PL230450B1 - Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania - Google Patents
Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzaniaInfo
- Publication number
- PL230450B1 PL230450B1 PL411244A PL41124415A PL230450B1 PL 230450 B1 PL230450 B1 PL 230450B1 PL 411244 A PL411244 A PL 411244A PL 41124415 A PL41124415 A PL 41124415A PL 230450 B1 PL230450 B1 PL 230450B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- acid
- asbestos
- silica
- fibrous
- fibers
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 19
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims description 14
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 37
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 32
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 claims description 30
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 claims description 30
- CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N trimagnesium;hydroxy(trioxido)silane;hydrate Chemical compound O.[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O[Si]([O-])([O-])[O-].O[Si]([O-])([O-])[O-] CWBIFDGMOSWLRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 15
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 claims description 12
- 229910052620 chrysotile Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229920002397 thermoplastic olefin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 12
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- -1 chalk Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052599 brucite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania w procesie uplastyczniania, ugniatania i prasowania.
Zastosowanie napełniaczy mineralnych, zarówno w postaci włókien jak i proszków do napełniania polimerów termoplastycznych oraz żywic chemoutwardzalnych jest powszechnie znane i stosowane obecnie na masową skalę. Do napełniania tworzyw stosuje się obecnie najczęściej takie minerały jak: mączka kwarcowa, piasek kwarcowy, kreda, talk, kaolin, sproszkowana mika, a także mineralne napełniacze pochodzenia syntetycznego, jak krzemionka strącana, krzemionka pirogenna, ditlenek tytanu i inne. Napełnianie tworzyw polimerowych napełniaczami mineralnymi wpływa korzystnie na właściwości wyrobów, przede wszystkim ogranicza ujemny wpływ skurczu termicznego, poreakcyjnego lub krystalizacyjnego w wyrobach gotowych podczas ich otrzymywania przy stosowaniu różnych technik przetwórczych. Ważnym efektem stosowania takich napełniaczy jest również obniżanie ceny wyrobów z tworzyw polimerowych.
Jako napełniacze o funkcji wzmacniającej odporność na obciążenia mechaniczne statyczne i udarowe stosowane są przede wszystkim włókna szklane, których podstawowym składnikiem jest krzemionka, a także włókna aramidowe oraz węglowe.
Bardzo rozpowszechnioną grupą włókien mineralnych są włókna, których podstawowym składnikiem jest krzemionka. Są one szeroko wykorzystywane w technice np. do polepszania właściwości mechanicznych innych materiałów, np. w kompozytach polimerowych, jako izolacje termiczne czy też do otrzymywania materiałów optycznych.
Najczęściej spotykanymi materiałami tego typu są włókna szklane (na przykład typu E) czy żużlowe otrzymywane za pomocą „ciągnięcia” włókien ze stopionego w wysokiej temperaturze materiału o odpowiednim składzie. Włókna takie, obok krzemionki, zawierają także znaczne ilości tlenków innych metali, najczęściej alkalicznych, przy czym włókna wysokokrzemionkowe zazwyczaj mają lepsze parametry mechaniczne, termiczne i optyczne. Wysokokrzemionkowe włókna, zawierające minimum 95% S1O2, otrzymuje się najczęściej poprzez ługowanie kwasem borokrzemianowych włókien szklanych typu E. Czyste włókna krzemionkowe, a zawierające powyżej 99% S1O2, najczęściej otrzymuje się w procesie zolowożelowym za pomocą przędzenia z odpowiednio przygotowanego roztworu, najczęściej na bazie szkła wodnego. Obok szkła wodnego do przygotowania roztworu zolu stosuje się często tetraetoksysilan (TEOS) jak na przykład w polskim opisie patentowym PL 204 627.
Znane są także mezoporowate włókna krzemionkowe (MSF - mesoporous silica fibres) najczęściej otrzymywane poprzez „przędzenie” (spinning) oraz wzrost włókna w warunkach statycznych. Spinning opiera się na wyciąganiu włókien z roztworu zawierającego cząsteczki surfaktantu i źródło krzemionki. Włókna uzyskane tą metodą mają długość od 3 do 10 cm i średnicę od 5 do 100 pm. Mezoporowate włókna krzemionkowe można także uzyskać poprzez ich spontaniczny wzrost w roztworze. Włókna otrzymane w warunkach statycznych zazwyczaj mają od 100 pm do 5 cm długości oraz 1-40 pm średnicy [A. Kierys, J. Goworek: „Materiały krzemionkowe nowej generacji” w „Adsorbenty i katalizatory” pod red. J. Ryczkowskiego, Rzeszów 2012].
