Výroba funkčních vzorků z kompozitů na bázi geopolymerů

Transkript

1 Výroba funkčních vzorků z kompozitů na bázi geopolymerů Ing. Patrik Boura a kolektiv

2 Výroba funkčních vzorků z kompozitů na bázi geopolymerů prosinec 2010 REAL ECO SYSTEM, spol. s r.o. Autoři: Ing. P.Boura, Jiří Pelichovský, Olga Ertlová Table of Contents Úvod... 4 Pěnové solidifikáty... 6 úvod... 6 pokusy... 8 výsledky a diskuze závěry Monolitický geopolymer experimentální část výsledky závěr Struskové a popílkové kompozity experimentální část příprava strusky syntéza geopolymerů

3 mechanická pevnost analýza výsledky a diskuze závěry Vyztužené geopolymery experimentální postup testování vzorku analýza vzorku výsledky a diskuze závěry Odkazy

4 Úvod Elaborát je zpracovaný v rámci prací na projektu FI-IM5/146, který se zabývá uplatněním popelů ze spalování biomasy. Cílem textu je prezentace nejvýznamnějších objevů na poli alkalicky aktivovaných alumosilikátů za posledních několik let. Tím bude možné zhodnotit výsledky VaV projektu v souvislostech se světovou úrovní poznání. Řešitel projektu se již řadu let zabývá poměrně novou technologií na výrobu solidifikátů, která není založena na hydrataci cementu nebo organických pryskyřicích. Jde o polymerizaci, která je charakteristická svým anorganickým chováním ve finální podobě. Již od počátku bylo záměrem vývojových prací najít takové principy, které by umožnily likvidaci převážně odpadních látek. V počátečních fázích byly hledány veškeré možné zdroje surovin mezi materiály, které ostatní vyhazovali na zemní skládky jako bezcennou až dokonce nevděčnou odpadní látku. Po téměř šesti letech se jasně ukazuje, že cesta byla správná a mnoho odpadních materiálů skýtá až netušený potenciál. Díky skutečnosti, že odpady často vznikají průmyslovou činností a jde de facto o hmoty tvářené energií, se vždy primárně hledal onen skrytý potenciál v uložené energii. Zvolená strategie se nakonec ukázala jako fungující a v mnohých odpadech z průmyslové činnosti byl nalezen aktivní potenciál. V případě projektu na solidifikáty šlo o schopnost materiálů vytvářet v jednoduchých podmínkách pevné výrobky s užitnými vlastnostmi. Konkrétně jde o popely ze spaloven a všeobecně o produkty spalování, které jsou svým složením velice podobné alumosilikátům a jsou schopny v alkalickém prostředí vytvářet pevné látky. To je ohromný posun oproti poznání, které bylo možné získat ze světových informačních zdrojů a na mezinárodních akcích. Není známo, že by někdo ve světě dokázal využívat odpadní popely s kolísavým obsahem látek a s použitím jiných činidel než je sodné nebo draselné sklo. Výše uvedené teze mohou potvrdit, že zvolený směr VaV není jen samoúčelné vymýšlení nové technologie, ale skutečně nový postup, který může přinést ohromné efekty. Zatímco mnoho současných technologií pomalu odhaluje svou stinnou stránku, solidifikáty z odpadních popelů zatím mají jen pozitiva. Konkrétní případy z oblasti geopolymerů je možné sledovat například v používání silikových prášků na pěnění základní hmoty. Přestože byl výzkumný úkol splněn, efekt výsledku nemůže mít valného uplatnění, a to díky ceně. Není možné, resp. účelné, pokračovat v projektu, jehož výsledek je sice skvělý, ale podmíněn využitím naprosto drahé suroviny, jakou silica fume zcela jistě je. Tým řešitele se například snaží najít mezi odpadními surovinami takovou, která by v základní hmotě způsobila napěnění. I zde byl zaznamenán úspěch. Projekt na využití geoplymerních principů s maximálním množstvím odpadových látek může znamenat jednu z vlaštovek VaV za poslední dobu. Poměrně odvážné tvrzení je dáno na těžítko vah společně s projekty na různé hi-tech technologie, které v sobě moří nepředstavitelné množství mrtvé energie, ačkoliv ony samotné jsou čisté jako lilie. Příkladem 4

