PL226615B1 - Ceramic mass of expansion properties - Google Patents

Ceramic mass of expansion properties

Info

Publication number
PL226615B1
PL226615B1 PL404327A PL40432713A PL226615B1 PL 226615 B1 PL226615 B1 PL 226615B1 PL 404327 A PL404327 A PL 404327A PL 40432713 A PL40432713 A PL 40432713A PL 226615 B1 PL226615 B1 PL 226615B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
halloysite
mass according
glycol
nanosilica
mass
Prior art date
Application number
PL404327A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL404327A1 (en
Inventor
Mikołaj Szafran
Gabriel Rokicki
Agnieszka Idźkowska
Paweł Falkowski
Małgorzata Głuszek
Anna Danelska
Ewa Bobryk
Mariusz Tryznowski
Marcin Kaczorowski
Marcin Leonowicz
Łukasz Wierzbicki
Original Assignee
Politechnika Warszawska
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 Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL404327A priority Critical patent/PL226615B1/en
Publication of PL404327A1 publication Critical patent/PL404327A1/en
Publication of PL226615B1 publication Critical patent/PL226615B1/en

Links

Landscapes

  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest ceramiczna masa lejna o właściwościach dylatancyjnych (zagęszczana ścinaniem).The subject of the invention is a ceramic slurry with expansion properties (shear thickened).

Ciecze zagęszczane ścinaniem stanowią grupę płynów nienewtonowskich, charakteryzujących się wzrostem lepkości wraz ze wzrostem szybkości ścinania bądź przyłożonego naprężenia ścinającego. Materiały takie, o właściwościach określanych jako dylatancyjne, należą do grupy materiałów inteligentnych, tj. zmieniających swoje właściwości, w tym przypadku reologiczne, pod wpływem czynników zewnętrznych, w sposób przewidywalny i odwracalny. Pod wpływem uderzenia materiał dylatancyjny przechodzi od właściwości typowych dla cieczy do charakterystycznych dla ciała stałego. Unikalna właściwość tych cieczy do absorpcji i rozpraszania energii spowodowała, że obecnie prowadzone są badania nad wykorzystaniem tego rodzaju płynów m.in. do impregnacji tkanin, z których może być wytwarzana odzież ochronna stosowana np. w wojsku [Wetzel E.D., Lee Y.S., Egres R.G., Kirkwood K.M., Kirkwood J.E., Wagner N.J., The Effect of Rheological Parameters on the Ballistic Properties of Shear Thickening Fluid (STF) - Kevlar Composites. NUMIFORM, 2004; Lee Y., Wetzel E., Egres Jr R., Wagner N., Advanced Body Armor Utilizing Shear Thickening Fluids Army Research Laboratory Aberdeen Proving Ground, 2009], czy też ochraniacze w ubiorach dla sportowców. Płyny o takich właściwościach mogą również znaleźć zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym przy produkcji tłumików [Zhang X., Li W., Gong X., The rheology of shear thickening fluid (STF) and the dynamic performance of an STF-filled damper, Smart Materials and Structures, 2008, 17, 035027 -035034] oraz w ochronie budynków przed wstrząsami sejsmicznymi. Wstępne badania pokazały, że materiały oparte na cieczach zagęszczanych ścinaniem nie tylko bardzo dobrze tłumią uderzania i wstrząsy, ale również są elastyczne i lżejsze od standardowych materiałów p-aramidowych stosowanych do ochrony ciała człowieka.Shear thickening fluids are a group of non-Newtonian fluids characterized by an increase in viscosity with increasing shear rate or applied shear stress. Such materials, with properties known as dilatants, belong to the group of intelligent materials, i.e. they change their properties, in this case rheological, in a predictable and reversible manner under the influence of external factors. Under the influence of impact, the expansion material changes from the properties typical of liquids to those of a solid. Due to the unique property of these liquids to absorb and dissipate energy, research is currently being carried out on the use of this type of fluid, e.g. for impregnating fabrics from which protective clothing can be produced, e.g. in the military [Wetzel ED, Lee YS, Egres RG, Kirkwood KM, Kirkwood JE, Wagner NJ, The Effect of Rheological Parameters on the Ballistic Properties of Shear Thickening Fluid (STF ) - Kevlar Composites. NUMIFORM, 2004; Lee Y., Wetzel E., Egres Jr R., Wagner N., Advanced Body Armor Utilizing Shear Thickening Fluids Army Research Laboratory Aberdeen Proving Ground, 2009], or protective gear for athletes. Fluids with such properties may also find application in the automotive industry in the production of silencers [Zhang X., Li W., Gong X., The rheology of shear thickening fluid (STF) and the dynamic performance of an STF-filled damper, Smart Materials and Structures, 2008, 17, 035027 -035034] and in the protection of buildings against seismic shocks. Preliminary studies have shown that materials based on shear-thickening fluids not only very well absorb impacts and shocks, but are also flexible and lighter than standard p-aramid materials used to protect the human body.

