CZ302989B6 - 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
CZ302989B6
CZ302989B6 CZ20100913A CZ2010913A CZ302989B6 CZ 302989 B6 CZ302989 B6 CZ 302989B6 CZ 20100913 A CZ20100913 A CZ 20100913A CZ 2010913 A CZ2010913 A CZ 2010913A CZ 302989 B6 CZ302989 B6 CZ 302989B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
liquid
geopolymic
nanofibers
resin
nanofibres
Prior art date
Application number
CZ20100913A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2010913A3 (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/CZ302989B6/cs
Publication of CZ2010913A3 publication Critical patent/CZ2010913A3/cs
Publication of CZ302989B6 publication Critical patent/CZ302989B6/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

(57) Anotace:
Tekutágeopolymerní pryskyřice s nanovlákny obsahujehlavní složky v molár nich poměrech SiO2: AI2O3 = 7,7 až 63 : 1,
K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 :1, K2O : ALO3 = 1 až 9,1 : I a H2O : K2O = 8,3 až 60 : I a fosforečnany nebo boritany. Lzejí uchovávat šest měsíců při teplotě nižší než -18 °C. Obsahuje 0,01 až 1 % hmotn. nanovláken AI2O3, SiO2, l iOj ZrO2, polykapnolaktonu, polyakronitrilu, polyvinylalkoholu, polyamidu 6, pofyaramidu, polystyrenu, polyamidimidu nebo polyuretanu.
Piyskyřice se vyrobí smícháním pevné složky obsahující až 3 % hmotn, oxidu hlinitého a kaolin s kapalnou složkou obsahující KOH. draselné vodní sklo a fosforečnany nebo boritany s homogenním přídavkem nanovláken, které lze přidat později, pokud je pryskyřice skladována při teplotě maximálně-18 °C.
Piyskyrice s nanovlákny lze použít k impregnaci vláken s následným vytvrzením při 20 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
Tekutá geopolymerní pryskyřice s nanoviákny a způsob její výroby
Oblast techniky
Vynález se týká tekuté geopolymerní pryskyřice s nanoviákny použitelné po dobu až šesti měsíců.
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 orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou potykondenzací. 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 molární poměr hlavních složek je SIO2 : A12O3 = 2 : 1 až 40 : l. Vodný roztok silně alkalického silikátu obsahuje složky v moiámím poměru M2O : SiO2 ~ 0,5 : 1 až 1 : 1, kde M2O je buď Na2O, K2O, nebo 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 2 011 838 popisuje použití více než 1 % uhlíkových nanovláken pro přípravu pokrytí na bázi syntetické pryskyřice, a to fenolové, epoxidové, polyuretanové, silikonové, polyamidimidové nebo fluorinové pryskyřice na vodní bázi vytvrzované při zvýšené teplotě.
Patentová přihláška WO 2006 091 185 popisuje přípravu cementu/betonu vyztuženého 0,5 až 2% hmotn. uhlíkovými vlákny včetně nanovláken.
Patentová přihláška US 2009/008 7661 popisuje polymemí kompozitní materiál vyrobený z organické matrice s l až 60% obj. uhlíkových nanovláken, grafitovými částicemi a anorganickým plnivem ve formě silikátových nebo skelných částic.
V publikacích Tandor, G.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: 3485 až 3490 a Gibson, T„ Rice, B. and Ragland, W., SAMPE2005, Longbeach, CA. jsou popsány způsoby zlepšení mechanických a termomec han ických vlastností, například pevnosti v tahu, pevnosti v ohybu, modulu v tahu a v ohybu a tuhosti polymemích kompozitů s vlákennou výztuží přidáním uhlíkových nanovláken.
- 1 CZ 302989 B6
V žádném z uvedených spisů ani publikací však není uvedeno použití nanovláken jako výztuže geopolymemí 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 z části odstraňuje tekutá geopolymemí pryskyřice s nanovlákny a způsob její výroby podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Tekutá geopolymemí pryskyřice s nanovlákny obsahující hlavní složky v molární ch poměrech SiO2: A12O3 = 7,7 až 63 : b K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : A12O3 = 1 až 9,1 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 l % 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 geopolymeimí 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, polyamídimidu a polyuretanu.
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny, sestávající zpěvné 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 pri 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 sekaná 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 vynálezu PV 2009-733 zůstávají zachovány, tedy lze získat geopolymemí tekuté pryskyřice vhodné k uchování při teplotě maximálně —18 °C po dobu až šestí 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 polyvinilalkoholu) a proto je dosažení optimálních mechanických vlastností vyztužených kompozitů nutno upravit dobu použitelnosti tekutou geopolymemí pryskyřice s nanovlákny. V tomto případě přidání nanovláken probíhá ve
-2CZ 302989 B6 stadiu po přípravě vlastní geopolymemí pryskyřice, která již může 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 geopolymemí pryskyřice je thermální silika získaná vysokoteplotním zpracováním minerálu zirkon s obsahem nad 90 % hmotn. oxidu křemičitého a až 3 % hmotn. oxidu hlinitého o velikosti sférických primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 μπι, tedy nanočástice. Část těchto nanočástic zůstává neproreagovaná a nepropuštěná v geopolymemí matrici a přispívá k dosažení výborných mechanických parametrů geopolymemích kompozitů. Aplikace nanovláken s vysokým poměrem jednoho rozměru (délky) k druhému (průměr) ve velmi malém množství, tedy nikoliv nanočástic se stejnými rozměry pro všechny směry, může významným způsobem měnit morfologii výsledné geopolymemí matrice a následně přispívat ke zlepšení mechanických vlastností kompozitů.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Tekuté geopolymemí pryskyřice 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:
SiO2 : Al2O3 = 21 : 1, K2O : SiO2 = 0,12 : 1, K2O : Al2O3 = 2,5 : 1, H2O : K2O - 10,0 : 1, SiO2 : P2O5 - 35,2 : 1, P2O5: Al2O3 = 0,60 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : l.
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 ortofosforečné 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 přidá sypká směs obsahující lOOg 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 pri teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Po 1 měsíci uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřici přidáno 0,25g A12O3 nanovláken z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého.
-3CZ 302989 B6
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 tekuté geopolymemí pryskyřice d!s příkladu 1. Po 20 dne 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 pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, 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 pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 rozsah otáček 3000 až 4000 min ’, čímž byla získána tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn., nanovláken oxidu titaničitého.
Příklad 4
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna polykaproloktonu (PCL).
