BENTONITY V KLASICKÝCH A MODERNÍCH APLIKACÍCH



Podobné dokumenty
Nanokompozity na bázi polymer/jíl

Netkané textilie. Materiály 2

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

Alexandra Kloužková 1 Martina Mrázová 2 Martina Kohoutková 2 Vladimír Šatava 2

Katedra materiálu.

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Katedra materiálového inženýrství a chemie IZOLAČNÍ MATERIÁLY, 123IZMA

Potravinářské aplikace

Vláknové kompozitní materiály, jejich vlastnosti a výroba

VÍTÁM VÁS NA PŘEDNÁŠCE Z PŘEDMĚTU TCT

Informationen zu Promat 1000 C

J. Kubíček FSI Brno 2018

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Keramika spolu s dřevem, kostmi, kůží a kameny patřila mezi první materiály, které pravěký člověk zpracovával.

Adhezní síly v kompozitech

Kompozitní materiály. přehled

Anorganická pojiva, cementy, malty

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA PŘI SEPARACI PLYNŮ A PAR

Příklady použití kompozitních materiálů

Akrylátový gel pro liniovou a rubovou injektáž

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

ztuhnutím pyrosolu taveniny, v níž je dispergován plyn, kapalina nebo tuhá látka fotochemickým rozkladem krystalů některých solí

Keramika. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

ZESILOVÁNÍ A STATICKÉ ZAJIŠTĚNÍ KONSTRUKCÍ KOMPOZITNÍ MATERIÁLY

Název odpadu N Jiné odpady z fyzikálního a chemického zpracování rudných nerostů obsahující nebezpečné látky x

VÝZTUŽE PŘÍPRAVKY ŽIVIČNÉ A ODDĚLUJÍCÍ OD BEDNĚNÍ

AkryGel TECHNICKÝ LIST. Akrylátový gel pro rubovou injektáž a pro utěsnění spár

Kosmetika a kosmetologie Přednáška 14 Kosmetické přípravky

Množství obalů celkem 2012 (t)

Základní požadavky: mechanické a fyzikální vlastnosti materiálu

VYUŽITÍ RECYKLÁTŮ VE STAVEBNÍCH VÝROBCÍCH

LEPENÍ. Osnova učiva: Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: STT první Jindřich RAYNOCH Název zpracovaného celku: PÁJENÍ A LEPENÍ

Materiálový výzkum. Výzkumný program

Možnosti zvýšení trvanlivosti a sanace železobetonových konstrukcí. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

Glass temperature history

Polymerní kompozity. Bronislav Foller Foller

THERMANO TEPELNĚIZOLAČNÍ PANELY PIR

CEMENTOVÉ SMĚSI S TiO 2 PRO GRC KOMPOZIT

Trubky HDPE pro uložení a ochranu optických kabelů

Elektrostatické zvlákňování: Výroba polymerních nanovláken a jejich využití v kompozitních materiálechl

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

Kód a ceník odpadů ukládaných na skládce Klenovice Technické služby Tábor s.r.o.

Okruhy otázek ke zkoušce

Konstrukční lepidla. Pro náročné požadavky. Proč používat konstrukční lepidla Henkel? Lepení:

L A M I N A Č N Í P R Y S K Y Ř I C E LH 160 T U Ž I D L A , , H 147

Fotokatalytická oxidace acetonu

Adhezní síly. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

7.7. Netvarové žáromateriály

Modul pružnosti [MPa] Hustota [kg/m 3 ] PP ABS PP 15T PP 20GF PP 30NF-Ce PP 30NF-Co PP 30NF-F PP 30NF-H PP 30NF-W. Cena [EUR/kg]

JČU-ZF, KATEDRA KRAJINNÉHO MANAGEMENTU STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK)

Funkční nanostruktury Pavla Čapková

Foamlite S lehkostí více užitku

BEZCEMENTOVÝ BETON S POJIVEM Z ÚLETOVÉHO POPÍLKU

Lepení materiálů. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.