W preparatyce układów zagęszczanych ścinaniem stosuje się proszki ceramiczne i organiczne ciecze dyspergujące (najczęściej glikole polipropylenowe i polietylenowe) lub wodę [Decker M. J.,In the preparation of shear thickening systems, ceramic powders and organic dispersing liquids (most often polypropylene and polyethylene glycols) or water are used [Decker M. J.,

Halbach C. J., Nama C. H, Wagner N. J., Wetzel E. D., Stab resistance of shear thickening fluid (STF)-treated fabrics, Composites Science and Technology, 2007, 67, 565-578; Hoffman R. L., Discontinuous and Dilatant Viscosity Behavior in Concentrated Suspensions, Observation of a Flow Instability, Transactions of the Society of Rheology, 1972, 16, 155-173; Kamibayashi M., Ogura H., Otsubo Y., Shear-thickening flow of nanoparticle suspensions flocculated by polymer bridging. Journal of Colloid and Interface Science, 2008, 321, 294-30]. W układach wodnych proszek szybko sedymentuje i łatwo tworzy twarde osady. W przypadku użycia glikoli uzyskuje się zawiesiny dość stabilne w czasie. Wśród proszków ceramicznych w literaturze naukowej i patentowej przede wszystkim wyróżnia się krzemionkę nano- i mikrometryczną [Wagner N.J., Dynamie properties of shear thickening colloidal suspensions, Rheological Acta 2003, 42, 199-208; Newstein M.C., Wang H., Baisara N.P., Lefebvre A.A., Shnidman Y., Microstructural changes in a colloidal liquid in the shear thinning and shear thickening regimes, Journal of Chemical Physics 1999,111, 4827-4839], rzadziej poli(metakrylan metylu) (PMMA), węglan wapnia, dwutlenek tytanu, kompozycje AI2O3 i SiC czy kaolinit [Kalman D.P., Schein J.B., Houghton J.M., Laufer C.H.N., Wetzel E.D., Wagner N.J., Polymer dispersion based shear thickening fluid-fabrics for protective applications, Proceedings of SAMPE 2007, Baltimore, MD, 2007; Decker M. J., Halbach C. J., Nama C. H., Wagner N. J., Wetzel E. D., Stab resistance of shear thickening fluid (STF)-treated fabrics, Composites Science and Technology, 2007, 67, 565-578; M.D. Chadwick, J.W. Goodwin, B. Vincent, E.J. Lawson, P.D.A. Mills, Rheological behaviour of titanium dioxide (uncoated anatase) in ethylene glycol, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2002, 196, 235-245; Bergstrom L., Shear thinning and shear thickening of concentrated ceramic suspensions, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 1998, 133, 151-155; Rosen B. A., Nam Laufer C. H., Kalman D. P., Wetzel E. D., Wagner N. J., Multi-threat performance of kaolin-based shear thickening fluid (stf)-treated fabrics, Proceedings of SAMPE 2007, Baltimore, MD, 2007].Halbach C. J., Nama C. H, Wagner N. J., Wetzel E. D., Stab resistance of shear thickening fluid (STF) -treated fabrics, Composites Science and Technology, 2007, 67, 565-578; Hoffman R. L., Discontinuous and Dilatant Viscosity Behavior in Concentrated Suspensions, Observation of a Flow Instability, Transactions of the Society of Rheology, 1972, 16, 155-173; Kamibayashi M., Ogura H., Otsubo Y., Shear-thickening flow of nanoparticle suspensions flocculated by polymer bridging. Journal of Colloid and Interface Science, 2008, 321, 294-30]. In water systems, the powder settles quickly and easily forms hard deposits. When glycols are used, slurries that are quite stable over time are obtained. Among the ceramic powders in the scientific and patent literature, the most distinguished are nano- and micrometric silica [Wagner N.J., Dynamie properties of shear thickening colloidal suspensions, Rheological Acta 2003, 42, 199-208; Newstein MC, Wang H., Baisara NP, Lefebvre AA, Shnidman Y., Microstructural changes in a colloidal liquid in the shear thinning and shear thickening regimes, Journal of Chemical Physics 1999,111, 4827-4839], less often poly (methyl methacrylate ) (PMMA), calcium carbonate, titanium dioxide, AI2O3 and SiC compositions or kaolinite [Kalman DP, Schein JB, Houghton JM, Laufer CHN, Wetzel ED, Wagner NJ, Polymer dispersion based shear thickening fluid-fabrics for protective applications, Proceedings of SAMPE 2007, Baltimore, MD, 2007; Decker M. J., Halbach C. J., Nama C. H., Wagner N. J., Wetzel E. D., Stab resistance of shear thickening fluid (STF) -treated fabrics, Composites Science and Technology, 2007, 67, 565-578; M.D. Chadwick, J.W. Goodwin, B. Vincent, E.J. Lawson, P.D.A. Mills, Rheological behavior of titanium dioxide (uncoated anatase) in ethylene glycol, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2002, 196, 235-245; Bergstrom L., Shear thinning and shear thickening of concentrated ceramic suspensions, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 1998, 133, 151-155; Rosen B. A., Nam Laufer C. H., Kalman D. P., Wetzel E. D., Wagner N. J., Multi-threat performance of kaolin-based shear thickening fluid (stf) -treated fabrics, Proceedings of SAMPE 2007, Baltimore, MD, 2007].