5 budiž trend hybridních a elektrických aut. Již jen podpora automobilizmu znamená krok zpět ohledně ekologie. Důležitá jsou ale čísla. Elektromobil musí mít Ni-Cd baterii, a to dost velikou, ta se musí někde vyrobit a na to je třeba veliké množství energie. Nakonec je výpočet šokující. Celková bilance elektromobilu je v globálním pohledu mnohem horší než u konvenčního automobilu. Jde ovšem o přesun špinavé primární energie mimo státy vyspělého západního křídla civilizace. Využívání odpadů je skutečně jednou z mála cest jak dosáhnout v absolutních číslech menší spotřeby a dostat se do stavu šetrnosti. Projekt má potenciál být skutečně úsporný a přitom generovat kvalitní výrobky s vysokou přidanou hodnotou. 5

6 Pěnové solidifikáty Pěnové betony, které mají užitné vlastnosti pro moderní průmysl a konstrukce, jsou zajímavé zejména pro stavebnictví. V článku jsou prezentovány první výsledky na výrobu pěnové hmoty z popílku na základě metody a kombinace s pěnou geopolymerních hmot a tvorbu pěny na základě H2O2. Některé z konkrétních vlastností, jako je hustota, tepelná odolnost a pevnost v tlaku byly ve srovnání s tradičními lehkými betony. Zvláště, když byly pěnové betony syntetizované ve formě popílku metodou geopolymerních solidifikátů by teplotní odolnost výrobku byla okolo C. úvod Ve stavebním průmyslu jsou lehké pěnové výrobky nebo betony na základě pojiva jako je Portlandský cement s jemným pískem a lehké agregáty, nadouvadla, včetně peroxidu vodíku, hliníkový prášek, polystyren, tradiční materiály. Jedním z problémů, které se vztahují k výrobnímu procesu je u portlandského cementu, který se částečně podílí na uvolňování CO2 do atmosféry. Kromě toho, některé z těchto produktů mají vlastnosti, jako je tepelný odpor, odolnosti vůči kyselému prostředí ale nejsou dobré. Pěnové betony syntetizované z popílku, křemičitanu sodného a roztoku H2O2 jako pěnidla může výrazně překonat tyto nevýhody. Existují dva způsoby výroby pěnových geopolymerních betonů: (1) je tepelná expanze (Na, K) - (sialate-multisiloxo), s poměrem Si: Al>> 6, a (2) rozšíření geopolymeru s nadouvadly. Tato technologie byla vyvinuta Cordi-Géopolymere s MK-750 založeném na K-poly (sialate-siloxo) *1, 2, 3+. Pěnidlo je plynný kyslík vyplývající z rozkladu peroxidů alkalických v médiu (H2O2, organické peroxidy, sodík perboritan) *1, 2, 3+. Tam je několik koncentrací H2O2: 10, 30, 50, 110 svazků. Na ukázkovém pěnovém výrobním procesu je ukázán proces s 30 objemovými koncentracemi H2O2. Pokud je to nutné, může být přenesena na 110 objemových mutací. Průmyslové pěny Trolit jsou vyráběny s různými geopolymerními surovinami, jako je křemičitý úlet a oxid hlinitý v prášku [1,2,3+. Tabulka 1 udává fyzikální vlastnosti geopolymerní pěny, v tomto konkrétním případě Trolit pěny, po Liefk (1999) *1, 2, 3+. 6

7 Tepelná vodivost je funkcí hustoty, což znamená, že dobré tepelně izolační hodnoty vyžadují nízkou hustotou materiálu. Obrázek 1 ukazuje variace pevnosti v tlaku, kde se hustota pěnové MK mění na K-poly (sialate-silixo) *1, 2, 3+. Síla se liší silně s hustotou a při nízké hustotě jsou pěny křehké. Obrázek 1: Pevnost v tlaku a hustoty MK-750 na K - poly (sialate-siloxo) Geopolymerní pěna představuje jedinečnou kombinaci nízké tepelné vodivosti spojené s výbornými mechanickými vlastnostmi a velmi vysokou teplotní stabilitou. Tyto ještě 7

8 markantnější vlastnosti jsou, zaměříme-li se na maximální teploty a ve srovnání s jinými izolačními materiály (obr. 2) [1, 2, 3]. Obrázek 2: Maximální teplota použití některých izolačních materiálů, adaptovaný od Liefke (1999). pokusy V této studii na pěnový betonu je pěnový geopolymerní beton, který byl syntetizován z některých hlavních materiálů, jako jsou popílek, jemný písek, s přídavkem křemičitanu sodného v roztoku, činidel, a menší části hydroxidu vápenatého. Nadouvadlo je H2O2 s 50 objemových procent. Hlavní chemické složky popílku jsou zobrazeny v tabulce 2, a velikosti částic < 45 um tvoří více než 91%. Zrnitosti jemného písku jsou uvedeny v tabulce 3. 8