Bardzo rozpowszechnionym i popularnym naturalnym materiałem włóknistym, stosowanym jako napełniacz tworzyw sztucznych, przez wiele lat był azbest chryzotylowy. Po stwierdzeniu jego szkodliwego wpływu na zdrowie ludzi, w latach 90-tych XX wieku wprowadzono praktycznie całkowity zakaz jego stosowania. Zakaz ten dotyczy konkretnych związków określanych jako azbest i wykazujących bardzo charakterystyczne właściwości. Głównym elementem budulcowym wszystkich włókien azbestowych są tetraedry krzemowe, które w chryzotylu tworzą warstwy (S14O10)4·. Najpowszechniej występujący oraz najczęściej wykorzystywany przemysłowo azbest chryzotylowy, zwany także azbestem białym, pod względem chemicznym jest uwodnionym krzemianem magnezu tworzącym włókniste struktury zbudowane z dwóch naprzemiennie ułożonych warstw: oktaedrycznej warstwy wodorotlenku magnezu (brucytu) Mg6O4(OHs)4· oraz tetraedrycznej warstwy krzemionki [Virta R. L., „Asbestos: Geology, Mineralogy, Mining and Uses”, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia, Open - File Report 02-149 2002],
Włókna tego rodzaju azbestu są najcieńsze ze wszystkich znanych włókien pochodzenia naturalnego, a średnica pojedynczego włókna chryzotylu może wynosić nawet ok. 25 nm. Włóknista struktura azbestu chryzotylowego oraz jego właściwości, szczególnie takie jak wysoka odporność termiczna, właściwości sorpcyjne, zdolność tworzenia kompozytów np. z cementem, polimerami itp. umożliwiły jego bardzo szerokie zastosowanie przemysłowe [Chissick S. S. Michaels L., Asbestos: Properties, Applications, and Hazards. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1979],
PL 230 450 Β1
Włókna azbestu chryzotylowego wykorzystywane w przemyśle posiadają średnicę od 0,1 do 100 pm, a długość włókien tego minerału może sięgać do 10-12 cm. Zewnętrzną warstwę każdego włókna chryzotylu stanowi zawsze warstwa brucytu z jonami wodorotlenowymi na powierzchni, powodując hydrofitową naturę minerału chryzotylowego, a także stosunkowo łatwe wypłukiwanie magnezu, zazwyczaj jednak połączone ze zniszczeniem struktury włóknistej.
Istotą wynalazku jest kompozyt polimerowo-mineralny składający się z termoplastycznych tworzyw poliolefinowych i włóknistego napełniacza mineralnego, w którym zgodnie z wynalazkiem włóknisty napełniacz stanowi krzemionka włóknista zawierająca nie mniej niż 99% krzemionki oraz co najmniej 95% włókien o długości powyżej 0,5 mm i nie mniej niż 45% włókien o długości powyżej 1 mm, mająca powierzchnię właściwą nie mniejszą niż 50 m2/g, gęstość objętościową 1,8-2,0 g/cm3 oraz stabilność termicznej nie mniejszej niż 900°C, otrzymana w procesie, w którym azbest chryzotylowy i/lub produkt zawierający azbest chryzotylowy zalewa się kwasem mineralnym, korzystnie takim jak kwas siarkowy (VI), kwas azotowy (V), kwas fosforowy (V), kwas solny korzystnie, kwas siarkowy lub kwas fosforowy, o stężeniu 10 do 40%, korzystnie 20 do 25%, w takiej ilości, aby stosunek stechiometryczny kwasu do magnezu zawartego w azbeście wynosił 2:1 do 10:1, korzystnie 5:1, następnie mieszając co kilka godzin, mieszaninę pozostawia się na 48 do 240 godzin, korzystnie 72 do 120 godzin, w temperaturze 15 do 50°C, korzystnie 25 do 40°C, po czym z mieszaniny poreakcyjnej w znany sposób wyodrębnia się włókna krzemionkowe.