Wśród proszków SiO2 najwięcej uwagi poświęca się nanoproszkowi otrzymywanemu metodą rozpyłową, o komercyjnej nazwie silica fumed [Wu Q., Ruan J., Huang B., Zhou Z., Zou J., Rheological behavior of fumed silica suspension in polyethylene glycol, Journal of Central South University of Technology 2006, 13, 9784-1005; Yang H., Ruan J., Zou J., Rheological responses of fumed silica suspensions under steady and oscillatory shear, Science in China Series E: Technological Sciences 2009, 12, 845-860]. Głównymi zaletami stosowania nanoproszku silica fumed jest jego dostępność,Among the SiO2 powders, the most attention is paid to the spray nanopowder, commercially known as silica fumed [Wu Q., Ruan J., Huang B., Zhou Z., Zou J., Rheological behavior of fumed silica suspension in polyethylene glycol, Journal of Central South University of Technology 2006, 13, 9784-1005; Yang H., Ruan J., Zou J., Rheological responses of fumed silica suspensions under steady and oscillatory shear, Science in China Series E: Technological Sciences 2009, 12, 845-860]. The main advantages of using silica fumed nanopowder are its availability,

PL 226 615 B1 lekkość oraz twardość. Problemem jest natomiast niewielki efekt dylatacyjny oraz znaczna niestabilność parametrów reologicznych w czasie, wynikająca przede wszystkim z jednolitego rozmiaru i kształtu ziarna proszku.Lightness and hardness. The problem is, however, a slight dilatation effect and significant instability of rheological parameters over time, resulting mainly from the uniform size and shape of the powder grain.

Problem ten został rozwiązany dzięki zastosowaniu w masie lejnej haloizytu - minerału należącego do grupy glinokrzemianów o wzorze Al4[Si4O10](OH)8-10H2O oraz o unikalnej morfologii.This problem was solved thanks to the use of halloysite in the slip - a mineral belonging to the group of aluminosilicates with the formula Al 4 [Si 4 O 10 ] (OH) 8 -10H 2 O and with a unique morphology.

Masę ceramiczną o właściwościach dylatancyjnych według wynalazku stanowi zdyspergowana w ciekłym związku organicznym mieszanina nanokrzemionki i proszku haloizytu, w której udział haloizytu wynosi od 1 do 20% obj. w stosunku do objętości fazy stałej, a całkowite stężenie fazy stałej w masie wynosi od 1O do 3O% obj.The ceramic mass with expansion properties according to the invention is a mixture of nanosilica and halloysite powder dispersed in a liquid organic compound, in which the proportion of halloysite is from 1 to 20% by volume. based on the volume of the solid phase, and the total solids concentration in the mass is from 10 to 30 vol.%.

Korzystnie masa zawiera proszek haloizytu o średnim wymiarze ziarna od 3 do 400 nm.Preferably, the stock comprises halloysite powder with an average grain size from 3 to 400 nm.

Korzystnie masa zawiera haloizyt uprzednio poddany procesowi separacji magnetycznej, w celu oddzielenia frakcji magnetycznych, takich jak Fe2O3, Fe3O4, TiO2, bezpostaciowe wodorotlenki żelaza, magnetyt, hematyt i ilmenit.Preferably the mass comprises halloysite previously subjected to a magnetic separation process to separate magnetic fractions such as Fe2O3, Fe3O4, TiO2, amorphous iron hydroxides, magnetite, hematite and ilmenite.

Korzystnie masa zawiera haloizyt wstępnie przygotowany przez wymieszanie proszku z mieszaniną alkoholu C1-C3 z glikolem i/albo poliglikolem, korzystnie w stosunku wagowym 2:1, a następnie wirowanie w czasie od 10 do 40 minut, z szybkością 10000-13OOO obr./min, suszenie i rozdrabnianie.Preferably the mass comprises halloysite prepared by mixing the powder with a mixture of C1-C3 alcohol with glycol and / or polyglycol, preferably in a weight ratio of 2: 1, followed by centrifugation for 10 to 40 minutes at a speed of 10000-13000 rpm. , drying and grinding.

Korzystnie masa zawiera nanokrzemionkę otrzymaną metodą rozpyłową (silica fumed), o nominalnym średnim rozmiarze ziarna od 3 do 400 nm.Preferably the mass contains silica fumed nanosilica with a nominal average grain size from 3 to 400 nm.

Korzystnie masa zawiera nanokrzemionkę, która uprzednio została zawieszona w rozpuszcza lniku organicznym, a następnie poddana procesowi wirowania i suszenia.Preferably, the mass contains nanosilica, which has been previously suspended in an organic solvent, and then subjected to a centrifugation and drying process.

Jako ciekły związek organiczny korzystnie stosuje się glikol i/lub poliglikol, najkorzystniej poli(glikol propylenowy). Korzystnie stosuje się glikole polipropylenowe o masach cząsteczkowych od 4OO do 8OO g/mol.As the liquid organic compound, glycol and / or polyglycol are preferably used, most preferably poly (propylene glycol). Preference is given to using polypropylene glycols with molecular weights of from 4OO to 8OO g / mol.