9 Zásaditý roztok je kombinací křemičitanu sodného a roztok sodného hydroxidu tak, že je to MR (SiO2: Na2O) = 1,2. Zásaditý roztok je připraven jeden den před použitím. V zásadě by bubliny v geopolymerní betonové pastě byly tvořeny přidáním peroxidu vodíku. Rozklad H2O2 ve vysoké ph prostředí vytváří H2O a atomové kyslíky. Mohlo by to reagovat s organickými materiály v popílku k uvolnění CO2 plynu. To je důvod pro rozšíření geopolymerní pasta. Geopolymerní pasta má dvě části: pevné a tekuté materiální řešení. Pevná část je směs popílku, jemného písku s poměrem 50:50 hmotnosti, a menší část hydroxidu vápenatého s 2% hmotnostních, další část je směs alkalického roztoku, peroxid vodíku, a bez vody. Poměr hmotnosti mezi částmi pevné a tekuté složky jsou vždy konstantní a rovny 4,27. H2O2 řešení jsou smíšené do pasty s různými množstvími od nejnižší k nejvyšší, zatímco ostatní složky pasty jsou konstantní a to kromě stálých složek včetně vody. Poměr složek v geopolymerní betonové pastě je znázorněn v tabulce 4. Směs, po míchání po dobu 5 minut, se nalije do forem z oceli s rozměry 15 x 15 x 15 cm, začne expandovat. Proces rozšíření bude ukončen do 20 minut. Vzorky jsou ošetřeny při pokojové teplotě 4 do 8 hodin, pak pomocí struny ocelovými odřezy formovány do zvláštní části betonového bloku. Po osazení jsou všechny vzorky udržovány při pokojové teplotě po dobu tří dnů. Bylo zjištěno, že odložení vytvrzování na dobu vyšší způsobuje zvýšení pevnosti beton [1, 2, 3]. Na konci formování po třech dnech jsou vzorky umístěny uvnitř parní komory a vytvrzování probíhá při 60 C po dobu 24 hodin. 9

10 Aby se zabránilo kondenzaci na betonu, je betonový povrch pokryt folií z plastické hmoty. Po skončení odstřeďování jsou bloky vyjmuty z komory a nechá se odejít vzduch a vysušit při pokojové teplotě za dalších 24 hodin. Vzorky byly uloženy v laboratorních podmínkách okolního prostředí až do dne testování. Laboratorní teplotce pohybovaly mezi 27 C a 31 C během tohoto období. Po 28 dnech zrání vzorky byly testovány na základní vlastnosti, jako je pevnost v tlaku, objemová hmotnost, velikost pórů parametr, maximální teploty při použití, smrštění. výsledky a diskuze Vzájemné vztahy mezi procentuálním obsahu peroxidu vodíku a pevností v tlaku, objemové hmotnosti a pórů z těchto vzorků jsou uvedeny v tabulce 5. V některých případech se ukázalo, že poměr mezi pevnou a kapalnou částí pasty opravdu postihuje schopnost rozšíření a pevnost v geopolymerních pastách. Tabulka 5: vztah mezi množstvím H2O2 a fyzikální charakteristikou výsledné hmoty Legenda k jednotlivé fotografii značí číslo vzorku, % množství přidaného H2O2, hustotu, výslednou pevnost v tlaku a velikost pórů. B < 0.2 B <

11 B < 1.0 B < 1.2 B < 1.3 B < 1.5 B <

12 B < 2.3 B <2.5 B <3.0 B <

13 B96 0,55 0,668 3,89 <4,0 B95 0,61 0,619 3,76 <5,0 B94 0,65 0,618 3,65 <5,2 B89 0,67 0,561 3,42 <5,2 B90 0,71 0,549 3,38 <5,3 13

14 B91 0,74 0,542 3,35 <5,5 B92 0,77 0,518 3,00 <6,0 B93 0,81 bez úspěchu B86 0,89 bez úspěchu B85 0,00 1,8 30 Nano velikosti 14

15 Výsledky testů ukázaly, že množství peroxidu vodíku v geopolymerní pastě je přímo úměrné rozšířenému objemu a nepřímo úměrné hustotě a pevnosti pěnového betonového bloku. Užitečné limity H2O2 se změní z 0,09 hm% až 0,77% hmotnostních ve směsi do betonu past, a objem past se zvyšuje od 21% až po 71%. Pěnidlo má silné vlivy na pevnost v tlaku. To by mohla být snížena z 90% až 50%. Proto jsou ve vyztužených aplikacích nevýhodu. Vztahy mezi H2O2 složkou a objemovou hmotností a pevností pěnového betonu jsou zobrazeny v Obrázek 4 a Obrázek 5. Obrázek 4: Vztah mezi H2O2 množství a objemové hmotnosti pěnového betonu Obrázek 5: vztah mezi H2O2 částkou a pevnost v tlaku. 15

