CZ2010913A3 - Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby - Google Patents

Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ2010913A3
CZ2010913A3 CZ20100913A CZ2010913A CZ2010913A3 CZ 2010913 A3 CZ2010913 A3 CZ 2010913A3 CZ 20100913 A CZ20100913 A CZ 20100913A CZ 2010913 A CZ2010913 A CZ 2010913A CZ 2010913 A3 CZ2010913 A3 CZ 2010913A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nanofibers
liquid
sub
resin
group
Prior art date
Application number
CZ20100913A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ302989B6 (cs
Inventor
Bortnovsky@Oleg
Belecký@Pavel
Hájková@Pavlína
Original Assignee
Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s.
Ceské lupkové závody, a. s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s., Ceské lupkové závody, a. s. filed Critical Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s.
Priority to CZ20100913A priority Critical patent/CZ2010913A3/cs
Publication of CZ302989B6 publication Critical patent/CZ302989B6/cs
Publication of CZ2010913A3 publication Critical patent/CZ2010913A3/cs

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny obsahuje hlavní složky v molárních pomerech SiO.sub.2.n. : Al.sub.2.n.O.sub.3.n. = 7,7 až 63 : 1, K.sub.2.n.O : SiO.sub.2.n. = 0,08 až 0,20 : 1, K.sub.2.n.O : Al.sub.2.n.O.sub.3.n. = 1 až 9,1 : 1 a H.sub.2.n.O : K.sub.2.n.O = 8,3 až 60 : 1 a fosforecnany nebo boritany. Lze ji uchovávat šest mesícu pri teplote nižší než -18 .degree.C. Obsahuje 0,01 až 1 % hmotn. nanovláken Al.sub.2.n.O.sub.3.n., SiO.sub.2.n., TiO.sub.2.n., ZrO.sub.2.n., polykaprolaktonu, polyakronitrilu, polyvinylalkoholu, polyamidu 6, polyaramidu, polystyrenu, polyamidimidu nebo polyuretanu. Pryskyrice se vyrobí smícháním pevné složky obsahující až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a kaolin s kapalnou složkou obsahující KOH, draselné vodní sklo a fosforecnany nebo boritany s homogenním prídavkem nanovláken, které lze pridat pozdeji, pokud je pryskyrice skladována pri teplote maximálne -18 .degree.C. Pryskyrice s nanovlákny lze použít k impregnaci vláken s následným vytvrzením pri 20 až 115 .degree.C po dobu nejméne 30 minut.

Description

Dosavadní stav techniky
Geopolymery neboli anorganické polymery a pojivá z nich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzovaní geopolymemího pojivá probíhá polymerací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou polykondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají v silně alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů. Alkalické hydroxidy a soli též katalyzují uvedené polykondenzační reakce.
Způsob přípravy geopolymerů v zásadě spočívá v přípravě reakční směsi složené z křemičitého nebo hlinitokřemičitého prášku s vodným roztokem silně alkalického rozpustného silikátu. Hlinitokřemičitý prášek je v podstatě tvořen hlinitokřemičitými oxidy, jejichž molámí poměr hlavních složek je SiO2: A12O3 = 2 : 1 až 40 : 1. Vodný roztok silně alkalického silikátu obsahuje hlavní složky v molámím poměru M2O : SiO2 = 0,5 : 1 až 1 : 1, kde M2O je buď Na2O, K2Oznebo jejich směs. Smícháním práškových hlinitokřemičitých oxidů s vodným roztokem alkalického silikátu vzniká reakční směs, která se používá jako pryskyřice pro impregnaci vláken pro přípravu vyztužených kompozitů nebo jako pojivo pro aglomeraci jiných typů plniv.
Přípravou tekutých pryskyřic především pro impregnaci vláken, použitelných po dlouhou dobu při uchování při teplotách nižších než -18 °C se zabývá přihláška vynálezu PV 2009-733. Nevýhodou pryskyřic dle této přihlášky zůstává fakt, že mechanické vlastnosti výsledných kompozitů nejsou pro některé aplikace dostatečné.
Aplikace nanovláken jako výztuží kompozitů je dokumentována v několika patentech a publikacích. Jedná se především o kompozity na bázi organických pryskyřic nebo cementových směsí.
Například patentový spis EP ^11^38 popisuje použití více než 1 % uhlíkových nanovláken pro přípravu pokrytí na bázi syntetické ptyskyřice, a to fenolové, epoxidové, polyuretanové silikonové, polyamidimidové nebo fluorinové pryskyřice na vodní bázi vytvrzované při zvýšené teplotě.