Haloizyt jest szeroko rozpowszechnionym, pospolitym minerałem. Cześć ziaren haloizytu występuje w postaci nanorurek o średnicy 30-5O nm i o długości dochodzącej do kilkuset nm, co czyni tego typu kształt ziaren szczególnie interesującym w zastosowaniu do cieczy zagęszczanych ścinaniem. Ten rodzaj minerału nie był dotychczas stosowany w celu otrzymania cieczy zagęszczanych ścinaniem. Okazało się, że dodatek haloizytu do mas ceramicznych opartych na nanokrzemionce korzystnie wpływa na właściwości masy. Zmniejsza również koszty jej wytwarzania. Masa ceramiczna według wynalazku odznacza się stabilnością oraz znacznym, stromym skokiem lepkości. Zastosowanie haloizytu w odpowiedniej ilości, jako dodatku do mas ceramicznych opartych na nanokrzemionce, skutkuje zwiększeniem skoku dylatancyjnego. Im mniejsze stężenie nanokrzemionki tym skok lepkości jest wyższy. Poprzez dodatek haloizytu do zawiesin zagęszczanych ścinaniem możliwe jest również wpływanie na szybkość wystąpienia skoku. Wraz ze wzrostem stężenia haloizytu w mieszaninie, obserwowany jest wzrost wartości szybkości ścinania, przy której skok dylatancyjny występuje, dzięki czemu poprzez dodatek haloizytu do mas dylatancyjnych opartych na nanokrzemionce możliwe jest sterowanie charakterystyką reologiczną takich mas lejnych.Halloysite is a widespread, common mineral. Some of the halloysite grains are in the form of nanotubes with a diameter of 30-5O nm and a length of up to several hundred nm, which makes this type of grain shape particularly interesting for applications with shear thickening liquids. This type of mineral has not hitherto been used to obtain shear thickening liquids. It turned out that the addition of halloysite to ceramic masses based on nanosilica has a positive effect on the mass properties. It also reduces the cost of its production. The ceramic mass according to the invention is characterized by stability and a significant, steep jump in viscosity. The use of halloysite in an appropriate amount, as an additive to ceramic masses based on nanosilica, increases the expansion joint. The lower the concentration of nanosilica, the higher the viscosity jump. By adding halloysite to the shear thickened suspensions, it is also possible to influence the speed of the jump. With the increase in the concentration of halloysite in the mixture, an increase in the value of the shear rate at which the expansion jump occurs is observed, thanks to which, by adding halloysite to expansion compounds based on nanosilica, it is possible to control the rheological characteristics of such slips.

Korzystne jest wstępne przygotowanie nanokrzemionki poprzez wirowanie proszku z etanolem i cieczą dyspergującą. Proces wirowania pozwala na modyfikację jego powierzchni poprzez usunięcie wody zaadsorbowanej na powierzchni nanoproszku ceramicznego, co ułatwia następnie zwilżalność tego proszku organiczną cieczą dyspergującą. Po wirowaniu proszek suszony jest na powietrzu lub w podwyższonej temperaturze. Pozwala to na zwiększenie efektu dylatancyjnego, czyli skoku lepkości przy określonej szybkości ścinania, a także daje możliwość wprowadzenia większej ilości fazy stałej.It is preferable to pre-prepare the nanosilica by swirling the powder with ethanol and the dispersing liquid. The centrifugation process allows for the modification of its surface by removing the water adsorbed on the surface of the ceramic nanopowder, which then facilitates the wetting of this powder with an organic dispersing liquid. After centrifugation, the powder is dried in air or at elevated temperature. This allows to increase the dilatation effect, i.e. the viscosity jump at a specific shear rate, and also gives the possibility of introducing more solid phase.

Jedną z przewag haloizytu nad nanokrzemionką obok niższej ceny jest również jego naturalne pochodzenie, co znacząco zwiększa dostępność tego proszku.One of the advantages of halloysite over nanosilica, apart from the lower price, is also its natural origin, which significantly increases the availability of this powder.

Według wynalazku korzystne jest stosowanie glikoli i/lub poliglikoli, ze względu na ich obojętny (nietoksyczny) wpływ na człowieka i środowisko oraz możliwość mieszania się z wodą w każdym stosunku.According to the invention, the use of glycols and / or polyglycols is preferred due to their neutral (non-toxic) effect on humans and the environment and their miscibility with water in any ratio.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.The subject of the invention is presented in more detail in the embodiments.

P r z y k ł a d 1.P r z k ł a d 1.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 14 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 725 g/mol (PPG 725).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 14 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 725 g / mol (PPG 725).

Faza stała stanowiła 12% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił odpowiednio 97:3 oraz 99:1. Masy mieszano w naczyniu umieszczonym w termosta4The solid phase accounted for 12% by volume. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was 97: 3 and 99: 1, respectively. The masses were mixed in a vessel placed in a thermostat4

PL 226 615 B1 cie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.Stirring at 54 ° C with a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 rpm.

Po procesie homogenizacji ceramiczne masy lejne poddawane były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm. -1After the homogenization process, the ceramic slip masses were subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm. -1

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 .

Uzyskane masy charakteryzowały się efektem skoku lepkości równym 354 Pa-s (97:3) oraz 316The obtained masses were characterized by the viscosity jump effect equal to 354 Pa-s (97: 3) and 316

-1 -1-1 -1

Pa-s (99:1) przy szybkości ścinania równych odpowiednio 7,8 s-1 9,8 s-1.Pa-s (99: 1) with a shear rate of 7.8 s -1 9.8 s -1, respectively .

P r z y k ł a d 2.P r z k ł a d 2.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 7 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 400 g/mol (PPG 400).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 7 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 400 g / mol (PPG 400).