16 Další fyzikální vlastnosti pěnového betonu byly testovány a zobrazeny v tabulce 6. Tabulka 6 ukazuje, že tepelný odpor pěnového betonu je vyšší než u tradičního pěnového betonu. Nicméně, v této studii by hustota pěnového betonu nedosáhnou na úroveň okolo 400 kg/m3. závěry V článku jsou prezentovány první výsledky na to, aby pěnový beton z popílku na základě geopolymerní metody v kombinaci s nadouvadlem z peroxidu vodíku. Užitečné limity H2O2 na objem se používá od 0,77% hmot. do 0,09% hm. H2O2 obsah v geopolymerní pastě je přímo uměrná poměru a rozšíření objemu a nepřímo úměrný hustotě a pevnosti v tlaku pěnového bloků. Kapacita pěnového betonu se zvýšila z 21% na 71%. Pevnost v tlaku by mohla být snížena z 50 až 90 procent. Tepelný odpor pěnového betonu je vyšší než tradiční pěnového betonu. Teplota by mohla dosáhnout až 1000 C. 16

17 Monolitický geopolymer Syntéza geopolymerů na bázi alkalických polysialate byla dosažena pomocí alkalické aktivacenerostných surovin a křemičitého úletu. Monolitická litá anorganická pěna je založena na křemenném prachu, průmyslovém odpad, kde se přidá k roztoku obsahujícího dehydroxylovaný kaolinit a alkalický hydroxid z rozpuštěných peletek (silikátový draslíku). Pěna byla syntetizována z látek na místě připravených jako reakce dihydrogenu přes oxidaci volného křemíku (oxid křemičitý přítomný v prášku) a s vodou v alkalickém prostředí. Vzhledem k jeho potenciálu jako izolačního materiálu pro použití ve stavebnictví geomateriálů, byla tato pěna mohla být používána podobně jako dřevo-pěna kompozitní materiál při pokojové teplotě. Kompozitní mechanické vlastnosti byly studované ve vztahu k chemickými vlastnostmi. V současné době je zde politická i společenská poptávka po produktech, které vyžadují méně energie během výrobního procesu a jsou snadno recyklovatelné. Nové materiály musí vykazovat obdobné nebo lepší vlastnosti s ohledem na ty existující. Materiály sdružující minerální pojiva a místní suroviny včetně celulózy lze nalézt ve všech kulturách a časových periodách. Avšak fyzické a chemické vlastnosti musí být dneska lepší. K tomu slouží výměna informací mezi jednotlivými složkami. Tyto kompozity nejsou dobře známé. Dále nové cementové materiály známé jako geopolymery včetně většiny silikátů nebo hlinitokřemičitanů, mohou být použity jako náhrada za klasické hydraulicképojiva a z geopolymerních materiálů mohou být také použity schránky pro uzavření průmyslových odpadů. Bohužel, vzhledem ke krátkému času poznání, hydraulické a mechanické vlastnosti chování těchto materiálů stále obtížné. V předchozí práci jsme prokázali syntézu anorganických pěn s izolačními vlastnostmi. V této práci popíšeme přípravu různých kompozitních materiálů na bázi křížení této pěny a dřeva. Za prvé, studujeme biokompatibilitu z chemické báze dřeva a mezi minerální směsí s ph-závislou kompoziční analýzou, termické analýzy a rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). Následně jsme zkoumali mechanické vlastnosti kompozitu s uplatňováním testů na pozorování povrchového smyku. experimentální část Počáteční geomaterial byl připraven z roztoku obsahujícího dehydroxylovaný kaolinit a KOH pelety (85,7% čistota) rozpuštěné ve draselném roztoku silikátu (Si / K = 1,70 mol, hustota 17

18 1,20), jak je popsáno na obrázku 1a. Průmyslové odpady, jako je oxid křemičitý úlet (0,7% hm volného křemíku, 97,5% hmotnostních z oxidu křemičitého, 0,275% hm oxidu) byl přidán k předchozímu roztoku. Reakční směs se poté vloží do uzavřených polystyrenových forem v peci při teplotě 70 C po dobu 6 h na dokončení polykondenzace reakce. Obrázek 1: (a) Souhrnný protokol o in-situ anorganických pěnách se dřevem, (b) složené vzorky pro testování ve dvoulůžkovém smyku. 18