Istotą wynalazku jest także sposób otrzymywania kompozytu polimerowo-mineralnego składającego się z termoplastycznego tworzywa poliolefinowego i włóknistego napełniacza mineralnego w znanym procesie uplastyczniania, ugniatania i prasowania, w którym jako włóknisty napełniacz mineralny stosuje się w ilości 5-50% wsadu krzemionkę włóknistą otrzymaną w procesie, w którym azbest chryzotylowy i/lub produkt zawierający azbest chryzotylowy zalewa się kwasem mineralnym, korzystnie takim jak kwas siarkowy (VI), kwas azotowy (V), kwas fosforowy (V), kwas solny korzystnie, kwas siarkowy lub kwas fosforowy, o stężeniu 10 do 40%, korzystnie 20 do 25%, w takiej ilości, aby stosunek stechiometryczny kwasu do magnezu zawartego w azbeście wynosił 2:1 do 10:1, korzystnie 5:1, następnie mieszając co kilka godzin, mieszaninę pozostawia się na 48 do 240 godzin, korzystnie 72 do 120 godzin, w temperaturze 15 do 50°C, korzystnie 25 do 40°C, po czym z mieszaniny poreakcyjnej w znany sposób wyodrębnia się włókna krzemionkowe.
Zastosowane w wynalazku włókna krzemionkowe (WK) otrzymuje się w procesie polegającym na całkowitym wyługowaniu magnezu ze struktury azbestu chryzotylowego, bez niszczenia włóknistej warstwy krzemionkowej, za pomocą rozcieńczonych kwasów mineralnych w temperaturze zbliżonej do pokojowej. Metoda nie wymaga intensywnego mieszania reagentów ani dokładnego rozdrabiania azbestu czy to w formie technicznego włóknistego azbestu czy w formie unieszkodliwianych „miękkich” wyrobów azbestowych. Włóknista struktura pozostałości po wyługowaniu magnezu znacznie ułatwia procesy sączenia i przemywania.
Krzemionka włóknista stanowiąca w wynalazku napełniacz mineralny, w porównaniu z wyjściowym azbestem, charakteryzuje się wysoką powierzchnią właściwą, większą stabilnością termiczną, mniejszym ciężarem nasypowym i gęstością objętościową.
W porównaniu z krzemionką bezpostaciową (strącaną), często stosowaną jako napełniacz polimerów termoplastycznych, zastosowana w wynalazku włóknista krzemionka ma znacznie lepsze właściwości przerobowe, gdyż nie jest substancją pylistą w takim stopniu jak strącana krzemionka bezpostaciowa (np. Arsil), co między innymi umożliwia łatwiejsze wprowadzenie większych ilości napełniacza do osnowy polimerowej, a otrzymane kompozyty z tworzywami termoplastycznymi osiągają parametry co najmniej takie same jak w przypadku zastosowania krzemionki bezpostaciowej, a szczególnie przy zawartości napełniacza 20-40% osiągają lepsze parametry wytrzymałościowe (wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie względne) przy mniejszej gęstości kompozytu.
Wynalazek ilustrują poniższe przykłady, przy czym przykłady I do V pokazują sposoby otrzymywania napełniacza mineralnego.
Przykład I
Do syntezy użyto techniczny azbest chryzotylowy w postaci rozwłóknionego materiału o dominującej długości włókien 2-4 mm, ciężarze nasypowym około 0,22 g/cm3, gęstości objętościowej 2,55 g/cm3 i powierzchni właściwej około 22 m2/g. Analiza elementarna wykazała zawartość 26,1% magnezu, 0,1% wapnia oraz 2,7% żelaza. Pozostałość stanowił głównie krzem oraz tlen. Metodą termograwimetryczną zbadano stabilność termiczną. Badania wykazały, że struktura krystaliczna azbestu
PL 230 450 Β1 chryzotylowego użytego do badań jest stabilna do temperatury wynoszącej ok. 600°C, w której to następuje gwałtowny spadek masy chryzotylu. Uzyskana odporność termiczna stosowanego w przykładzie azbestu chryzotylowego jest zgodna z wartościami zawartymi w literaturze.