Faza stała stanowiła 20% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił odpowiednio 95:5 oraz 99:1. Masy mieszano w naczyniu umieszczonym w termostacie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.The solid phase accounted for 20 vol.%. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was 95: 5 and 99: 1, respectively. The masses were mixed in a vessel placed in a thermostat at a temperature of 54 ° C with a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 revolutions per minute.

Po procesie homogenizacji ceramiczne masy lejne poddawane były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm.After the homogenization process, the ceramic slip masses were subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm.

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 .

Uzyskane masy charakteryzowały się efektem skoku lepkości równym 491 Pa-s (95:5) oraz 336The obtained masses were characterized by the viscosity jump effect equal to 491 Pa-s (95: 5) and 336

-1 -1-1 -1

Pa-s (99:1) przy szybkości ścinania równych odpowiednio 30,8 s-1 48,7 s-1.Pa-s (99: 1) at a shear rate of 30.8 s -1 48.7 s -1, respectively .

P r z y k ł a d 3.P r z k ł a d 3.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 14 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 425 g/mol (PPG 425).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 14 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 425 g / mol (PPG 425).

Faza stała stanowiła 12% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił odpowiednio 97:3 oraz 99:1. Haloizyt przed połączeniem z resztą reagentów został poddany procesowi wirowania. Przygotowanie haloizytu poprzez wirowanie polegało na wstępnym wymieszaniu tego proszku z mieszaniną etanolu z PPG 425 w stosunku wagowym 2:1 w młynie kulowym. Dyspergent stanowił 1/3% wagowych, a EtOH 1/3% wagowych fazy ciekłej. Proces mieszania prowadzano przez 30 minut z prędkością 300 obrotów na minutę. Następnie zawiesinę przenoszono do zamykanych probówek wykonanych z polietylenu i poddawano procesowi wirowania w wirówce laboratoryjnej przez 30 min z szybkością 13.000 obr./min Celem tego procesu było usunięcie zaadsorbowanej wody na powierzchni ziaren proszku. Po procesie wirowania ciecz zlewano z nad osadu, a haloizyt przenoszono do krystalizatora i pozostawiano w suszarce do całkowitego wysuszenia. Następnie proszek rozdrabniano w moździerzu, przesiewano na sicie o wielkości otworów 0,063 mm i przesypywano do szczelnego opakowania.The solid phase accounted for 12% by volume. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was 97: 3 and 99: 1, respectively. Before combining with the rest of the reactants, the halloysite was subjected to a centrifugation process. The preparation of halloysite by centrifugation consisted in preliminary mixing of this powder with a mixture of ethanol with PPG 425 in a weight ratio of 2: 1 in a ball mill. A dispersion was a 1/3 wt%, EtOH 1/3% by weight of the liquid phase. The mixing process was carried out for 30 minutes at a speed of 300 revolutions per minute. Then, the suspension was transferred to sealed polyethylene tubes and subjected to a centrifugation process in a laboratory centrifuge for 30 minutes at a speed of 13,000 rpm. The purpose of this process was to remove adsorbed water on the surface of the powder grains. After the centrifugation process, the liquid was decanted from the sediment, and the halloysite was transferred to the crystallizer and left in the dryer until completely dry. The powder was then crushed in a mortar, sieved on a sieve with a hole size of 0.063 mm and poured into a sealed package.

Masy na bazie uprzednio przygotowanego haloizytu, nanokrzemionki i PPG 425 w odpowiednich stosunkach objętościowych mieszano w naczyniu umieszczonym w termostacie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.The masses based on previously prepared halloysite, nanosilica and PPG 425 in appropriate volumetric ratios were mixed in a vessel placed in a thermostat at the temperature of 54 ° C with a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 rpm.

Po procesie homogenizacji ceramiczne masy lejne poddawane były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm.After the homogenization process, the ceramic slip masses were subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm.

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 .

Uzyskane masy charakteryzowały się efektem skoku lepkości równym 293 Pa-s (97:3) oraz 440The obtained masses were characterized by the viscosity jump effect equal to 293 Pa-s (97: 3) and 440

-1 -1-1 -1

Pa-s (99:1) przy szybkości ścinania równych odpowiednio 15,4 s-1 9,7 s-1.Pa-s (99: 1) with a shear rate of 15.4 s -1 9.7 s -1, respectively .

P r z y k ł a d 4.P r z k ł a d 4.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 14 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 725 g/mol (PPG 725).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 14 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 725 g / mol (PPG 725).

Faza stała stanowiła 12% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił odpowiednio 90:10; 95:5; 97:3 oraz 99:1. Haloizyt przed połączeniem z resztą reagentów został poddany procesowi wirowania. Przygotowanie haloizytu poprzez wirowanie polegało na wstępnym wymieszaniu tego proszku z mieszaniną etanolu z PPG 725 w stosunku wagowym 2:1 w młynie kulowym. Dyspergent stanowił 1/3% wagowych, a EtOH 2/3% wagowych fazy ciekłej. Proces mieszania prowadzano przez 30 minut z prędkością 300 obrotów na minutę. Następnie zawiesinę przenoszono do zamykanych probówek wykonanych z polietylenu i poddawano procesowi wirowaniaThe solid phase accounted for 12% by volume. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was respectively 90:10; 95: 5; 97: 3 and 99: 1. Before combining with the rest of the reactants, the halloysite was subjected to a centrifugation process. The preparation of halloysite by centrifugation consisted in preliminary mixing of this powder with a mixture of ethanol with PPG 725 in a weight ratio of 2: 1 in a ball mill. A dispersion was a 1/3 wt%, EtOH 2/3% by weight of the liquid phase. The mixing process was carried out for 30 minutes at a speed of 300 revolutions per minute. Then, the suspension was transferred to sealed polyethylene tubes and subjected to a centrifugation process