19 Materiál byl pak odstraněn z formy a vloží se do pece při teplotě 70 C po dobu 24 h na sušení. Během tohoto procesu, in-situ anorganické pěna na základě křemičitého úletu byla tvořena z in-situ plynných částic výroby dihydrogenfosforečnanu kvůli oxidaci volného křemíku (obsah v křemičitém úletu), vodou v alkalickém prostředí, což bylo potvrzeno pomocí TGA-MS experimentů. Trvanlivost materiálů přicházejících do styku s roztokem byla vyšetřována ponořením kusů v roztoku na různých počátečních hodnotách ph. PH tohoto roztoku byla sledována na s MeterLab PHM240 při 25 C. Chcete-li studovat dřevo, byly kousky jedle ponořeny do roztoku křemičitanu draselného, sodného, hydroxidu sodného, hydroxidu draselného a destilované vody odpovídající počáteční hodnoty ph ve výši 11,5, 12,6, 13,8 a 7,5. Poměr mezi hmotností dřeva a roztoku byl 0,17 (S = 8.3 g m dřeva a m roztoku = 49 g). Hodnoty ph roztoků byly pak měřeny v průběhu příštích 10 dní, jednou denně. Pěna byla ponořená v roztoku připraveného s kyselinou chlorovodíkovou, sodný hydroxid nebo destilovanou vodu s počátečními hodnotami ph 2, 6,5 a 10,5, resp. Hodnoty ph roztoku byla následně měřena po dobu 40 min, jednou za 2 min. Příprava kompozitů s požadovaným spojem pěny a dřeva. Reaktivní směs pěny je poměrně tekutá, takže bylo nutné aktivovat směs s cílem zvýšit viskozitu, čímž proběhlo tvarování materiálu. Směs se aktivuje umístěním v peci při teplotě 70 C po dobu 30 min. Jednou z účinných metod bylo, když směs byla uložena na dřevo uchováváné při pokojové teplotě. Za účelem testování mechanických vlastností rozhraní dřeva a pěny a jejich porovnání je lepidlo na rozhraní dřeva ve dvou vrstvách, vzorky byly syntetizovány podle vzorku, který je uveden na obr. 1b. Tři kusy dřeva (každý 200x100x30 mm) se připojuje pomocí dvou vrstev pěny (každá 100x100x5 mm) nebo průmyslovým lepidlem. Tloušťka jednotlivých vrstev byla stanovena s tolerancí. Po formování byly vzorky umístěny v sušárně při 70 C po dobu 6 h. Získaný produkt se skládal z 5,3% a 94,7% v objemu pěny a dřeva, resp. To znamená poměr objemu Vpěny / Vdřeva kolem 0,06. Morfologie konečných výrobků byla stanovena pomocí Cambridge Stereoscan S260 rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). Před jejich analýzy na uhlíkových vrstvách byl uložen na vzorcích. Mapování bylo realizováno pomocí Kα paprsků kyslíku (0,523 kev), hliník (1.487 kev), křemíku (1.740 kev) a draslíku (3.313 kev). Diferenční termické analýzy (DTA) a termogravimetrické analýzy (TGA) byly provedeny na charakterizování tepelné vlastnosti pevných látek. TDA-TGA experimenty byly prováděny v posloupnosti prací. Vzorky mezi 25 a 1200 C s použitím Setaram SETSYS Evolution. Vzorky byly zahřáty na 10 C / min v suchém vzduchu. Vzorek použitý pro experiment DTA je přijata na rozhraní mezi dřevo a pěny. 19