Następnie 20 g azbestu o powyższej charakterystyce umieszczono w kolbie szklanej ze szlifem o pojemności 1 dcm3 i zalano 230 cm3 25% kwasu siarkowego(VI) (5-krotny nadmiar kwasu w stosunku do magnezu) i pozostawiono w temperaturze pokojowej (25+/-5°C) na 96 godzin mieszając delikatnie zawartość kolby kilka razy na dobę. Następnie zawartość kolby przesączono przez sączek szerokoporowaty oraz przemyto pozostałość na sączku wodą destylowaną aż do całkowitego usunięcia siarczanów. Przemyty osad wysuszono do stałej masy, otrzymując 12 g białego włóknistego materiału o dominującej długości włókien ok. 1-2 mm. Zawartość magnezu zmalała do 0,015%, wapnia do 0,02%, a żelaza do 0,13%. Ciężar nasypowy nowego włóknistego materiału wynosił 0,14 g/cm3, gęstość objętościowa 1,8 g/cm3, a powierzchnia właściwa ok. 51 m2/g. Analiza termograwimetryczna wykazała, że do temperatury 900°C, oprócz usunięcia wody w temperaturze 120°C, nie zachodzi żadna gwałtowna przemiana termiczna. Dlatego też można wnioskować, że otrzymany materiał jest stabilny termicznie do 900°C.
Badania metodą dyfraktometryczną (XRD) nie wykazały sygnałów dyfrakcyjnych charakterystycznych dla chryzotylu (12,5° i 25° kąta 20). Wykonano także badania metodą mikroskopii optycznej w świetle spolaryzowanym, które wykazały, że otrzymany materiał nie wykazuje żadnych właściwości optycznych charakterystycznych dla chryzotylu, co pozwala na wykluczenie obecności włókien chryzotylowych w otrzymanym produkcie.
Na podstawie analizy zdjęć wykonanych za pomocą mikroskopu skaningowego (SEM), można stwierdzić, że po ekstrakcji magnezu z azbestu chryzotylowego struktura włóknista pozostaje, jednakże pojawiają się włókna nie obserwowane pierwotnie w azbeście chryzotylowym. Są one długie, proste o gładkiej powierzchni. Analiza za pomocą przystawki EDS (spektrometr dyspersji energii wtórnego promieniowania rentgenowskiego) wykazała, że włókna te zbudowane są głównie z krzemu i tlenu ze śladowymi ilościami siarki i glinu.
Przykład II
W 50-litrowym reaktorze z ogrzewanym płaszczem wodnym umieszczono 1 kg wyrobów z azbestu chryzotylowego w postaci sznurów azbestowych, fragmentów koców gaśniczych, tkanin azbestowych oraz tektury uszczelkowej, nie zawierających żadnych środków wiążących w postaci cementu, klejów itp. Ogólna charakterystyka azbestu była bardzo podobna do charakterystyki azbestu z przykładu I. Wyroby azbestowe nie były dodatkowo wstępnie rozdrabniane, a jedynie poddane fragmentacji umożliwiającej umieszczenie w reaktorze. Następnie do reaktora dodano roztwór otrzymany przez zmieszanie 25 litrów wody destylowanej oraz 6 litrów stężonego 95% kwasu siarkowego(VI), tak aby cały azbest był zanurzony, a stężenie kwasu wynosiło ok. 30%. Zawartość reaktora utrzymywano w temp.45+/-5°C przez cztery doby, co kilka godzin powoli mieszając przez kilka minut.
Następnie zawartość reaktora przesączono na sicie o średnicy oczek 1 mm i przemywano wodą aż do całkowitego wypłukania jonów siarczanowych.
Pozostałość na sicie wysuszono otrzymując ok. 0,6 kg włóknistego materiału, w którym nie stwierdzono obecności włókien azbestowych oraz charakterystyce praktycznie identycznej jak materiał otrzymany w przykładzie I.
Otrzymany włóknisty materiał przesiano na sitach otrzymując: 55% frakcji 0,5-1 mm, 20% frakcji 1-2 mm, 12% frakcji 2-3,15 mm oraz 10% frakcji powyżej 3,15 mm.
Przykład III
W kolbie umieszczono ok. 1 g azbestu chryzotylowego w postaci sznura azbestowego, bez dodatkowego rozdrabniania. Następnie całość zalano 25 cm3 roztworu kwasu azotowego (V) o stężeniu 20% (ok. 5-krotny nadmiar kwasu w stosunku do magnezu). Po 256 godzinach w temperaturze 20+/-5°C, w trakcie których kilkakrotnie zawartość kolby delikatnie mieszano. Następnie zawartość kolby przesączono, przemyto i wysuszono otrzymując ok. 0,4 g białego, włóknistego materiału, w którym nie stwierdzono obecności azbestu i którego właściwości były analogiczne jak materiału z przykładu I.