PL 226 615 B1 w wirówce laboratoryjnej przez 30 min z szybkością 13000 obr./min Celem tego procesu było usunięcie zaadsorbowanej wody na powierzchni ziaren proszku. Po procesie wirowania ciecz zlewano znad osadu, a haloizyt przenoszono do krystalizatora i pozostawiano w suszarce do całkowitego wysuszenia. Następnie proszek rozdrabniano w moździerzu, przesiewano na sicie o wielkości otworów 0.063 mm i przesypywano do szczelnego opakowania.The purpose of this process was to remove the adsorbed water on the surface of the powder grains. After the centrifugation process, the liquid was poured off the sediment, and the halloysite was transferred to the crystallizer and left in the dryer until completely dry. The powder was then crushed in a mortar, sieved on a sieve with an opening size of 0.063 mm and poured into a sealed package.

Masy na bazie uprzednio przygotowanego haloizytu, nanokrzemionki i PPG 725 w odpowiednich stosunkach objętościowych mieszano w naczyniu umieszczonym w termostacie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.The masses based on previously prepared halloysite, nanosilica and PPG 725 in appropriate volumetric ratios were mixed in a vessel placed in a thermostat at the temperature of 54 ° C by means of a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 rpm.

Po procesie homogenizacji ceramiczne masy lejne poddawane były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm. -1After the homogenization process, the ceramic slips were subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm. -1

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 .

Uzyskane masy charakteryzowały się efektem skoku lepkości równym 341 Pa-s (90:10), 354 Pa-s (95:5), 436 Pa-s (97:3) oraz 553 Pa-s (99:1) przy szybkościach ścinania równych odpowiednioThe obtained masses were characterized by the viscosity jump effect equal to 341 Pa-s (90:10), 354 Pa-s (95: 5), 436 Pa-s (97: 3) and 553 Pa-s (99: 1) at the shear rates equal respectively

7,8 s-1; 7,8 s-1; 6,2 s-1 oraz 7,8 s-1.7.8 s -1 ; 7.8 s -1 ; 6.2 s -1 and 7.8 s -1 .

P r z y k ł a d 5.P r z k ł a d 5.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 7 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 725 g/mol (PPG 725).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 7 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 725 g / mol (PPG 725).

Faza stała stanowiła 12% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił 97:3. Haloizyt przed połączeniem z resztą składników został poddany procesowi separacji magnetycznej. Przy pomocy magnesu oddzielono frakcje magnetyczne takie jak cząstki Fe2O3, Fe3O4, TiO2, bezpostaciowe wodorotlenki żelaza, magnetyt, hematyt i ilmenit.The solid phase accounted for 12% by volume. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was 97: 3. Before combining with the rest of the components, the halloysite underwent a magnetic separation process. With the aid of a magnet, magnetic fractions such as Fe2O3, Fe3O4, TiO2 particles, amorphous iron hydroxides, magnetite, hematite and ilmenite were separated.

Masę na bazie uprzednio przygotowanego haloizytu, nanokrzemionki i PPG 725 mieszano w naczyniu umieszczonym w termostacie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.The mass based on previously prepared halloysite, nanosilica and PPG 725 was mixed in a vessel placed in a thermostat at a temperature of 54 ° C with a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 rpm.

Po procesie homogenizacji ceramiczna masa lejna poddawana były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm.After the homogenization process, the ceramic slip was subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm.

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 .

Uzyskana masa charakteryzowała się efektem skoku lepkości równym 296 Pa-s przy szybkości ścinania równej 12,3 s-1.The obtained mass was characterized by the viscosity jump effect equal to 296 Pa · s at the shear rate equal to 12.3 s -1 .

P r z y k ł a d 6.P r z k ł a d 6.

W celu otrzymania materiału zagęszczanego ścinaniem wykorzystano jako fazę stałą, syntetyczną krzemionkę Silica Fumed (SF) oraz haloizyt o średnich wielkościach ziarna odpowiednio 80 nm i 300 nm. Dyspergent stanowił poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 725 g/mol (PPG 725).In order to obtain the material thickened by shear, as a solid phase, synthetic silica Fumed (SF) and halloysite with average grain sizes of 80 nm and 300 nm, respectively, were used. The dispersant was poly (propylene glycol) with a molecular weight of 725 g / mol (PPG 725).

