CZ2021574A3 - Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk - Google Patents

Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk Download PDF

Info

Publication number
CZ2021574A3
CZ2021574A3 CZ2021-574A CZ2021574A CZ2021574A3 CZ 2021574 A3 CZ2021574 A3 CZ 2021574A3 CZ 2021574 A CZ2021574 A CZ 2021574A CZ 2021574 A3 CZ2021574 A3 CZ 2021574A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
alkaline
activated aluminosilicate
printing
binder
aluminosilicate mixture
Prior art date
Application number
CZ2021-574A
Other languages
English (en)
Inventor
Pavlína Hájková
Hájková Pavlína Ing., Ph.D.
Aleš Soukup
Aleš Ing. Soukup
Original Assignee
ORLEN UniCRE 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 ORLEN UniCRE a.s. filed Critical ORLEN UniCRE a.s.
Priority to CZ2021-574A priority Critical patent/CZ2021574A3/cs
Publication of CZ2021574A3 publication Critical patent/CZ2021574A3/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06Quartz; Sand
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06Quartz; Sand
    • C04B14/062Microsilica, e.g. colloïdal silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10Clay
    • C04B14/106Kaolin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/14Minerals of vulcanic origin
    • C04B14/18Perlite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Popisuje se alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahující pojivo a případně plnivo. Pojivo sestává z pevné a kapalné složky. Pevná složka obsahuje 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý a 3 až 30 % hmotn. suroviny obsahující vápník. Kapalná složka obsahuje 25 až 50 % hmotn. alkalického aktivátoru, zejména draselné a/nebo sodné vodní sklo. Plnivem může být křemičitý písek, korund či šamot. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs je vhodná pro 3D tisk teplotně odolných dílců. V pojivu alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk jsou molární poměry složek SiO2 : Al2O3 = 4 až 12 : 1, CaO : Al2O3 = 0,2 až 3,5 : 1, Me2O : Al2O3 = 0,6 až 1,7 : 1, Me2O : SiO2 = 0,05 až 0,2 : 1 a SiO2: H2O = 0,3 až 1 : 1, přičemž Me je K nebo Na.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk.
Dosavadní stav techniky
Dosavadní alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi obvykle sestávají z pojiva tvořícího matrici a z plniva, které má vyztužující funkci. Pojivo obvykle sestává ze dvou složek, a to ze silně alkalické kapalné složky a pevné složky na bázi kaolinitu nebo metakaolinitu, což je dehydroxilovaný kaolinit, případně dalších aluminosilikátů, jež neobsahují významné množství vápenatých iontů.
U alkalicky aktivovaných aluminosilikátových pojiv probíhá vytvrzování polymerací, na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů. Při vytvrzování alkalicky aktivovaných aluminosilikátových pojiv dochází k částečnému rozpouštění hlinitokřemičitanů, transportu a orientaci rozpouštěných částic a jejich následné polykondenzaci, při které se formují vazby Si-O-Al-O. Všechny tyto děje probíhají v silně alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů.
Plniva ve spojení s alkalicky aktivovaným aluminosilikátovým pojivem dávají výsledné alkalicky aktivované směsi zpravidla tuhost a pevnost. Běžně se jako plniva pro alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi používá písek, mletý šamot a různá kameniva.
Alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi vynikají svými vlastnostmi, jako je žáruvzdornost, mrazuvzdomost a vysoká pevnost, kterých dosahují po ztuhnutí a vyzrání bez následné tepelné úpravy. Jejich vzhled je závislý na použitém plnivu. Alkalicky aktivované aluminosikikátové směsi nachází využití jak ve stavebním, tak ve strojírenském průmyslu, či v oblasti umění. Jedním z omezení je způsob jejich výroby, který je dán vlastnostmi materiálu v surovém stavu.
Nevýhodou dosavadních běžně popisovaných směsí založených na alkalické aktivaci aluminosilikátů je, že jsou vhodné především pro výrobu produktů litím do forem, kde musí materiál zůstat po dobu tuhnutí, nikoliv pro 3D tisk.
3D tisk je v současné době velmi rychle se rozvíjející technologie výroby produktů především z plastů a kovů. Existují již také 3D tiskárny pro tisk keramických materiálů. Zvláštním, velmi rychle se rozvíjejícím oborem, je 3D tisk betonových domů a stavebních dílců. Nevýhodou betonu nejen pro 3D tisk je, že je odolný pouze do teploty 400 °C. Při vyšší teplotě ztrácí beton svoji mechanickou pevnost.