20 Mechanické zkoušky ve dvoulůžkovém smyku byly provedeny dvě na Zwick / Roel testovácí zatížení Z300 stroj. vzorků, viz obr. 1b, byly testovány s maximální kompresí 50 kn. Měření přesídlení bylo dáno příčním posunem. Vzorek byl umístěn mezi dvěma tlakovými moduly a nižší modul byl vybaven závažím pro lepší přizpůsobení zátěže během testování. Zkoušky ve dvoulůžkovém smyku byly provedeny do doby prasknutí při konstantním posunutí a rychlost 0,5 mm / min. Z chování křivky byly vyhodnoceny záznamy pro každý materiál. Korekce křivek na začátku každé zkoušky byla provedena na kompenzaci mechanickému poškození. výsledky Chcete-li ověřit sdružení dvou sloučenin, testy trvanlivosti v různých roztocích byly provedeny (obr. 2). Pro pěny, byly vybrány tři řady hodnot ph. Za přítomnosti základního média, řešení rychle dosáhne rovnováhy při ph 11,8, odhalují se velmi slabá interakce s pěnou. Pokud je snížení ph, je dosaženo rovnováhy po 2 min, což naznačuje, že jsou uvolněny v médiu malá množství základních druhů, což vede ke konečné hodnotě ph asi 11,8. Tato hodnota je charakteristická pro alkalické roztoky uhličitanu, což naznačuje, že některé druhy jsou uhličitany uvolněné ve vodním prostředí. Navíc, tyto druhy uhličitanu byly pozorovány dříve na termických analýzách ve spojení s MS spektrometry 5. Přítomnost uhličitanů a jejich mutací je silně vyjádřené v kyselém prostředí, kde je rovnováha mezi druhy uhličitanu a H + z HCl pozorována. Základní druhy inklinují ovládnout celkové ph kultivačního média, jako rovnovážné ph 11,8 je sledován i v původně kyselých rozpouštědlechl. Hodnota dosáhne na vysokou hodnotu ph a je v souladu s údaje o geopolymeru, které odpovídá přirozenému ph této látky. Na různé hodnoty ph, elementární analýzy dle ponoření v roztoku nebyly provedeny. Prvky získané ze základní směsi pěny jsou hlavně křemík a draslík méně než 2%. Tyto experimenty ukazují, že tyto vzorky jsou stabilní v základním a neutrálním médiu vzhledem k tomu, že jsou čištěny v kyselém prostředí v důsledku uhličitanů souvisejících s draslíkem přítomným ve vzorcích. Zdá se, že draslík se jeví dobrým kandidátem na podporu přenosu iontů. V případě dřeva, volba základních roztoků, jako je draslík silikát (*Si+ = mol / L, *K+ = 1,9 10 mol / L), hydroxid sodný (*Na+ = 1,02 mol / L), hydroxidu draselného (*K+ = 1,175 mol / l) a výběr neutrálních řešení je realizováno v souladu s hodnotou ph směsi pěny, která je asi 14. Chování (obr. 2b) roztoku v kontaktu se dřevem byly velmi podobné a ukázala se jen malá změna. Tyto experimenty ukazují, že žádná škoda nevznikla, jako v případě pěny v kontaktu s roztokem předchůdce. 20

21 Obrázek 2: (a) Vývoj hodnoty ph roztoku na různých počátečních hodnotách ph v kontaktu s pěnou a (b) různé počáteční hodnoty ph v kontaktu se dřevem. Křivky tepelného toku ze dřeva odhalí tři oddělené oblasti (obr. 3 (a)). První oblast, v teplotě až do 150 C, odpovídá dehydratačnímu procesu. Druhý region vystavujících exotermních vrcholů označuje pyrolýzy celulózy a hemicelulózy, proces, který generuje emise CO2 a CO plynu. Exotermní chování pozorovatelné ve třetím regionu je vzhledem k ligninu a jeho rozkladu týkající se VOC generaci. Tepelné křivky anorganické pěny zobrazí dva endotermické vrcholy vyplývající ze ztráty dehydrované a strukturální vody. Tepelný tok křivka kompozitní se zdá být kombinací obou interagujících látek od maxim teplot rozkladu jsou posunuty k vyšším teplotám. 21

22 Tento efekt je v souladu s prací C. Di Blasi et al., který ukázal, že zásadité sloučeniny vysoce prospívají uhlíku, dehydratace a dekarboxylace reakce dřeva. Za těchto podmínek se zdá být složení více stabilní, prokazující existenci silného rozhraní podporujícího přenos iontů. Je obtížné kvantitativní pochopení různých tepelných toků. Ve skutečnosti, úbytek hmotnosti (ne daný) ze dřeva se pohybuje kolem 88%, přibližně 9% z pěny. Ztráta hmotnosti vzorku testovaných v DTA umožňují hodnocení jejího složení, pokud jde o dřevo a pěny. Při 800 C, dřevo / pěna kompozitní současnosti úbytek hmotnosti o 24% což znamená, složení 20% dřeva a 80% pěny. Kompozitní zobrazí pouze asi 20% tepelného toku dřeva. Obrázek 3: Tepelný tok v závislosti na teplotě (a) dřevo, (b) pěna (intenzita x10) a (c) dřevo / pěna kompozitů. Důkazy z testů životnosti ukazuje převod vyskytující se v rozhraní materiálu. S cílem zjistit možné chemické interakce mezi rozhraním dřeva a pěny, jsme provedli Xray mapování na rozhraní (obr. 4). 22

