Mnoho cenosfér, mnoho aplikácií

Aj keď to možno neviete, moderný svet má veľa dôvodov byť vďačný za cenosféry.

Len málo ľudí vie o ich existencii, ešte menej ľudí vie, odkiaľ pochádzajú. Hoci rýchly pohľad na Wikipédiu, zdroj všetkých zdrojov, informuje neinformovaného, ​​že „cenosféra je ľahká, inertná, dutá guľa vyrobená prevažne z oxidu kremičitého a oxidu hlinitého a naplnená vzduchom alebo inertným plynom, ktorý sa zvyčajne vyrába ako vedľajší produkt spaľovania uhlia v tepelných elektrárňach. Farba cenosfér sa mení od sivej po takmer bielu a ich hustota je približne 0,4 – 0,8 g/cm3 (0,014 – 0,029 lb/cu in), čo im dáva veľký vztlak.“

To však len málo opisuje skutočnú krásu týchto drobných, no zároveň silných guľôčok popolčeka. Ich skutočná sila totiž spočíva v rozmanitosti ich použitia. Ako uvádza francúzsky priemyselný časopis Industrie & Technologies: „Vďaka svojej nízkej hustote, malej veľkosti, guľovitému tvaru, mechanickej pevnosti, vysokej teplote topenia, chemickej zotrvačnosti, izolačným vlastnostiam a nízkej pórovitosti nachádzajú mikroguľôčky [známe aj ako cenosféry] v priemysle široké spektrum uplatnenia. Sú ideálne najmä na vystužovanie materiálov alebo na dodávanie vlastností odolnosti voči korózii, či tepelnej a zvukovej izolácie náterom alebo farbám. Možno ich opísať ako multifunkčné plnivá a dobre sa integrujú do živíc a spojív, ako sú termoplasty a termosety.“

Cenosféry vo farbách a náteroch

Cenosféry majú v priemysle farieb a priemyselných náterov mnoho využití vďaka svojim dodatočným vlastnostiam. Cenosféry sa napríklad často používajú v náteroch na kontrolu infračerveného žiarenia, čo im dáva výhodu oproti náterom, ktoré sa len snažia obmedziť tepelnú vodivosť.

Medzitým odborníci na nátery zo spoločnosti Petra Buildcare Products vysvetľujú, ako cenosféry „…zlepšujú kvalitu farby zlepšením objemu a hustoty produktu. Po aplikácii na stenu majú keramické guľôčky tendenciu sa zmršťovať, čím na stene vytvárajú tesne prilepený film.“

Cenosféry v syntaktických penách

Cenosféry sa často používajú na výrobu „syntaktických pien“. Ide o špecializované pevné látky, ktoré používajú cenosféry ako plnivo, čím poskytujú množstvo výhod, od nižších nákladov až po zvýšenú pevnosť, zvukovú izoláciu, vztlak a tepelnú ochranu.

Odborníci zo spoločnosti Engineered Syntactic Systems opisujú syntaktickú penu takto;

„Syntaktická časť sa vzťahuje na usporiadanú štruktúru, ktorú poskytujú duté gule. Termín „pena“ sa vzťahuje na bunkovú povahu materiálu. Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam vysokej pevnosti pri nízkej hustote sa syntaktická pena široko používa v aplikáciách podmorského vztlaku. Syntaktické materiály sú odolné voči kombinovanému účinku hydrostatického tlaku a dlhodobého vystavenia, vďaka čomu sú ideálne pre oceánske projekty, ako sú napríklad lanové a tvrdé plaváky a podpora prístrojov. Poskytujú tiež pevnosť a štrukturálnu integritu pri výrazne nižšej hmotnosti na objem ako väčšina tradičných materiálov, vďaka čomu sú atraktívnou voľbou v mnohých aplikáciách v oblasti obrany a stavebného inžinierstva.“

Cenosféry pri ťažbe ropy

Dôkazom neznámeho významu cenosfér je ich kľúčová úloha v ropnom priemysle. Hoci každý vie o význame ropy v modernom svete, je málo známy fakt, že cenosféry, ako uvádza francúzsky priemyselný časopis Industrie & Technologies, „...sa už niekoľko rokov používajú v oblasti ťažby ropy na zníženie hustoty cementovej pasty z ropy bez zvýšenia obsahu vody.“

Cenosféry v plastoch a polyméroch

Cenosféry sa tiež používajú pri výrobe plastov a polymérov, pretože ich pretvárateľný tvar alebo pevnosť pomáhajú predchádzať zmršťovaniu termoplastov a termosetových plastov.