Przykład IV
Analogicznie jak w przykładzie III, wykonano reakcję stosując roztwór kwasu fosforowego (V) o stężeniu 20% (ok. 10-krotny nadmiar kwasu w stosunku do magnezu). Po 168 godzinach otrzymano ok. 0,6 g włóknistego materiału nie wykazującego żadnych właściwości azbestu i właściwościach analogicznych do materiału otrzymanego w przykładzie I.
PL 230 450 Β1
Przykład V
Analogicznie jak w przykładzie III, przeprowadzono reakcję stosując roztwór kwasu solnego o tężeniu 20% i ok. 5-krotny nadmiar kwasu w stosunku do magnezu. Po 96 godzinach w temp. 25+/-5°C otrzymano ok. 0,4 g włóknistego materiału nie wykazującego żadnych właściwości azbestu i właściwościach analogicznych do materiału otrzymanego w przykładzie I.
Przykład VI
Otrzymywanie kompozytów (przykład ogólny)
W plastografometrze Brabendera wyposażonym w komorę o objętości swobodnej 50 cm3 uplastyczniano tworzywo polimerowe wraz z krzemionkowym napełniaczem mineralnym. Ilość napełniacza wynosiła odpowiednio 5-40% wagowych wsadu. Jako tworzywo polimerowe użyto polietylen małej gęstości FABS 23D022 (FABS). Temperatura komory wynosiła 200°C, a obroty głównego rotora 30 min1. Masa wsadu wynosiła 35 g.
Ugniatanie prowadzono przez 5 min, po tym czasie tworzywo polimerowe prasowano na płytki o wymiarach 120 x 120 x 2 mm przy użyciu prasy hydraulicznej. Ciśnienie prasowania wynosiło 80 bar. Temperatura stołów prasy 190°C.
Z otrzymanych płytek wycięto przy użyciu frezarki numerycznej kształtki do oznaczania własności mechanicznych przy statycznym rozciąganiu typ 1BB zgodny z PN-EN ISO 527-2. Oznaczanie modułu sprężystości przy rozciąganiu prowadzono z szybkością rozciągania 1 mm/min, a pozostałych własności przy szybkości rozciągania 50 mm/min. Dla otrzymanych kompozytów wykonano badania gęstości w temperaturze 20°C za pomocą piknometru helowego Pycnomatic. Wykonano także badania termograwimetryczne wytworzonych kompozytów stosując aparat TG 209 F3 firmy Netzsch. Pomiar prowadzono w atmosferze azotu do temperatury 900°C z szybkością grzania 10K/min. Z otrzymanych termogramów TG odczytano temperaturę początku rozkładu definiowaną jako Tonset oraz temperaturę najintensywniejszej przemiany (definiowanej jako inflection point).
Jako krzemionkowy napełniacz porównawczy zastosowano bezpostaciową krzemionkę strącaną Arsil (Z.Ch. Rudniki).
Przykład VII
Według metodyki opisanej w przykładzie VI wykonano i zbadano kompozyty z czystą niemodyfikowaną krzemionką strącaną (Arsil). Wyniki badań termograwimetrycznych kompozytów polietylenu (FABS) z Arsilem zestawiono w tabeli 1. Wyniki badań fizykomechanicznych kompozytów polietylenu (FABS) z Arsilem zestawiono w tabeli 2.
Tabela 1
| Osnowa FABS | Rodzaj napełniacza/zawartość [%] | Temperatura początku rozkładu Tonset, (°O | Temperatura naj intensywni ej szej przemiany (inflection point) (°C) |
| FABS | 450,1 | 468,5 | |
| FABS | Arsil/5 | 454,9 | 465,8 |
| FABS | Arsil/10 | 442,7 | 457,4 |
| FABS | Arsil/20 | 452,3 | 463,8 |
| FABS | Ar si 1/40 | 451,1 | 471,1 |
Tabela 2
| Osnowa | Rodzaj napełni acza/zawartość [%] | Moduł sprężystości przy rozciąganiu, (MPa) | Wytrzymałość na rozciąganie, (MPa) | Wydłużenie względne przy wytrzymałości na rozciąganie, (%) | Gęstość, (g/cm3) |
| FABS | 180 | 12,2 | 22,9 | 0,923 | |
| FABS | Arsil/5 | 203 | 13,1 | 21,8 | 0,945 |
| FABS | Arsil/10 | 234 | 13,7 | 23,2 | 0,967 |
| FABS | Arsil/20 | 277 | 15 | 16,8 | 1,006 |
| FABS | Arsil/40 | 511 | 13,5 | 3,2 | 1,163 |
PL 230 450 Β1
Przykład VIII
Według metodyki opisanej w przykładzie VI wykonano i zbadano kompozyty z włóknistą krzemionką otrzymaną wg przykładu II, wykorzystując frakcję sitową 0,5-1 mm (WKO.5-1) oraz 1-2 mm (WK1-2).