Patentová přihláška WO 200^185 popisuje přípravu cementu/betonu vyztuženého 0,5 až 2 % hmotn. uhlíkovými vlákny včetně nanovláken.
Patentová přihláška US 2009/00^661 popisuje polymentí kompozitní materiál vyrobený z organrcké matrice s 1 až 60 % obj. uhlíkových nanovláken, grafitovými částicemi a anorgamckým plnivem ve formě silikátových nebo skelných částic.
V publikacích Tandon, O. P. and Ran, Y. (2002) In: Proceedings for the 17th Annual Technical Conference ASC, Glasgow, D. G. and Tibbetts, G. G„ SAMPE 2004, Longbeach, CA. Lafdi, K„ SAMPE 2003, Finegan, C„ Tibbetts, G. G„ Glasgow, D. G„ Ting, J. M. and Lake, M. L. (2003), Journal of Materials Science, 38: 3485x3490 a Gibson, T Rice B and Ragland, W. SAMPE-2005, Longbeach, CA. jsou popsány způsoby zlepSení mechrmických a termomechanických vlastností, například pevnost, v tahu, pevnosti v ohybu, modulu v tahu a v ohybu a tuhosti polymemích kompozitů s vlákennou výztuži přidáním uhlíkových nanovláken.
V žádném z uvedených spisů ani publikaci však není uvedeno použití nanovláken jako výztuže geopolymerní matrice a v žádném s uvedených spisů rovněž není uvedeno použití nanovláken jako součásti tekuté anorganické pryskyřice použitelné po dlouhou dobu při uchování při teplotách nižších než -18 °C.
Výše uvedené nevýhody alespoň zčásti odstraňuje tekutá geopolymerní pryskyřice s nanovlákny a způsob její výroby podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Tekutá geopolymerní pryskyřice s nanovlákny obsahující hlavní složky v molámich portrétech SiO2 : AI2O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : A12O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1 a nejméně jedno aditivum vybrané ze skupiny zahrnující fosforečnany a boritany, kterou lze uchovat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, charakterizována tím, že obsahuje 0,01 až 1 % hmotn. nanovláken.
Výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice s nanovlákny, charakterizovaná tím, že obsahuje anorganická nanovlákna, vybraná ze skupiny zahrnující nanovlákna oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, oxidu titaničitého a oxidu zirkoničitého.
Výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice s nanovlákny, charakterizovaná tím, že obsahuje 0,01 až 0,5 % hmotn. organických nanovláken, vybraná ze skupiny zahrnující nanovlákna polykaprolaktonu, polyakronitrilu, polyvinylalkoholu, polyamidu 6, polyaramidu, polystyrenu, polyamidimidu a polyuretanu.
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny, sestávající z pevné složky obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu vybranou ze skupiny zahrnující kaolin a metakaolin, a z kapalné složky obsahující alespoň jeden alkalický roztok vybraný ze skupiny, zahrnující roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum vybrané ze skupiny zahrnující fosforečnany a boritany, charakterizovaný tím, že se pevná složka a kapalná složka smíchají, přičemž nanovlákna jsou homogenně dispergována během alespoň jednoho stadia vybraného ze skupiny zahrnující stadium po přípravě kapalné složky, stadium míchání pevné složky s kapalnou složkou, stadium po smíchání pevné složky s kapalnou složkou a stadium po uchování tekuté geopolymemí pryskyřice při teplotě maximálně -18 °C po dobu nejméně 1 hodiny.
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nánovlákny k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken z výčtu, obsahujícího nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekana vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 20 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
Výhodné použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nánovlákny k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
Prokázalo se, že přidáním nanovláken, a to jak organických, tak i anorganických, v množství do 0,25 % hmotn. hmotnosti geopolymemí pryskyřice dochází až k 20% nárůstu pevnosti v ohybu kompozitů vyztužených jednosměrnými vlákny. Přitom vlastnosti geopolymemí pryskyřice dle přihlášky vynalezu PV 2009-733 zůstávají zachovány, tedy lze získat geopolymemi tekuté pryskyřice vhodné k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců v případě pryskyřic obsahujících fosforečnany a až čtyř měsíců v případě pryskyřic obsahujících boritany. V řadě případů však nelze vyloučit částečné rozpouštění jak anorganických (například vlákna oxidu křemičitého), tak organických nanovláken (například polyvi4 mlalkoholu), a proto pro dosaženi optimálních mechanických vlastností vyztužených kompozihi nutno upravit dobu použitelnosti tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny. V tomto případě pfidáni nanovláken probíhá ve stadiu po přípravě vlastní geopolymemí pryskyřice, kterajiz muže být po určitou dobu uchovávána při teplotě maximálně -18 °C.