Dvousložkové geopolymerní pojivo, které lze zahrnout do alkalicky aktivovaných směsí, popsané v patentu CZ 307154 B6, je vhodné pro výrobu plastických geopolymerů určených pro tváření, například lisování, vytlačování, válcování, 3D tisk, obtisky či ruční tvarování a pro tvorbu uměleckých děl. Nositelem plastických vlastností tohoto pojívaje montmorillonit, který je obsažen v pevné složce pojiva. Montmorillonit je minerál spadající do rozsáhlé skupiny tzv. jílových minerálů, který vyniká svojí vrstevnatou strukturou. Další charakteristickou vlastností montmorillonitu je adsorpce vody mezi jednotlivými vrstvičkami, která umožňuje expanzi pojiva. Montmorillonit je využíván například pro výrobu pískových forem ve slévárenství. U tvarovatelných geopolymerů zajišťuje nasákavý vrstevnatý montmorillonit plastické vlastnosti, a tudíž tvarovatelnost pojiva v syrovém stavu. Nevýhodou tohoto vynálezu je, že montmorillonit způsobuje velké smrštění pojiva při zrání, a proto není vhodné jeho použití u velkých stavebních dílců, u nichž může způsobovat praskání dlouhých stěn. Stavební materiály pro 3D tisk velkých
- 1 CZ 2021 - 574 A3 dílců složených z mnoha vrstev kladených na sebe, zvláště pak dílců vystaveným přírodním podmínkám, musí vykazovat malé smrštění při zrání a dobrou mrazuvzdomost.
Patentová přihláška CN 106587780 A popisuje způsob přípravy a tisku aluminosilikátového polymerního kompozitního materiálu pro 3D tisk. Materiál se skládá z 10 % až 25 % hmotn. silikátového prášku, jímž je křemičitan sodný, křemičitan draselný, metakřemičitan sodný nebo metakřemičitan draselný, 10 % až 25 % hmotn. aluminosilikátového prášku, 0,1 % až 20 % hmotn. sekaných vláken, 0,1 % až 0,5 % hmotn. superplastifikátoru, 0.1 % až 0,5 % hmotn. retardéru a zbytek je voda. Podstatnou nevýhodou tohoto vynálezu je, že obsahuje práškový křemičitan sodný, křemičitan draselný, metakřemičitan sodný nebo metakřemičitan draselný, které jsou velmi dráždivé. Podstatnou nevýhodou je také to, že obsahuje organické složky jako lignosulfonát či polycyklické aromatické soli, které při tepelném zatížení výrobku uvolňují nežádoucí zplodiny. Další nevýhodou vynálezu je, že teplota vytvrzování je 25 až 120 °C a nemůže být tudíž nižší než 25 °C.
Patentová přihláška CN 106800391 A popisuje kompozitní materiál na bázi cementu pro 3D tisk. Materiál se připravuje z následujících složek v hmotnostních dílech: 1 díl cementu. 0 až 5 dílů písku, 0 až 5 dílů minerální příměsi, 0 až 0,2 dílu nadouvadla, 0 až 0,2 dílu tužidla, 0 až 0,2 dílu minerálního pigmentu, 0,1 až 0,5 dílu vody, 0 až 0,25 dílu polymerní emulze, 0,001 až 0,05 dílu aditiva a 0 až 0,03 dílu vláken. Jeho výhodou je, že je tvrditelný po kontaktu s vodou. Jeho hlavní nevýhodou je, že se jedná o cementovou směs, přičemž z ní vyrobený beton je odolný pouze do teploty 400 °C a při vyšší teplotě ztrácí svou mechanickou pevnost.
Patent CZ 307086 B6 se zabývá přípravou pojiva pro výrobu slévárenských forem, jehož podstatou je příprava kapalné složky smísením křemičitanu sodného s hlinitanem sodným za účelem získání rané pevnosti forem. Nevýhodou tohoto vynálezu je, že je úzce specifikován pro použití ve slévárenských formách a nezabývá se přípravou směsi vhodné pro 3D tisk.