Používajú sa aj v moderných kompozitoch v automobilovom priemysle. Napríklad Chevrolet Corvette z roku 2016 obsahuje „zmes na formovanie dosiek, v ktorej sklenené mikroguľôčky nahrádzajú plnivo uhličitan vápenatý a znižujú hmotnosť modelu Stingray Coupe o 9 kg.“ Viceprezident výrobcu Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, vysvetľuje dôvod zaradenia cenosfér do kompozitu tým, že „typická receptúra ​​SMC pre tento typ aplikácie vo vozidle obsahuje 20 % objemu výstuže zo sklenených vlákien, 35 % živice a 45 % plniva, zvyčajne uhličitanu vápenatého,“ a dodáva, že „táto nová SMC [zmes na formovanie dosiek] je cenovo konkurencieschopná s hliníkom.“

Cenosféry v betóne

Cenosféry sú už roky užitočnou prísadou do betónu, ktorá poskytuje dodatočnú pevnosť a/alebo zvukovú izoláciu a zároveň znižuje hustotu. Jeff Girard, prezident Inštitútu pre betónové dosky, vysvetľuje tieto výhody slovami: „Teoreticky môžu cenosféry nahradiť časť piesku s normálnou hmotnosťou používaného v betóne. Cenosféry majú hustotu menšiu ako voda (v priemere 0,7 oproti 1,0 u vody); častice kremenného piesku majú typicky hustotu približne 2,65. To znamená, že 1 libra cenosfér zaberá rovnaký absolútny objem ako približne 3,8 libry piesku.“

Spoločnosť Industrie & Technologies tiež načrtáva použitie cenosfér ako prostriedku na zníženie hlukového znečistenia a uvádza, že „[Cenosféry sa používajú] v stavebných materiáloch na odľahčenie betónu, pričom si zachovávajú pevnosť v tlaku 30 MPa pri hustote 1,6 T/m3, čím sa zlepšuje ich tesnosť a znižuje prenos zvuku. Napríklad Petrohradské vedecko-technické centrum aplikovaných nanotechnológií (STCAN) sa podieľa na výstavbe mostov s takýmito betónmi v Rusku [pre tichší povrch vozovky]. Cenosféry sa tiež používajú na zlepšenie tepelno-izolačných vlastností omietok, mált a omietok používaných na steny, podlahy a stropy. Pridanie 40 % objemu cenosfér znižuje koeficient prenosu hluku na polovicu.“

Cenosféry vo farmaceutických výrobkoch

Cenosféry sa vo farmaceutickom priemysle používajú už mnoho rokov, pretože tieto malé guľôčky môžu po potiahnutí liekmi fungovať ako takmer dokonalé transportné zariadenie. Okrem toho, ako uvádza francúzsky priemyselný časopis Industrie & Technologies, „cenosféry potiahnuté oxidom strieborným sa môžu napríklad integrovať do obväzov, aby sa urýchlilo hojenie rán.“

Cenosféry v pokročilých odvetviach

V súčasnosti sa vykonáva rozsiahly výskum s cieľom objaviť nové využitie tohto všestranného vedľajšieho produktu. Napríklad sa vyvíjajú nové katalyzátory pre proces oxidácie metánu s využitím magnetických cenosfér.

Cenosféry sa tiež používajú pri vývoji kompozitov s kovovou matricou (MMC), čo je rôznorodý materiál, ktorý sa snaží kombinovať vysokú absorpciu energie, odolnosť voči nárazu a nízku hustotu guľôčok s vlastnosťami iných látok. Ďalší, ako napríklad Paul Biju-Duval z Technologického inštitútu Georgie so sídlom v Atlante, tvrdo pracovali na vývoji stavebných materiálov bez cementu. Jeho práca pokračuje a do zmesi cenosfér pridáva prvky ako bambus a kovové rúrky ako prostriedok na nájdenie alternatívnych, lacnejších, pevnejších a ekologickejších stavebných metód.

Medzitým Inštitút chémie a chemickej technológie Ruskej akadémie vied v Krasnojarsku skúma spôsoby, akými by sa cenosféry mohli využiť v katalytických transformáciách. Spoločnosť BAE systems sa zatiaľ pokúša použiť cenosféry vo farbách ako prostriedok na podporu neviditeľnosti v infračervenom spektre, čo by umožnilo vojenským plavidlám mať „plášte neviditeľnosti“.

Vzhľadom na takú širokú škálu použitia a ešte širšiu škálu potenciálneho použitia nie je divu, že záujem o cenosféry rastie. Pokiaľ vývojári produktov budú hľadať ľahké plnivá, vylepšené systémy dodávania liekov, vylepšené nátery, náhrady cementu a kompozitné prísady, bude potreba cenosfér. Navyše, so zvýšeným výskumom nových použití týchto všestranných sfér, len čas ukáže, kde leží budúcnosť cenosfér.