Výsledné kompozity vyztužené vlákny jsou objemově stabilní při teplotách v rozmezí od 250 do 900 °C. Přítomnost nanovláken dále významně přispívá k zachování až 90% pevnosti v tahu ohybem po kalcinaci kompozitů vyztužených například čedičovými vlákny při teplotě 400 °C po dobu 3 hodin.
Hlavní surovinou (cca 50 % hmotnostního podílu) pro výrobu modifikované tekuté geopolynremi pryskyřice je thermální silika získaná vysokoteplotním zpracováním minerálu zirkon s obsahem nad 90 %®tidu křemičitého a až 3 % hmotn. oxidu hlinitého o velikosti sférických prtmárnich částic v rozmezí 0,1 až 5 pm, tedy nanočástice. část těchto nanočástic zůstává neproreagovaná a nerozpouštěná v geopolymemí matrici a přispívá k dosažení výborných mechanických parametrů geopolymemích kompozitů. Aplikace nanovláken s vysokým pomětem jednoho rozměru (délky) k druhému (průměr) ve velmi malém množství, tedy nikoliv nanočástic se stejnými rozměry pro všechny směry, může významným způsobem měnit morfologn výsledné geopolymemí matrice a následně přispívat ke zlepšení mechanických vlastností kompozitů.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Tekutá geopolymemí ptyskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SÍO2 : Al2Or -21:1, K2O : S1O2 - 0,12 : 1, K2O : A12O3 - 2,5 : 1, H2O : K2O - 10,0 1 SlOj : P2O5 - 35,2 : 1, P2O, : A12O, = 0,60 : 1 a K2O : P2O5 - 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí ptyskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 47,0 g 49% hmotn. roztoku KOH, 11,1 g 85/o hmotn. kyseliny ortofosforečně a 11,1 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 69 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g thermální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 17 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Po 1 měsíci uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřici přidáno 0,25 g A12O3 nanovláken z produkce finny Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého.
Příklad 2
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu zirkoničitého.
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna oxidu zirkoničitého byla použita výchozí tekutá geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1. Po 20 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno 0,25 g ZrO2 nanovláken z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min *, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu zirkoničitého.
Příklad 3
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu titaničitého.
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna oxidu zirkoničitého byla použita výchozí tekutá geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1. Po 40 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno 0,1 g TiO2 nanovláken z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízeni TURRAX 25 rozsahem otáček 3 000 až 4 000 min', čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn. nanoviáken oxidu titaničitého.
Příklad 4
Způsob výroby tekuté geopolymemí ptyskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna polykaproloktonu (PCL).
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna oxidu zirkoničitého byla použita výchozí tekutá geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1. Po 30 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno 0,1 g nanoviáken polykaprolaktonu z produkce firmy Elmarco, Liberec Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min ', čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn. nanoviáken polykaprolaktonu.
Příklad 5
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice obsahujíc, fosforečnan a nanovlákna polyvinylalkoholu (PVA) rozpustného ve vodě.
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna polyvinylalkoholu rozpustného ve vodě byla použita výchozí tekutá geopolymemí pryskyřice dle přikladu 1. Po 40 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno 0,1 g nanoviáken polyvinylalkoholu rozpustného ve vodč z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn. nanoviáken polyvinylalkoholu rozpustného ve vodě.
Příklad 6
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující boritan a nanovlákna oxidu hlinitého a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 - 22,6 : 1, K2O : SiO2 - 0,14 : 1, K2O : A12O3 = 3,1 : 1, H2O : K2O = 9,2 : 1, SiO2: B2O3 = 37,4 : 1 a K2O : B2O3 = 5,1 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 6,4 g kyseliny borité v 83,6 g draselného vodního skla smolámím poměrem SiO2 : K2O = 1 : 1 (19 % hmotn. SÍO2 a 29,8 % hmotn. K2O). Aktivátor se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 90 g. K 50 g aktivátoru bylo přidáno 0,56 nebo 1,14 g AI2O3 nanovláken z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika. Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačniho zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min1.
g aktivátoru s obsahem nánovláken se vychladí na teplotu maximálně 0 »C v mrazicím boxu. Pak se k aktivátoru postupně přidává sypká směs obsahující 55 g thermální siliky (93,8% hmotn. SiO, a 3,0 % hmotn. A12O3) a 8 g metakaolinu Mefisto L05 (54,5 % hmotn. SiO2 a 41,3 % hmotn. AI2O,). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,5 nebo 1,0 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého.