Patent CZ 302939 B6 se zabývá geopolymerním pojivem především pro výrobu umělých pískovců pro obnovu památek. Toto pojivo sestává ze suroviny obsahující metakaolinit a amorfní siliku a draselný alkalický aktivátor. Sušina pojiva obsahuje 26 až 52 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 22 až 58 % hmotn. amorfní siliky a 13 až 35 % hmotn. draselného alkalického aktivátoru. Uvedená směs geopolymerního pojiva s plnivem se kompaktuje dusáním do forem. Nevýhodou je, že pojivo neobsahuje vápník pro urychlené tuhnutí, které je třeba pro 3D tisk. K výrobě finálního výrobku z tohoto pojiva je nutno použít formy, která udrží jeho tvar, dokud pojivo neztuhne. Pojivo vyrobené dle tohoto vynálezu není vhodné pro technologii 3D tisku.
V patentu CZ 305741 B6 je popsán geopolymerní kompozitní materiál s nízkou měrnou hmotností. Tento kompozit sestává ze suroviny obsahující metakaolin a z mleté vysokopecní granulované strusky, z roztoku křemičitanu sodného, čedičového, skleněného nebo uhlíkového sekaného vlákenného materiálu a hliníkového prášku. Materiál je vhodný pro lití do forem, kde dojde k následnému napěnění. Nevýhodou je, že k výrobě finálního výrobku z tohoto kompozitu je nutno použít formy, která udrží jeho tvar, dokud kompozit neztuhne. Tento kompozit není tudíž vhodný pro technologii 3D tisku.
V patentové přihlášce US 5601643 je popsán cement na bázi elektrárenského popílku. Toto pojivo sestává z popílku a 2 až 20 % alkalického křemičitanu s poměrem SiO2/Na2O v rozmezí 0,2 až 0,75/l. Tento cement je vhodný jako pojivo především pro přípravu kaší, malt a betonů. Nevýhodou je, že k výrobě finálního výrobku z tohoto cementu je nutno použít formy, která udrží jeho tvar, dokud materiál neztuhne. Tento cement tudíž není vhodný pro technologii 3D tisku.
Výše uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk podle vynálezu.
- 2 CZ 2021 - 574 A3
Podstata vynálezu
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím, že obsahuje alespoň pojivo, které sestává z pevné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka obsahuje alespoň surovinu obsahující metakaolinit, surovinu obsahující amorfní oxid křemičitý a surovinu obsahující vápník, a kapalná složka obsahuje alkalický aktivátor, přičemž pojivo obsahuje 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, 3 až 30 % hmotn. suroviny obsahující vápník a 25 až 50 % hmotn. alkalického aktivátoru, přičemž molární poměry složek v pojivu jsou SiO2 : AI2O3 = 4 až 12 : 1, CaO : AI2O3 = 0,2 až 3,5 : 1, Me2O : AI2O3 = 0,6 až 1,7 : 1, Me2O : S1O2 = 0,05 až 0,2 : 1 a SiO2: H2O = 0,3 až 1 : 1, přičemž Me je kov vybraný ze skupiny zahrnující K a Na.
Výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím. že surovinou obsahující metakaolinit je alespoň jedna látka, kalcinovaná při teplotě 600 až 900 °C, vybraná ze skupiny zahrnující kaolin a lupek.
Další výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím, že surovinou obsahující amorfní oxid křemičitý je alespoň jedna látka, vybraná ze skupiny zahrnující mikrosiliku a termální siliku, která obsahuje alespoň 85 % hmotn. oxidu křemičitého se sférickými částicemi, z nichž alespoň 90 % je menších než 2 pm.
Další výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím, že surovinou obsahující vápník je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující mletý vápenec, hydroxid vápenatý a mletou strusku.
Další výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím, že alkalickým aktivátorem je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující tekuté draselné vodní sklo, tekuté sodné vodní sklo, vodný roztok hydroxidu draselného a vodný roztok hydroxidu sodného.
Další výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím. že obsahuje alespoň jedno plnivo vybrané ze skupiny zahrnující křemičitý písek a vlákna.
Další výhodná alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, charakterizovaná tím, že obsahuje alespoň jedno plnivo vybrané ze skupiny zahrnující korund, šamot a perlit.
Použití alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk pro vytváření detailních dílců.
Výhodné použití alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk pro výrobu teplotně odolných dílců.