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna oxidu zirkoničitého byla použita výchozí tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1. Po 30 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno 0,1 g nanovláken polykaprolaktonu z produkce firmy Elmarco, Liberec Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn. nanovláken polykaprolaktonu.
Příklad 5
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna polyvinylalkoholu (PVA) rozpustného ve vodě.
Pro přípravu tekuté geopolymemí pryskyřice obsahující nanovlákna póly vinylalkoholu rozpustného ve vodě byla použita výchozí tekutá geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1. Po 40 dnech uložení v mrazicím boxu bylo ke 100 g tekuté geopolymemí pryskyřice přidáno OJ g nanovláken polyvinylalkoholu rozpustného ve vodě z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
-4CZ 302989 B6
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomoci dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,1 % hmotn, nanovláken polyvinylalkoholu rozpustného ve vodě.
Příklad 6
Tekuté geopolymemí ptyskyřice obsahující boritan a nanovlákna oxidu hlinitého a způsob její výroby.
ío Tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 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 s molámím poměrem SiO2: K2O =1:1 (19 % hmotn. SiO2 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 Al2O3 nanovláken z produkce firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika. Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1.
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. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 8 g metakaolinu Mefisto L05 (54,5 % hmotn. SiCh a 41,3 % hmotn. Al2O3). 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 způsobu 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: l, P2OS: 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 ortofosforečné 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 mrazícím 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. AI2O3) 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 dispegačního zařízení TURRAX 25 s obsahem otáček 3000 a 24 000 min1, čímž byla získána tekutá geopolymemí pryskyřice obsahující 0,25 % hmotn. nanovláken oxidu hlinitého.
-5CZ 302989 B6
Příklad 8
Tekutá geopolymerní pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu křemičitého a způsob její výroby.
Tekutá geopolymerní pryskyřice obsahující fosforečnan a nanovlákna oxidu křemičitého obsahuje íiaSleduj ICi OXídy v ÍTiolamiCh poměfččÍh
SiO2: A12O3 = 21:1, K2O : SiO2 - 0,12 : l, K2O : A12O3 = 2,5 : 1, H2O : ICO = 10,0 : 1, SiO2: P2O5 = 35,2: 1,P2O5: AI2O3 - 0,60 : 1 a K2O : P2O5 - 4,2 : 1.
Tekutá geopolymerní 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 ortofosforečné 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 ghermální 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 se k ní přidá 0,19 g nanovláken oxidu křemičitého z produkce Firmy Elmarco, Liberec, Česká Republika.
Výsledná směs byla cca 5 minut dispergována pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s obsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, čímž byla získána tekutá geopolymerní 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 nanovlákna polykaprolaktonu byla použita výchozí tekutá geopolymerní pryskyřice dle příkladu 1. Příprava probíhala tak, že nejprve byla v 50 g aktivátoru pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 dispergováno 0,34 g nanovláken 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 pomocí dispergačního zařízení TURRAX 25 s rozsahem otáček 3000 až 24 000 min'1, 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 i mpregnována tekutou geoplymemí pryskyřicí dle příkladů 1 až 5 v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se
-6CZ 302989 B6 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 kompozitů je 150 x 9 x 4 mm. Pro srovnání byl připraven kompozit s použitím geopolymemí 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 kale i nace při teplotě 400 °C.
Tabulka 2
Příklad Nanovlákna Obsah nanovláken % hmotn. Pevnost v ohybu MPa Modul v ohybu GPa
1 A12O3 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 400 °C.
Příklad 11
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s obsahem nanovláken k impregnaci čedičové tkaniny a 30 následnému vytvrzení vyztuženého kompozitu.
Čedičová tkanina typu tlas (220 g/m2) je ručně impregnována tekutou gepolymemí pryskyřicí obsahujíc 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.
-7CZ 302989 B6
Příklad 12
Použití tekuté geoplymerní pryskyřice k impregnaci krátkých čedičových vláken ve formě vlny a následnému vytvrzení vyztužených kompozitu.
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 : l. Impregnace probíhá za tlaku vzduchu cca 5 KPa a přebytek tekuté geoplymerní pryskyřice je následně odsát. Impregnovaná vlákna 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 kompozitu pultruzní technologií.
Čtyři svazky čedičových vláken 4800 tex jsou kontinuálně impregnovány v lázni v tekutou geopolymemí pryskyřicí obsahující 0,1 % hmotn. nanovláken polykaprolaktonu dle příkladu 4 a následně jsou protahovány rychlostí lOcm/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 kompozitu je průmyslově použitelná pro výrobu vysokopevnostních kompozitu.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Tekutá geopolymemí pryskyřice $ nanovlákny obsahující hlavní složky v molámích poměrech SiO2: AI2O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : AI2O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : I 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.
  2. 2. Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje anorganická nanovlákna, vybraná ze skupiny zahrnující nanovlákna oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, oxidu titaničitého a oxidu zirkoničitého.
  3. 3. Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje 0,01 až 0,5 % hmotn. organických nanovláken, vybrané ze skupiny zahrnující nanovlákna polykaprolaktonu, polyakronitrilu, polyvinylalkoholu, polyamidu 6, polyaramidu, polystyrenu, polyamidimidu a polyuretanu.
  4. 4. Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny podle 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
    -8CZ 302989 B6 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 kapal5 nou 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.
  5. 5. Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken vybraných ze skupiny zahrnující nekoní nečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 20 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
  6. 6. Použití tekuté geopolymemí pryskyřice s nanovlákny podle nároku 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 CZ302989B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100913A CZ302989B6 (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 CZ302989B6 (cs) 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby

Publications (2)

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

Family

ID=45557772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20100913A CZ302989B6 (cs) 2010-12-09 2010-12-09 Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ302989B6 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002024596A2 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Goodrich Corporation Inorganic matrix compositions 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
EP2011838A1 (en) * 2006-04-27 2009-01-07 Takenaka Seisakusho Co., Ltd. Coating composition and coated article
US20090087661A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Andreas Eder Plastic composite material and method for manufacturing said material
CZ2009733A3 (cs) * 2009-11-05 2011-05-18 Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002024596A2 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Goodrich Corporation Inorganic matrix compositions 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
EP2011838A1 (en) * 2006-04-27 2009-01-07 Takenaka Seisakusho Co., Ltd. Coating composition and coated article
US20090087661A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Andreas Eder Plastic composite material and method for manufacturing said material
CZ2009733A3 (cs) * 2009-11-05 2011-05-18 Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2010913A3 (cs) 2012-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Development and testing of fast curing, mineral-impregnated carbon fiber (MCF) reinforcements based on metakaolin-made geopolymers
Su et al. Influence of different fibers on properties of thermal insulation composites based on geopolymer blended with glazed hollow bead
He et al. Microstructure and integrity of leucite ceramic derived from potassium-based geopolymer precursor
Mackenzie et al. Geopolymer (aluminosilicate) composites: synthesis, properties and applications
Assaedi et al. Characterisation of mechanical and thermal properties in flax fabric reinforced geopolymer composites
Alzeer et al. Synthesis and mechanical properties of novel composites of inorganic polymers (geopolymers) with unidirectional natural flax fibres (phormium tenax)
Alomayri et al. Thermal and mechanical properties of cotton fabric-reinforced geopolymer composites
Liu et al. High toughness combined with high strength in oxide ceramic nanofibers
Rill et al. Properties of basalt fiber reinforced geopolymer composites
EP1328489A2 (en) Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition
Yan et al. Effects of high-temperature heat treatment on the microstructure and mechanical performance of hybrid Cf-SiCf-(Al2O3p) reinforced geopolymer composites
He et al. SiC fiber reinforced geopolymer composites, part 2: Continuous SiC fiber
Chindaprasirt et al. Effect of elevated temperature on polypropylene fiber reinforced alkali-activated high calcium fly ash paste
CN107498941B (zh) 碳纤维增强复合材料、制备方法及用途
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
Arshad et al. Evaluation of mechanical and microstructural characterization of microfiber-reinforced nanocomposites comprising nano-alumina
Raza et al. Development of eco-friendly alkali-activated nanocomposites comprising micro-fibers at ambient curing conditions
Zhang Effect of epoxy resin on mechanical properties of metakaolin based geopolymer and microscopic analysis
CZ302989B6 (cs) Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby
Assaedi et al. Synthesis and mechanical properties of flax fabric reinforced geopolymer composites
Trindade et al. Mechanical evaluation of Na-based strain-hardening geopolymer composites (SHGC) reinforced with PVA, UHMWPE, and PBO fibers
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
Subburaj et al. Study on mechanical and thermal properties of sisal fiber/cloisite 30B nanoclay reinforced cement nano concrete

Legal Events

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

Effective date: 20161209