Wyniki badań termograwimetrycznych kompozytów polietylenu (FABS) z włóknistą krzemionką z przykładu II zestawiono w tabeli 3.
Wyniki badań fizykomechanicznych kompozytów polietylenu (FABS) z włóknistą krzemionką z przykładu II zestawiono w tabeli 4.
Tabela 3
| Osnowa | Rodzaj napełni acza/zawartość [%] | Temperatura początku rozkładu Tonset , (°C) | Temperatura najintensywniejszej przemiany (inflcction point) (°C) |
| FABS | 450,1 | 468,5 | |
| FABS | WK0,5-1/5 | 447,8 | 461,5 |
| FABS | WK0,5-1/10 | 450,0 | 470,2 |
| FABS | WK0.5-1/20 | 450,5 | 471,1 |
| FABS | WK0,5-1/40 | 449,0 | 471,5 |
| FABS | WK0,5-1/5 | 449,1 | 471,2 |
| FABS | WK0,5-1/10 | 449,7 | 469,9 |
| FABS | WK0,5-1/20 | 449,6 | 470,1 |
| FABS | WK0,5-1/40 | 449,3 | 470,8 |
Tabela 4
| Osnowa | Rodzaj napełniacza/ zawartość [%] | Moduł sprężystości przy rozciąganiu, (MPa) | Wytrzymałość na rozciąganie, (MPa) | Wydłużenie względne przy wytrzymałości na rozciąganie, (%) | Gęstość, (g/cm3) |
| FABS | 180 | 12,2 | 22,9 | 0,923 | |
| FABS | WK0,5-1/5 | 224 | 13,5 | 21,4 | 0,943 |
| FABS | WK0,5-1/10 | 254 | 13,8 | 19,6 | 0,961 |
| FABS | WK0,5-1/20 | 260 | 13,9 | 20,8 | 0,991 |
| FABS | WK0,5-1/40 | 483 | 16,6 | 7,8 | 1,081 |
| FABS | WK0,5-1/5 | 207 | 12,8 | 19,7 | 0,946 |
| FABS | WK0,5-1/10 | 190 | 11,8 | 26,4 | 0,960 |
| FABS | WK0,5-1/20 | 227 | 12,6 | 21,5 | 0,991 |
| FABS | WK0,5-1/40 | 480 | 16,3 | 7,2 | 1,075 |
Zastrzeżenia patentowe
Claims (2)
- Zastrzeżenia patentowe1. Kompozyt polimerowo-mineralny składający się z termoplastycznych tworzyw poliolefinowych i włóknistego napełniacza mineralnego, znamienny tym, że włóknisty napełniacz stanowi krzemionka włóknista zawierająca nie mniej niż 99% krzemionki oraz co najmniej 95% włókien o długości powyżej 0,5 mm i nie mniej niż 45% włókien o długości powyżej 1 mm, mająca powierzchnię właściwą nie mniejszą niż 50 m2/g, gęstość objętościową 1,8-2,0 g/cm3 oraz stabilność termiczną nie mniejszej niż 900^, otrzymana w procesie, w którym azbest chryzotylowy i/lub produkt zawierający azbest chryzotylowy zalewa się kwasem mineralnym, korzystPL 230 450 Β1 nie takim jak kwas siarkowy (VI), kwas azotowy (V), kwas fosforowy (V), kwas solny korzystnie, kwas siarkowy lub kwas fosforowy, o stężeniu 10 do 40%, korzystnie 20 do 25%, w takiej ilości, aby stosunek stechiometryczny kwasu do magnezu zawartego w azbeście wynosił 2:1 do 10:1, korzystnie 5:1, następnie mieszając co kilka godzin, mieszaninę pozostawia się na 48 do 240 godzin, korzystnie 72 do 120 godzin, w temperaturze 15 do 50°C, korzystnie 25 do 40°C, po czym z mieszaniny poreakcyjnej w znany sposób wyodrębnia się włókna krzemionkowe.