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk podle vynálezu obsahuje dvousložkové aluminosilikátové pojivo a případně plniva. Dvousložkové aluminosilikátové pojivo sestává z pevné složky a kapalné složky. Pevná složka obsahuje alespoň surovinu obsahující metakaolinit, surovinu obsahující amorfní oxid křemičitý a surovinu obsahující vápník. Surovinou obsahující amorfní oxid křemičitý, který je rozhodující součástí pevné složky alkalicky aktivovaného aluminosilikátového pojiva, je zejména termální mikrosilika. Surovinou obsahující vápník, který je další nezbytnou součástí pevné složky, je zejména mletá vysokopecní struska nebo hydroxid vápenatý. Surovinou obsahující metakaolinit je kalcinovaný mletý kaolin nebo lupek.
Technický problém, jehož je alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk podle vynálezu alespoň částečným technickým řešením, lze popsat následovně:
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk musí vykazovat vhodné reologické vlastnosti, které umožní její dopravu do trysky 3D tiskárny. Dále je třeba, aby vykazovala
- 3 CZ 2021 - 574 A3 dostatečnou počáteční pevnost, aby její jednotlivé vrstvy, vytisknuté 3D tiskem, držely potřebný tvar a unesly další, na ně položené, vrstvy téže směsi, také vytisknuté 3D tiskem. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk musí tuhnout dostatečně pomalu, aby netuhla v dopravním systému k trysce, a zároveň dostatečně rychle, aby včas tuhly její spodní vrstvy, neboť tvoří nosnou základnu pro její další, na ně položené, vrstvy. Zároveň se mají jednotlivé na sebe položené vrstvy alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk vzájemně pevně spojovat, a proto nemá spodní vrstva úplně zatuhnut dříve, než je na ní nanesena další vrstva.
Cílem vynálezu je dvousložkové alkalicky aktivované aluminosilikátové pojivo a z něj připravená alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, která je vhodná zejména pro výrobu teplotně odolných dílců metodou 3D tisku. Výhodou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle vynálezu je, že je velice tixotropní, plastická a rychle tuhne. Po smísení dvousložkového alkalicky aktivovaného aluminosilikátového pojiva s vhodným plnivem vzniká alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk podle vynálezu se zvýrazněnými uvedenými vlastnostmi. Tyto vlastnosti umožňují, že alkalicky aktivovanou aluminosilikátovou směs pro 3D tisk podle vynálezu v surovém stavu je možno zpracovávat technologií 3D tisku pomocí portálového nebo ramenného tisku s využitím běžných stavebních dopravních systémů čerpadel a hadic. Tyto vlastnosti alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle vynálezu také zajišťují, že při jejím vytlačování z trysky lze klást její jednotlivé vrstvy na sebe. aniž by došlo ke zhroucení vrstvy předchozí, a to při zachování provázanosti jednotlivých vrstev. Po vytištění metodou 3D tisku se výrobek nechá vyzrát za snížené, běžné nebo zvýšené teploty v rozmezí 1 až 90 °C bez nutnosti zakrytí fólií. Při běžné teplotě zraje výrobek do konečné pevnosti 28 dnů.
Volba plniva alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle vynálezu je závislá na požadované aplikační teplotě výrobku.
Alkalicky aktivovanou aluminosilikátovou směs pro 3D tisk podle vynálezu lze použít nejen pro běžné stavební dílce, ale i pro umělecká a architektonická díla s přidanou hodnotou vysoce estetického tvaru. Zvláště výhodné je však její použití s plnivy odolávajícími vysokým teplotám jako je zejména šamot či korund, a to pro výrobky s odolností do teploty 1100 °C.
Výhodou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle vynálezu je, že nemusí obsahovat vlákna jako plnivo, neobsahuje organické látky, a tudíž se z ní při tepelném zatížení neuvolňují nežádoucí, případně jedovaté, zplodiny, tuhne již při teplotě od 1 °C a odolává teplotám až do 1100 °C.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk dílců s tepelněizolačními vlastnostmi:
Dvousložkové alkalicky aktivované aluminosilikátové pojivo jako jedna složka alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk pro výrobu dílců s tepelněizolačními vlastnostmi obsahuje 34,8 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek,
12,8 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, kterou je termální silika, 3,2 % hmotn. vápenaté suroviny, kterou je hydroxid vápenatý, a 49,20 % hmotn. alkalického aktivátoru, kterým je sodné vodní sklo se silikátovým modulem 1,5.
Ve dvousložkovém alkalicky aktivovaném aluminosilikátovém pojivu jsou molární poměry složek následující: SIO2: A2O3 = 4,5 : 1, CaO : AhO3 = 0,26 : 1, Na2O : A2O3 = 0,7 : 1, Na2O : SiO2 = 0,16 : 1 a SiO2: H2O = 0,3 : 1.