Příklad 7
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého a zpusob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 21 : 1, K2O : SiO2 = 0,12 : 1, K2O : A12O3 - 2,5 : 1, H2O : K2O = 10,0 : 1, SiO2: P2O5 = 35,2 : 1, P2O5: A12O3 = 0,60 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 47,0 g 49% hmotn. roztoku KOH, 11,1 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 11,1 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 69 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g thermální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 17 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3) a 0,465 g nanovláken oxidu hlinitého z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika rozetřených v třecí misce.
Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a poté se cca 5 min disperguje pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého.
Příklad 8
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu křemičitého a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu křemičitého obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 21 : 1, K2O : SiO2 = 0,12 : 1, K2O : A12O3 = 2,5 : 1, H2O : K2O = 10,0 : 1, SiO2 : P2O5 = 35,2 : 1, P2O5 : A12O3 = 0,60 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu křemičitého se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 47,0 g 49% hmotn. roztoku KOH, 11,1 g 85 hmotn. kyseliny ortofosforečně a 11,1 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 69 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g thermální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 17 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a poté s k ní přidá 0,19 g nanovláken oxidu křemičitého z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min'1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn. nanovláken oxidu křemičitého.
Příklad 9
Způsob výroby tekuté geopolymerní pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu hlinitého a nanovlákna polykaprolaktonu.
Pro přípravu tekuté geopolymerní pryskyřice obsahující nanovlákna oxidu hlinitého a nanovlakna polykaprolaktonu byla použita výchozí tekutá geopolymerní pryskyřice dle příkladu 1. Příprava probíhala tak, že nejprve byla v 50 g aktivátoru pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 dispergováno 0,34 g nánovláken oxidu hlinitého po dobu 5 minut. Po zchlazení na teplotu 0(C byla přidána sypká směs obsahující 70 g mikrosiliky (96,4 % hmotn. SiO2 a 0,01 % hmotn. A12O3) a 14 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3) a výsledná směs se intenzivně míchala po dobu 10 minut. Tekutá geopolymerní pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého byla poté uložena v mrazicím boxu při teplotě -24 C po dobu 15 dní a poté k ní bylo přidáno 0,125 g nanovláken polykaprolaktonu z produkce firmy Elmarco, Liberec Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3 000 až 24 000 min čímž byla získána tekutá geopolymerní pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého a 0,1 % hmotn. nanovláken polykaprolaktonu.
Příklad 10
Použití tekuté geopolymerní pryskyřice k impregnaci čedičových uhlíkových vláken a následnému vytvrzení vyztužených kompozitu.
Nekonečná čedičová vlákna neboli roving typu Basaltex 2520 tex jsou impregnována tekutou geopolymerní pryskyřicí dle příkladů 1 až 5 v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se sestaví z 18 kusů rovingu o délce 15 cm. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté jsou vzorky kompozitu sušeny po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C. Velikost vzorků kompozitu je 150 x 9x4 mm. Pro srovnání byl přípraven kompozit s použitím geopolymerní pryskyřice dle příkladu 1 avšak bez přidání nanovláken. Tabulka 1 uvádí výsledky mechanických vlastností kompozitu dle příkladů 1 až 5 a srovnávacího kompozitu.
Tabulka 1
Příklad Nanovlákna Obsah nanovláken % hmotn. Pevnost v ohybu MPa Modul v ohybu GPa
1 A12O3 0,25 285 ± 20 48+3
2 ____ZrO2 0,25 285 ± 65 49 + 3
___________3____________ ___TiO2 0,10 286 ± 25 58 + 2
4 _ PCL 0,10 278 ±34 53 + 3
5 __PVA 0,10 227 ± 13 48+4
Srovnávací příklad není - 235 ± 14 48 ±4
Tabulka 2 uvádí výsledky mechanických vlastností kompozitů po 3 hodinách kalcinace při teplotě 400 °C.