23 Obrázek 4: X-ray mapování kyslíku, hliník, křemík, draslík a realizován na rozhraní mezi dřevo a pěny. Navíc, chemický rozbor popela ze dřeva odhalily přítomnost K, Si, Na, O a C, jak se očekávalo. X-ray mapování a výsledky odhalily vysoký obsah anorganických prvků, jako jsou Al, Si, O a K v pěně, jak se očekávalo. V případě dřeva, Si, Al a O intenzity prvkem jsou slabé, protože tyto prvky jsou ve slabé částku nižší, než 2-3%. Nicméně, silný signál draslíku byl pozorován ze dřeva nelze vysvětlit přítomností draslíku ve dřevě, ale kombinace obou draslíku ve dřevě a draslíku vydání z pěny. Ve skutečnosti, šíření draslíku. Zdá se, že odpovídá silného rozhraní v kompozitu. Opravdu jsme již dříve uvedli, že draslík může migrovat snadno, jako uhličitan draselný vodíku hydratační účinky, které mohou být povýšen na rozhraní. 23

24 Obrázek 5. () Mechanické vlastnosti vzorků s (i) složené a (ii) vrstvy lepidla testovány v dvojité vrstvě. (B) SEM pozorování. Obr. 5a ukazuje zatížení a posunutí, resp. záznamy z klíčových testů. Dva druhy vzorků byly testovány: jeden s pěnovou vrstvou a další s průmyslovou vrstvou lepidla. Smykového napětí mělo poruchu zhruba 1,3 MPa pro dřevo / pěna kompozitní, a 2,4 MPa pro průmyslové lepidlo / dřevo kompozitu. Ačkoli pěna / dřevoplast vykazuje nižší smykové selhání při napětí, je to mechanická pevnost dostačující pro kompozitní-obsahující anorganické materiály. Kromě toho, anorganické pěna má zajímavé přidružené vlastnosti. SEM měření (obr. 5b) poskytují důkaz, že mechanická porucha v důsledku smykové napětí se vyskytuje v pěně samotné, a nikoli na rozhraní. Vyvstává tak křehké chování pěny a silná přilnavost pěny na podkladu dřeva. 24

25 závěr Prokázali jsme rozvoj izolačních kompozitních geomateriálů složených ze dřeva a in-situ anorganické pěny, která může být syntetizovány při nízké teplotě a s nízkou spotřebou energie. Interakce mezi pěnou a dřevem vede k tvorbě rozhraní s žádoucími mechanickými vlastnosti. Tyto vlastnosti v kombinaci s izolační vlastnosti pěny, které mohou být využity pro výrobu protipožárních dveře. Jiné studie již prokázaly možnost tvorby anorganických pěn s celou řadou jílů, zejména těch, které nevyžadují pálení. Bylo by dále velmi zajímavé prozkoumat vlastnosti nových kompozitů tvořených s touto pěnou. 25

26 Struskové a popílkové kompozity Účinek důvodu granulované vysokopecní strusky (GGBFS) metodu přípravy (mokré, suché, frézované) na mechanickou pevnost popílku (FA)-na základě geopolymerů byla stanovena jako funkce post-lék tepelné expozici teplotu. Struska metoda přípravy ovlivněna mechanická pevnost FA-GGBFS geopolymerů obsahující 20-40% GGBFS, mokré> suché> mleté. FA-založené geopolymerů obsahující 20-40% mokré nebo suché GGBFS nebo 20% mleté GGBFS vykazovali vyšší tlakové silných stránek než pojivo materiálů při teplotách 1000 C. Výsledky naznačují, že přidání GGBFS vedlo ke snížení v rozsahu tepelného namáhání popraskání FA-založené geopolymerů po tepelné expozici až 1000 C. Struska metoda přípravy pravděpodobně ovlivňuje rychlost uvolňování vápníku druhů z strusky a může mít vliv na vápenopískové-hlinitokřemičitan vápenatý gel poměr eopolymeru výrobku, množství strusky k dispozici funkce jako microaggregate, pórovitost vlastnosti gelu výrobku a materiálu mechanické pevnosti. Přestože metalurgických strusek nejsou tak dobře-charakterizovat jako metakaolin (MK) nebo popílku (FA), Nedávné studie ukázaly, že mohou být použity k výrobě geopolymerů. Mletá granulovaná vysokopecní struska (GGBFS), nebo struska, je vápník aluminosilicate1 zahrnující sklovité částečky pravidelných chemické homogenity ale nepravidelné morfologie. Struska obsahuje významný podíl sklivce materiál, který je velmi reaktivní vůči geopolymerization, obzvláště když použitý v kombinaci s další hlinitokřemičitanu výchozích materiálů. Například, byly připraveny z geopolymerů směsí kaolinit-nízké hladiny vápníku feronikl slag2, MK-slag3, a třída C FA-vysoké pece slag.4 abrasion5, fire6, a erosion4 odpor geopolymerů obsahující vysokopecní strusky byly stanoveny. Yunsheng et al. zkoumána syntéza a těžkých kovů chování imobilizace geopolymerů připravené z MK-strusky směsi v závislosti na obsahu strusky a vytvrzování method3. Yip et al. zkoumal soužití geopolymerních gelu a křemičitanu vápenatého hydrátu (CSH) v MK-GGBFS geopolymers.7 Tato práce představuje systematickou určení vlivu Kromě GGBFS na fyzickém a mechanické vlastnosti geopolymerů připravených z FA. Účinky struska obsahu, struska metoda přípravy (mokré, suché, mleté) a post-lék tepelné expozici na mechanickou pevnost a tepelná stabilita geopolymerů byly stanoveny. 26