- 4 CZ 2021 - 574 A3
Plnivem jako druhou složkou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk je křemičitý písek a expandovaný perlit. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahuje pojivo, písek a expandovaný perlit v hmotnostním poměru pojivo: písek: perlit = 1 : 0,54 : 0,08.
Z důvodu snížení tvorby trhlin při zrání po 3D tisku může alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahovat 0,5 % hmotn. sekaných technických vláken, nejčastěji skleněná, čedičová či uhlíková vlákna.
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk je použitelná pro výrobu dílců s tepelnou vodivostí nižší než 0,4 W m-1 K-1.
Příklad 2
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk dílců s estetickým pískovcovým vzhledem:
Dvousložkové alkalicky aktivované aluminosilikátové pojivo jako jedna složka alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk pro výrobu dílců s pískovcovým vzhledem obsahuje 17,3% hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek, 34,3 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, kterou je termální silika, 19,2 % hmotn. vápenaté suroviny, kterou je mletá slévárenská struska, a 29,2 % hmotn. alkalického aktivátoru, kterým je draselné vodní sklo se silikátovým modulem 1,7.
Ve dvousložkovém alkalicky aktivovaném aluminosilikátovém pojivu jsou molární poměry složek následující: SiO2: A2O3 = 11,6 : 1. CaO : A2O3 = 1,8 : 1, K2O : A2O3 = 0,8 : 1, K2O : SiO2 = 0,07 : 1 a SiO2: H2O = 0,8 : 1.
Plnivem jako druhou složkou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk je křemičitý písek. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahuje pojivo a písek v hmotnostním poměru pojivo: písek = 1 : 0,97.
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk má vzhled přírodního pískovce.
Příklad 3
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk dílců s vysokou teplotní odolností:
Dvousložkové alkalicky aktivované aluminosilikátové pojivo jako jedna složka aluminosilikátové směsi pro 3D tisk pro výrobu dílců s vysokou teplotní odolností obsahuje 19,1 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný kaolin, 24,1 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, kterou je termální silika, 25,7 % hmotn. vápenaté suroviny, kterou je mletá slévárenská struska, a 31,1 % hmotn. alkalického aktivátoru, kterým je draselné vodní sklo se silikátovým modulem 1,7.
Ve dvousložkovém alkalicky aktivovaném aluminosilikátovém pojivu jsou molární poměry složek následující: SiO2: MO3 = 8,1 : 1, CaO : MO3 = 1,9 : 1, K2O : MO3 = 0,7 : 1, K2O : SiO2 = 0,085 : 1 a SO H2O = 0,7:1.
Plnivem jako druhou složkou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk je mletý šamot. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahuje pojivo a mletý šamot v hmotnostním poměru pojivo: šamot =1 : 1,4.
Alternativně může být plnivem jako druhou složkou alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk korund. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk obsahuje pojivo
- 5 CZ 2021 - 574 A3 a korund v hmotnostním poměru pojivo : korund = 1:6.
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk je použitelná pro výrobu dílců s vysokou teplotní odolností až do teploty 1100 °C.
Příklad 4
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk drobných detailních dílců:
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk pro výrobu drobných detailních dílců obsahuje pouze pojivo bez plniva, a to 10,5 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek, 28,1 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, kterou je termální silika, 29,8 % hmotn. vápenaté suroviny, kterou je mletá slévárenská struska, a 31,6 % hmotn. alkalického aktivátoru, kterým je 50% roztok hydroxidu draselného.
V alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk jsou molární poměry složek následující: SiO2: AhOa = 10,9 : 1, CaO : A2O3 = 3,25 : 1, K2O : A2O3 = 1,6 : 1, K2O : SiO2 = 0,15 : l a SiO2: H2O = 0,6 : 1.
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk je použitelná pro výrobu dílců s vysokou schopností detailního tisku.
Průmyslová využitelnost
Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk podle vynálezu je průmyslově využitelná pro výrobu stavebních dílců s vysokou teplotní odolností do 1100 °C, pro výrobu stavebních dílců s dobrými tepelněizolačními vlastnostmi, pro vytváření dílců s estetickým pískovcovým vzhledem, pro vytváření uměleckých a architektonických děl a pro vytváření drobných detailních dílců.