Faza stała stanowiła 12% obj. całej masy. Stosunek objętościowy nanokrzemionki do haloizytu w fazie stałej wynosił 97:3. Haloizyt przed połączeniem z resztą reagentów został poddany procesowi separacji magnetycznej oraz wirowania. Przy pomocy magnesu oddzielono frakcje magnetyczne takie jak cząstki Fe2O3, Fe3O4, TiO2, bezpostaciowe wodorotlenki żelaza, magnetyt, hematyt i ilmenit. Przygotowanie haloizytu poprzez wirowanie polegało na wstępnym wymieszaniu tego proszku z mieszani1 ną etanolu z PPG 725 w stosunku wagowym 2:1 w młynie kulowym. Dyspergent stanowił 1/3% wago2 wych, a EtOH 2/3% wagowych fazy ciekłej. Proces mieszania prowadzano przez 30 minut z prędkością 300 obrotów na minutę. Następnie zawiesinę przenoszono do zamykanych probówek wykonanych z polietylenu i poddawano procesowi wirowania w wirówce laboratoryjnej przez 30 min z szybkością 13000 obr./min. Celem tego procesu było usunięcie zaadsorbowanej wody na powierzchni ziaren proszku. Po procesie wirowania ciecz zlewano z nad osadu, a haloizyt przenoszono do krystalizatora i pozostawiano w suszarce do całkowitego wysuszenia. Następnie proszek rozdrobniono w moździerzu, przesiewano na sicie o wielkości otworów 0,063 mm i przesypywano do szczelnego opakowania.The solid phase accounted for 12% by volume. the whole mass. The volume ratio of nanosilica to halloysite in the solid phase was 97: 3. Before combining with the rest of the reactants, the halloysite was subjected to the process of magnetic separation and centrifugation. With the aid of a magnet, magnetic fractions such as Fe2O3, Fe3O4, TiO2 particles, amorphous iron hydroxides, magnetite, hematite and ilmenite were separated. Preparation halloysite by centrifugation was based on the initial mixing of the powder was mixed with 1 Ethanol from PPG 725 in a weight ratio of 2: 1 in a ball mill. A dispersion was a 1/3 Outgoing 2% weigh and EtOH 2/3% by weight of the liquid phase. The mixing process was carried out for 30 minutes at a speed of 300 revolutions per minute. Then, the suspension was transferred to sealed polyethylene tubes and subjected to a centrifugation process in a laboratory centrifuge for 30 minutes at a speed of 13,000 rpm. The purpose of this process was to remove the adsorbed water on the surface of the powder grains. After the centrifugation process, the liquid was decanted from the sediment, and the halloysite was transferred to the crystallizer and left in the dryer until completely dry. Then the powder was ground in a mortar, sieved on a sieve with a hole size of 0.063 mm and poured into a sealed package.

Masę na bazie uprzednio przygotowanego haloizytu, nanokrzemionki i PPG 725 mieszano w naczyniu umieszczonym w termostacie w temperaturze 54°C za pomocą mieszadła mechanicznego przez 3 godziny. Mieszadło obracało się z prędkością około 100 obrotów na minutę.The mass based on previously prepared halloysite, nanosilica and PPG 725 was mixed in a vessel placed in a thermostat at a temperature of 54 ° C with a mechanical stirrer for 3 hours. The stirrer was rotated at a speed of about 100 rpm.

Po procesie homogenizacji ceramiczna masa lejna poddawana były pomiarom reometrycznym na reometrze typu płytka-płytka w temperaturze 25°C. Odległość między płytkami równa była 0,7 mm.After the homogenization process, the ceramic slip was subjected to rheometric measurements on a plate-plate rheometer at a temperature of 25 ° C. The distance between the plates was 0.7 mm.

Zadana prędkość obrotowa górnej płytki rosła od 1 do 500 s-1. Uzyskana masa charakteryzowała się efektem skoku lepkości równym 364 Pa-s przy szybkości ścinania równej 7,8 s-1.The set speed of the upper plate increased from 1 to 500 s -1 . The obtained mass was characterized by a viscosity jump effect equal to 364 Pa · s at a shear rate of 7.8 s -1 .

Claims (10)