27 experimentální část Materiály Hlinitokřemičitanu výchozí materiál byl třídy F popílku (FA) (Boral Materiál Technologies). FA obsažené 53,94% SiO2, Al2O3 28,25%, a 7,29% Fe2O3. GGBFS (Holcim Ltd) obsahoval 37,75% SiO2, Al2O3 8,73%, 0,37% Fe2O3, 36,42% CaO, 13,69% MgO, 0,43% a Mn2O3. Draslík silikátové Kasil 6 (PQ Corporation) byl použit jako křemičitan. Kasil 6 bsahuje 26,5% SiO2 a 12,65% K2O. Kvalita činidla hydroxidu draselného (Aldrich) byl používán příprava strusky Strusky byla začleněna do geopolymerních v jedné z tři stavy: mokré, suché, nebo mleté. Wet obsažené strusky přibližně 10-12% vody a byl používán jako od výrobce. Suché strusky byla připravena topení mokré strusky v 80 C troubě přes noc. Mletá struska byla řipravena broušení suché strusky v kulový mlýn na 2 dny. Tabulka 1 popisuje částici distribuce velikosti pro GGBFS. Pro účely této studie, se předpokládá, že distribuce velikosti částic pro mokré a suché strusky byly podobné. syntéza geopolymerů FA geopolymerů byly připraveny pomocí SiO2/Al2O3 = 4 a H2O/M2O = 2. K2O/SiO2 na silikátových použité řešení pro přípravu geopolymerních materiálů byla 1,72. V typickém Příprava byla draslíku silikátové a hydroxidu draselného ve směsi pro 24-hr období před použitím. 27

28 FA pak byla přidána intenzivního míchání pomocí rotační mixér po dobu 10 minut k formě geopolymeru pojiva. Strusky byla založena ruční míchání, s výjimkou v případě suché mleté strusky. Suché mleté strusky bylo zamíchal do geopolymerních pojiv pomocí otočného mixer po dobu 2-3 minut. Materiály byly převedeny do formy na plasty, na něž se vztahuje s plastovou top, dovoleno sedět při pokojové teplotě přes noc, a vytvrzuje při 90 C po dobu 5 dnů. Po vytvrzení materiály byly chlazeny a koná se pod okolním podmínkám před analýzou. Množství strusky začleněna v rozmezí 20 až 80 hm. % A měnit strusky metodu přípravy. Post-Cure tepelné expozice Po vytvrzení při 90 C, materiály byly umístěny v troubě při 300, 500, 800, nebo 1000 C po dobu 1 hodinu. Po post-lék tepelné expozici, byly materiály ovoleno se ochladit na vzduchu na pokojovou teplota před analýzou. mechanická pevnost analýza Pevnosti v vytvrzené geopolymerů byly stanoveny na ELE komprese tester ovládat pomocí 200 lbf / s rychlosti deformace v souladu s ASTM C109. Test vzorky byly 2 x 2 x 2 cm kostky. Všechny hodnoty uvedené v současné práce jsou v průměru Výsledky získané pro tři vzorky. výsledky a diskuze Obrázek 1 ukazuje fyzický vzhled popílku-založené geopolymerů připravených s využitím mokrý, suchý, nebo mleté GGBFS po vytvrzení při 90 C a post-lék tepelné expozici 500 C nebo 1000 C. Mokré strusky byl snadno začleněny v koncentraci 20-80% do popílku-pojiva. Dobrá kvalita materiály byly připraveny s použitím 20-60% suché strusky a 20-40% mleté strusky. Pojiva materiál vystavoval známky praskání po zahřátí na 1000 C, zatímco materiály obsahující GGBFS vystavoval ne znatelný popraskání povrchu materiálu po tepelném expozici za stejných podmínek. 28