Claims (9)

1. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň pojivo, které sestává z pevné složky a kapalné složky, přičemž pevná složka obsahuje alespoň surovinu obsahující metakaolinit, surovinu obsahující amorfní oxid křemičitý a surovinu obsahující vápník, a kapalná složka obsahuje alkalický aktivátor, přičemž pojivo obsahuje 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující metakaolinit, 10 až 35 % hmotn. suroviny obsahující amorfní oxid křemičitý, 3 až 30 % hmotn. suroviny obsahující vápník a 25 až 50 % hmotn. alkalického aktivátoru, přičemž molární poměry složek v pojivu jsou SiO2 : AI2O3 = 4 až 12 : 1, CaO : AhO3 = 0,2 až 3,5 : 1, Me2O : AI2O3 = 0,6 až 1,7 : 1, Me2O : S1O2 = 0,05 až 0,2 : 1 a SiO2: H2O = 0,3 až 1 : 1, přičemž Me je kov vybraný ze skupiny zahrnující K a Na.
2. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit je alespoň jedna látka, kalcinovaná při teplotě 600 až 900 °C, vybraná ze skupiny zahrnující kaolin a lupek.
3. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že surovinou obsahující amorfní oxid křemičitý je alespoň jedna látka, vybraná ze skupiny zahrnující mikrosiliku a termální siliku, která obsahuje alespoň 85 % hmotn. oxidu křemičitého se sférickými částicemi, z nichž alespoň 90 % je menších než 2 pm.
4. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že surovinou obsahující vápník je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující mletý vápenec, hydroxid vápenatý a mletou strusku.
5. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že alkalickým aktivátorem je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující tekuté draselné vodní sklo, tekuté sodné vodní sklo, vodný roztok hydroxidu draselného a vodný roztok hydroxidu sodného.
6. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno plnivo vybrané ze skupiny zahrnující křemičitý písek a vlákna.
7. Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno plnivo vybrané ze skupiny zahrnující korund, šamot a perlit.
8. Použití alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5 pro vytváření detailních dílců.
9. Použití alkalicky aktivované aluminosilikátové směsi pro 3D tisk podle nároku 7 pro výrobu teplotně odolných dílců.
CZ2021-574A 2021-12-17 2021-12-17 Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk CZ2021574A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-574A CZ2021574A3 (cs) 2021-12-17 2021-12-17 Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-574A CZ2021574A3 (cs) 2021-12-17 2021-12-17 Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ2021574A3 true CZ2021574A3 (cs) 2023-06-28

Family

ID=86872128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-574A CZ2021574A3 (cs) 2021-12-17 2021-12-17 Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2021574A3 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9919974B2 (en) High-strength geopolymer composite cellular concrete
RU2599742C2 (ru) Геополимерный композит для бетона ультравысокого качества
US20150240163A1 (en) Fire core compositions and methods
CN101182168A (zh) 轻质隔热材料及其制备方法
CZ2010855A3 (cs) Cementové kompozity odolné kyselinám a vysokým teplotám a zpusob jejich výroby
GB2247454A (en) Tectoaluminosilicate cement
US11124455B2 (en) Nanozeolite-modified green concrete
WO2021178672A2 (en) Heat and fire resistant geopolymer materials
JP7178367B2 (ja) 硬化性組成物から形成される成形体
WO2011135584A2 (en) Geopolymer concrete
CZ305741B6 (cs) Žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran
JP7616965B2 (ja) 非ポルトランドセメント系材料を調製して塗布するシステム及び方法
KR100853754B1 (ko) 건축용 고강도 내화성형체 및 그 제조방법
PL226104B1 (pl) Tworzywo geopolimerowe oraz sposob wytwarzania tworzywa geopolimerowego
Hilal et al. Producing Sustainable Lightweight Geopolymer Concrete Using Waste Materials
CN111205005A (zh) 胶凝材料、应用以及混凝土
CZ2021574A3 (cs) Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk
CZ35798U1 (cs) Alkalicky aktivovaná aluminosilikátová směs pro 3D tisk
JP2843520B2 (ja) 石炭灰質固化物の製造方法
CZ307154B6 (cs) Dvousložkové geopolymemí pojivo pro výrobu plastických geopolymerů
JP7312385B1 (ja) コンクリート組成物の製造方法、及び、コンクリートの製造方法
EP4242189B1 (en) Reactive binder mixture for cementitious article
JPH06199517A (ja) 無機質粉体及び硬化性無機質組成物
JP4463587B2 (ja) リサイクル用無機質成形体およびそのリサイクル方法
CZ36032U1 (cs) Termoizolační kompozit