- 2. Sposób otrzymywania kompozytu polimerowo-mineralnego składającego się z termoplastycznego tworzywa poliolefinowego i włóknistego napełniacza mineralnego w znanym procesie uplastyczniania, ugniatania i prasowania, znamienny tym, że jako włóknisty napełniacz mineralny stosuje się w ilości 5-50% wsadu krzemionkę włóknistą otrzymaną w procesie, w którym azbest chryzotylowy i/lub produkt zawierający azbest chryzotylowy zalewa się kwasem mineralnym, korzystnie takim jak kwas siarkowy (VI), kwas azotowy (V), kwas fosforowy (V), kwas solny korzystnie, kwas siarkowy lub kwas fosforowy, o stężeniu 10 do 40%, korzystnie 20 do 25%, w takiej ilości, aby stosunek stechiometryczny kwasu do magnezu zawartego w azbeście wynosił 2:1 do 10:1, korzystnie 5:1, następnie mieszając co kilka godzin, mieszaninę pozostawia się na 48 do 240 godzin, korzystnie 72 do 120 godzin, w temperaturze 15 do 50°C, korzystnie 25 do 40°C, po czym z mieszaniny poreakcyjnej w znany sposób wyodrębnia się włókna krzemionkowe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411244A PL230450B1 (pl) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL411244A PL230450B1 (pl) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL411244A1 PL411244A1 (pl) | 2016-08-16 |
| PL230450B1 true PL230450B1 (pl) | 2018-10-31 |
Family
ID=56617390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL411244A PL230450B1 (pl) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230450B1 (pl) |
-
2015
- 2015-02-11 PL PL411244A patent/PL230450B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL411244A1 (pl) | 2016-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pahlevani et al. | From waste glass to building materials–An innovative sustainable solution for waste glass | |
| Kaze et al. | Meta-halloysite to improve compactness in iron-rich laterite-based alkali activated materials | |
| EP0132610B1 (en) | Fibrous magnesium oxide and process for production thereof | |
| Prud'Homme et al. | In situ inorganic foams prepared from various clays at low temperature | |
| ES3053334T3 (en) | Use of modified geopolymer for decreasing the thermal conductivity of vinyl aromatic polymers | |
| CN104402010B (zh) | 一种硬硅钙石型硅酸钙材料的制备方法 | |
| Li et al. | Preparation and characterization of PMMA–kaolinite intercalation composites | |
| Kausar et al. | Mechanical properties of functionalized SEBS based inorganic hybrid materials | |
| KR102070380B1 (ko) | 합성-헥토라이트의 저온 상압 제조방법 | |
| US20200255629A1 (en) | Manufacturing method and products | |
| Spudulis et al. | Influence of hydrothermal synthesis condition on xonotlite crystal morphology | |
| CN105819678A (zh) | 一种改性高长径比硅灰石纤维及其制备方法 | |
| Abdel-Gawwad | Thermo-alkali activation of talc for the production of a novel white one-part alkali-activated magnesia-based cement | |
| Xinhao et al. | Improved ceramifiable properties of EVA composites with whitened and capsulized red phosphorus (WCRP) | |
| Albeniz et al. | Synthesis and characterization of organosaponites. Thermal behavior of their poly (vinyl chloride) nanocomposites | |
| PL230450B1 (pl) | Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania | |
| CN106459464B (zh) | 包含无机粒状填料的聚合物类泡沫组合物 | |
| PL230451B1 (pl) | Kompozyt polimerowo-mineralny oraz sposób jego wytwarzania | |
| Zormati et al. | Effects of cationic surfactant on fresh and hardened properties of cement-based mortar | |
| PL232744B1 (pl) | Włókno krzemionkowe i sposób jego otrzymywania | |
| JP2571993B2 (ja) | トベルモライト結晶球状二次粒子の製造方法 | |
| CN107311598A (zh) | 一种防水阻燃吸音板及其生产工艺 | |
| PL232195B1 (pl) | Włókno krzemionkowe i sposób otrzymywania włókien krzemionkowych | |
| Choeycharoen et al. | Superior properties and structural analysis of geopolymer synthesized from red clay | |
| Dalen et al. | Effects of CaCO3 and Kaolin Filler Loadings on Curing Rates of Polyurethane Foams |