Tabulka 2
Příklad Nanovlákna Obsah nanovláken % hmotn. Pevnost v ohybu MPa Modul v ohybu GPa
1 ai203 0,25 265 ± 14 53 + 1
2 ZrO2 0,25 222 ± 13 49 + 3
3 TiO2 0,10 220+1 61 +2
4 PCL 0,10 303 + 5 52 ±3
5 PVA 0,10 222 ± 13 49 + 4
Srovnávací příklad není - 201 ±27 50 ±9
Z údajů obou tabulek je patrný nárůst pevnosti v ohybu až o 20 % u kompozitů připravených s použitím geopolymemích pryskyřic obsahujících nanovlákna oproti kompozitu připravenému s použitím geopolymemí pryskyřice bez nanovláken a rovněž patrný pozitivní efekt nanovláken na zachování mechanických parametrů po kalcinaci při 400i°C.
Příklad 11
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s obsahem nanovláken k impregnaci čedičové tkaniny a následnému vytvrzení vyztuženého kompozitu.
Čedičová tkanina typu atlas (220 g/m2) je ručně impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého dle příkladu 1 s použitím válečku. Kompozit je připraven z 12 vrstev impregnované tkaniny. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa.
Poté se vzorek kompozitu ve formě plata o velikosti cca 120 x 120 x 2 mm suší po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C.
Příklad 12
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci krátkých čedičových vláken ve formě vlny a následnému vytvrzení vyztužených kompozitů.
Krátká čedičová vlna je impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu zirkoničitého dle příkladu 2, ředěnou v poměru hmotnostních dílů pryskyřice : voda =1:1, výsledný poměr H2O : K2O = 59,5 ; 1. Impregnace probíhá za tlaku vzduchu cca 5 KPa a přebytek tekuté geopolymemí pryskyřice je následně odsát. Impregnovaná vlakna ve tvaru kelímku jsou následně sušena v sušárně při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin. Obsah vláken po sušení je 50 %. Tento druh výrobku lze využít pro tepelnou izolaci.
Příklad 13
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci svazků čedičových vláken a následnému vytvrzení vyztužených kompozitů pultruzní technologií.
Čtyři svazky čedičových vláken 4800 tex jsou kontinuálně impregnovány v lázni s tekutou geopolymemí pryskyřicí obsahující 0,1 % hmotn. nanovláken polykaprolaktonu dle příkladu 4 a následně jsou protahovány rychlosti 10 cm/min nerezovou trubkou o vnitřním průměru 5 mm o délce 80 cm při teplotě 95 °C. Celková délka vyhřívaného prostoru je 3 m, doba zdržení neboli doba tuhnutí kompozitu je 30 minut.
Průmyslová využitelnost
Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna pro výrobu vyztužených kompozitů je průmyslově použitelná pro výrobu vysokopevnostních kompozitů.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (1)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    Tekutá geopolymemí pryskyřice s nanovlákny obsahující hlavní složky v molámích poměrech SiO2 : A12O3 - 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : A12O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1 a nejméně jedno aditivum vybrané ze skupiny zahrnující fosforečnany a boritany, kterou lze uchovávat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, vyznačující se tím, že obsahuje 0,01 až 1 % hmotn. nanovláken.
    Tekutá geopolymemí pryskyřice dle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje anorganická nanovlákna, vybraná ze skupiny zahrnující nanovlákna oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, oxidu titaničitého a oxidu zirkoničitého.
    Tekutá geopolymemí pryskyřice dle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje 0,01 až 0,5 % hmotn. organických nanovláken, vybrané ze skupiny zahrnující nanovlákna polykaprolaktonu, polyakronitrilu, polyvinylalkohoiu, polyamidu 6, polyaramidu, polystyrenu, polyamidimidu a polyuretanu.
    Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny dle nároku 1, sestávající z pevné složky, obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu vybranou ze skupiny zahrnující kaolin a metakaolin, a z kapalné složky, obsahující alespoň jeden alkalický roztok vybraný ze skupiny zahrnující roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum vybrané ze skupiny zahrnující fosforečnany a boritany, vyznačující se tím, že se pevná složka a kapalná složka smíchají, přičemž nanovlákna jsou homogenně dispergována během alespoň jednoho stadia vybraného ze skupiny zahrnující stadium po přípravě kapalné složky, stadium míchání pevné složky s kapalnou složkou, stadium po smíchání pevné složky s kapalnou složkou a stadium po uchování tekuté geopolymemí pryskyřice při teplotě maximálně -18 °C po dobu nejméně 1 hodiny.
    Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny podle nároků 1 nebo 2 nebo 3 k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken vybraných ze skupiny zahrnující nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 20 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
    13 ...........
    6> Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny podle nároků 1 nebo 2 nebo 3 k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
CZ20100913A 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby CZ2010913A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100913A CZ2010913A3 (cs) 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100913A CZ2010913A3 (cs) 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ302989B6 CZ302989B6 (cs) 2012-02-08
CZ2010913A3 true CZ2010913A3 (cs) 2012-02-08

Family

ID=45557772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20100913A CZ2010913A3 (cs) 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2010913A3 (cs)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6969422B2 (en) * 2000-09-20 2005-11-29 Goodrich Corporation Inorganic matrix composition and composites incorporating the matrix composition
WO2006091185A1 (en) * 2005-02-18 2006-08-31 Ogden Technologies, Inc. Fiber reinforced concrete/cement products and method of preparation
JP4536031B2 (ja) * 2006-04-27 2010-09-01 株式会社竹中製作所 被覆組成物および被覆物
DE102007049439A1 (de) * 2007-09-27 2009-04-02 Electrovac Ag Kunststoff-Composite-Material sowie Verfahren zu dessen Herstellung
CZ305657B6 (cs) * 2009-11-05 2016-01-27 Unipetrol Výzkumně Vzdělávací Centrum, A. S. Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby

Also Published As

Publication number Publication date
CZ302989B6 (cs) 2012-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mackenzie et al. Geopolymer (aluminosilicate) composites synthesis, properties and applications
Zhao et al. Development and testing of fast curing, mineral-impregnated carbon fiber (MCF) reinforcements based on metakaolin-made geopolymers
Alzeer et al. Synthesis and mechanical properties of novel composites of inorganic polymers (geopolymers) with unidirectional natural flax fibres (phormium tenax)
Zhao et al. Mineral-impregnated carbon-fiber (MCF) composites made with differently sized fly-ash geopolymers for durable light weight and high temperature applications
US11873247B2 (en) Uncalcined geopolymer-based refractory material and method for its preparation
He et al. SiC fiber reinforced geopolymer composites, part 2: Continuous SiC fiber
Han et al. Multiscale carbon nanosphere–carbon fiber reinforcement for cement-based composites with enhanced high-temperature resistance
Yan et al. Effects of high-temperature heat treatment on the microstructure and mechanical performance of hybrid Cf-SiCf-(Al2O3p) reinforced geopolymer composites
Trindade et al. Mechanical behavior of K‐geopolymers reinforced with silane‐coated basalt fibers
Zheng et al. Mechanochemical fabrication of geopolymer composites based on the reinforcement effect of microfibrillated cellulose
Raza et al. Development of eco-friendly alkali-activated nanocomposites comprising micro-fibers at ambient curing conditions
Arshad et al. Evaluation of mechanical and microstructural characterization of microfiber-reinforced nanocomposites comprising nano-alumina
Kahla et al. Synergistic effects of hybrid microfibers on mechanical, thermal, and microstructural characterization of nanocomposites
Zhang et al. Preparation and properties of sisal fiber reinforced magnesium phosphate cement
Assaedi et al. Synthesis and mechanical properties of flax fabric reinforced geopolymer composites
CZ2010913A3 (cs) Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby
US11299425B2 (en) Composite material comprising a fibrous reinforcement and a poly(phospho-sialate) geopolymer matrix and associated manufacturing method
CZ305657B6 (cs) Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby
AU2016349886A1 (en) Lignocellulosic and geopolymer composite synergies and polymer-based additives for geopolymer composite
Subburaj et al. Study on mechanical and thermal properties of sisal fiber/cloisite 30B nanoclay reinforced cement nano concrete
CZ32124U1 (cs) Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny
Jin et al. Compressive strength and SEM observations of geopolymers reinforced by carbon fibers, polyacrylonitrile fibers and cellulose fibers
Yıldızel Mechanical and thermal behaviors comparison of basalt and glass fibers reinforced concrete with two different fiber length distributions
Bhutta et al. Mechanical properties of mk-based geopolymer composites reinforced with pva and pet fibers
Silva et al. Interface evaluation of carbon textile reinforced composites

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20161209