en geluidsisolerende eigenschappen van pleisters, mortels en stucwerk voor muren, vloeren en plafonds te verbeteren. Een toevoeging van 40 volumeprocent cenospheres halveert de geluidsoverdrachtscoëfficiënt."
Cenospheres in de farmaceutische industrie
Cenospheres worden al jaren in de farmaceutische industrie gebruikt, omdat deze kleine bolletjes, wanneer ze met medicijnen zijn gecoat, een bijna perfect transportmiddel vormen. Bovendien, zoals het Franse vakblad Industrie & Technologies opmerkt: "Cenospheres bedekt met zilveroxide kunnen bijvoorbeeld in verbanden worden verwerkt om de wondgenezing te versnellen."
Cenospheres in geavanceerde industrieën
Er wordt veel onderzoek gedaan naar nieuwe toepassingen voor dit veelzijdige bijproduct. Zo worden er bijvoorbeeld nieuwe katalysatoren voor het methaanoxidatieproces ontwikkeld met behulp van magnetische cenospheres.
Cenospheres worden ook gebruikt bij de ontwikkeling van metaalmatrixcomposieten (MMC), een verscheidenheid aan materialen die de hoge energieabsorptie, slagvastheid en lage dichtheid van de sferen proberen te combineren met de eigenschappen van andere materialen. Anderen, zoals Paul Biju-Duval van het Georgia Institute of Technology in Atlanta, hebben zich ingezet voor de ontwikkeling van cementloze bouwmaterialen. Zijn werk gaat door, waarbij hij aan een mix van cenospheres materialen zoals bamboe en metalen buizen toevoegt om alternatieve, goedkopere, sterkere en milieuvriendelijkere bouwmethoden te vinden.
Ondertussen onderzoekt het Instituut voor Chemie en Chemische Technologie van de Russische Academie van Wetenschappen in Krasnojarsk manieren waarop cenospheres kunnen worden gebruikt bij katalytische transformaties. BAE Systems probeert cenospheres te verwerken in verf om onzichtbaarheid in het infraroodspectrum te bevorderen, waardoor militaire vliegtuigen 'onzichtbaarheidsmantels' zouden kunnen krijgen.
Met zo'n breed scala aan toepassingen, en een nog breder scala aan potentiële toepassingen, is het geen wonder dat de interesse in cenospheres groeit. Zolang productontwikkelaars op zoek zijn naar lichtgewicht vulstoffen, verbeterde medicijntoevoersystemen, betere coatings, cementvervangers en composietadditieven, zal er behoefte blijven bestaan aan cenospheres. Bovendien, met toenemend onderzoek naar nieuwe toepassingen voor deze veelzijdige bollen, zal de tijd uitwijzen wat de toekomst van cenospheres zal zijn.
Geplaatst op: 28 december 2021