1. Masa ceramiczna o właściwościach dylatancyjnych, zawierająca krzemionkę zdyspergowaną w ciekłym związku organicznym, znamienna tym, że zawiera mieszaninę nanokrzemionki i proszku haloizytu, przy czym udział haloizytu wynosi od 1 do 20% obj. w stosunku do objętości fazy stałej, a całkowite stężenie fazy stałej w masie wynosi od 10 do 30% obj.CLAIMS 1. Ceramic mass with expansion properties, containing silica dispersed in a liquid organic compound, characterized in that it comprises a mixture of nanosilica and halloysite powder, the proportion of halloysite being from 1 to 20% by volume. based on the volume of the solid phase, and the total solids concentration by weight is from 10 to 30 vol.%. 2. Masa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera proszek haloizytu o średnim wymiarze ziarna od 3 do 400 nm.2. Mass according to claim The method of claim 1, wherein the halloysite powder has an average grain size from 3 to 400 nm. 3. Masa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera haloizyt uprzednio poddany procesowi separacji magnetycznej.3. Mass according to claim The method of claim 1, wherein the halloysite has previously undergone a magnetic separation process. 4. Masa według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że zawiera haloizyt wstępnie przygotowany przez wymieszanie proszku z mieszaniną alkoholu C1-C3 z glikolem i/albo poliglikolem, a następnie wirowanie, suszenie i rozdrabnianie.4. Mass according to claim The method of claim 1 or 3, characterized in that it contains halloysite prepared by mixing the powder with a mixture of C1-C3 alcohol with glycol and / or polyglycol, followed by centrifugation, drying and grinding. 5. Masa według zastrz. 4, znamienna tym, że w procesie wstępnego przygotowania haloizytu stosuje się mieszaninę alkoholu C1-C3 z glikolem i/albo poliglikolem, w stosunku wagowym 2:1, wirowanie prowadzi się w czasie od 10 do 40 minut, z szybkością 10000-13000 obr./min5. Mass according to p. 4. The method of claim 4, characterized in that a mixture of C1-C3 alcohol with glycol and / or polyglycol in a weight ratio of 2: 1 is used in the process of preliminary preparation of halloysite, centrifugation is carried out for 10 to 40 minutes at a speed of 10,000-13,000 rpm. / min 6. Masa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera nanokrzemionkę otrzymaną metodą rozpyłową, o nominalnym średnim rozmiarze ziarna od 3 do 400 nm.6. Mass according to p. The method of claim 1, characterized in that it contains nanosilica obtained by the spraying method, with a nominal average grain size from 3 to 400 nm. 7. Masa według zastrz. 1 albo 6, znamienna tym, że zawiera nanokrzemionkę uprzednio zawieszoną w rozpuszczalniku organicznym, a następnie poddaną procesowi wirowania i suszenia.7. Mass according to p. The method of claim 1 or 6, characterized in that it contains nanosilica previously suspended in an organic solvent, and then subjected to a centrifuging and drying process. 8. Masa według zastrz. 1, znamienna tym, że jako ciekły związek organiczny zawiera glikol i/lub poliglikol.8. Mass according to claim The process of claim 1, wherein the liquid organic compound is glycol and / or polyglycol. 9. Masa według zastrz. 8, znamienna tym, że glikolem jest poli(glikol propylenowy).9. Mass according to claim The process of claim 8, wherein the glycol is poly (propylene glycol). 10. Masa według zastrz. 9, znamienna tym, że poli(glikol propylenowy) charakteryzuje się masą cząsteczkową od 400 do 800 g/mol.10. Mass according to claim 9. The process of claim 9, wherein the poly (propylene glycol) has a molecular weight of 400 to 800 g / mol.
PL404327A 2013-06-14 2013-06-14 Ceramic mass of expansion properties PL226615B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL404327A PL226615B1 (en) 2013-06-14 2013-06-14 Ceramic mass of expansion properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL404327A PL226615B1 (en) 2013-06-14 2013-06-14 Ceramic mass of expansion properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL404327A1 PL404327A1 (en) 2014-12-22
PL226615B1 true PL226615B1 (en) 2017-08-31

Family

ID=52106856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL404327A PL226615B1 (en) 2013-06-14 2013-06-14 Ceramic mass of expansion properties

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL226615B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL424425A1 (en) * 2018-01-30 2019-08-12 Politechnika Warszawska Modified ceramic expansive suspension

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL424425A1 (en) * 2018-01-30 2019-08-12 Politechnika Warszawska Modified ceramic expansive suspension

Also Published As

Publication number Publication date
PL404327A1 (en) 2014-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Disaggregation of palygorskite crystal bundles via high-pressure homogenization
Gong et al. A simple method for physical purification of bentonite
US20170137322A1 (en) Geopolymer aggregates
Lu et al. Electrorheological properties of a polyaniline–montmorillonite clay nanocomposite suspension
Kim et al. Synthesis and electrorheological characterization of polyaniline and Na+-montmorillonite clay nanocomposite
JP2013519625A (en) Process for producing layered phyllosilicates having controlled particle size and products obtained by said process
MX2007004129A (en) Method for manufacturing pigment pellets and their application.
CA2810345A1 (en) Slurry comprising manganomanganic oxide particles and dispersant and method for the production of such slurries
AU646328B2 (en) Mineral fillers
KR20200005556A (en) COMPOSITION TO COMPLETELY OR PARTIALLY REPLACE BALL CLAY IN CERAMICS, METHOD OF MAKING, AND USE THEREOF
PL226615B1 (en) Ceramic mass of expansion properties
Antosik et al. Effect of SiO2 particle size and length of polypropylene glycol) chain on rheological properties of shear thickening fluids
JP6936812B2 (en) Inorganic material compositions and their utilities
Chen et al. Shear-thickening behavior of precipitated calcium carbonate particles suspensions in glycerine
KR101933208B1 (en) Aqueous Aerogel Dispersions And Method Of Preparing The Same
Choudhury et al. Thermal stability of PMMA-clay hybrids
JP7474194B2 (en) Mineral Processing
CN109247020A (en) The thermally treated Kaolin pigments of the GE brightness at least 92 for paper and coating
Han et al. Magnetorheology of Core–Shell Structured Mesoporous Fe 3 O 4@ mSiO 2 Nanoparticles in Carbonyl Iron Dispersion
Zhang et al. Preparation and properties of novel natural rubber/organo‐vermiculite nanocomposites
KR20100009223A (en) Clearing ceramic ball and method for preparing the same
KR20180085836A (en) Method for preparing porous ceramic material for functional ceramic-polymer composite film
Rueda et al. Structuring of non-Brownian ferrite particles in molten polypropylene: Viscoelastic analysis
KR20130122774A (en) Oil- and wax-containing agents in piece form comprising particular wax mixtures for the coloring of asphalt and bitumen
KR20110095598A (en) Color ceramic block and method for fabricating the same