ROHOŽE Z KERAMICKÝCH VLÁKEN FIBRATEC

ACRIMPER. Impregnační krytina z akrylového kaučuku

Recyklace stavebního odpadu

Linka na úpravu odpadů stabilizace / neutralizace

ROZDĚLENÍ, VLASTNOSTI A POUŽITÍ MATERIÁLŮ

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN


Sklářské a bižuterní materiály 2005/06

Sklo chemické složení, vlastnosti, druhy skel a jejich použití

Vláknobetony. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D ,

Minerální izolace a ECOSE Technology. Ing. Milan Pokrivčák, MBA Mobil: milan.pokrivcak@knaufinsulation.com

CO JE AKVATRON? VÝHODY IZOLACÍ AKVATRONEM

Vývoj systémů nánosu pasty a pěny pro řízené porézní vrstvy a zvýšení životnosti filtračních textilií, vč. technologie crushed foam

Matrice. Inženýrský pohled. Josef Křena Letov letecká výroba, s.r.o. Praha 9

w w w. ch y t r a p e n a. c z

JEMNOZRNNÉ BETONY S ČÁSTEČNOU NÁHRADOU CEMENTU PŘÍRODNÍM ZEOLITEM

TECHNICKÁ CHARAKTERISTIKA SENDVIČOVÝCH PANELŮ - BOPAL:

Katedra materiálového inženýrství a chemie IZOLACE STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ, 123YISM

Povrchová úprava bez chromu Cr VI

Kompozity s termoplastovou matricí

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. Japonsko, Kajima Corp., PVA-ECC (Engineered Cementitious Composites)ohybová zkouška

Vývoj použití materiálů v automobilovém průmyslu

TECHNOLOGICKÉ EVOLUCE

Všeobecné podmínky PP. 1.1 Základní informace

AQUASEALER. Mimořádně flexibilní tmel, který poskytuje vodotěsnou vrstvu v mnoha aplikacích.

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Flashspinnig, Elecrospinnig, Force spinning

NAVRHOVÁNÍ DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ OCHRANA DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ PŘED ZNEHODNOCENÍM část 1.

TEREZ HT HT2 HTE PRO NEJVYŠŠÍ NÁROKY PŘI NÁHRADĚ KOVŮ ZA VYSOKÝCH PROVOZNÍCH TEPLOT.

AvantGuard Nová dimenze antikorozní ochrany

Prezentace společnosti URSA

Materiál musí být zakryt v den instalace.

SEZNAM ODPADŬ ODSTRAŇOVANÝCH NA SKLÁDCE DOLNÍ BENEŠOV

Construction. Stříkané a stěrkové izolační systémy Sikalastic a Sikafloor. Sika CZ, s.r.o.

TĚSNICÍ DESKY TĚSNICÍ DESKY DESKY TEMAFAST DESKY TEMASIL DESKY TEMAPLUS DESKY TEMACARB. POUŽITÍ široká oblast použití při nižších parametrech

Okruhy otázek ke SZZ navazujícího magisterského studijního programu Strojní inženýrství, obor Konstrukce a výroba součástí z plastů a kompozitů

V zařízení budou sbírány nebo vykupovány tyto druhy odpadů kategorie O ostatní : Katalogové Název odpadu

PCI-Emulsion. Adhézní přísada do malty ke zkvalitnění malty, omítky a potěru. Rozsah použití. Vlastnosti produktu. Případy pro možné přísady:

strana PŘEDMLUVA ZÁKLADNÍ POJMY (Doc. Ing. Milan Němec, CSc.) SLÉVÁRENSTVÍ (Doc. Ing. Milan Němec, CSc.)

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE SLÉVÁRENSKÁ TECHNOLOGIE

Seznam nebezpečných odpadů podle Vyhl. č. 381/2001 Sb. Katalog odpadů u kterých bude prováděn sběr a výkup - vozidlo MAN TGA-4, SPZ 7T2 7107

KLINGER grafit-laminát tesnicí desky

Construction. 2-komponentní správková malta. Popis výrobku. Údaje o výrobku. Zkušební zprávy. Skladování

Stanislav Růžička. Katalog produktů firmy MATADORFIX

Transkript:

BENTONITY V KLASICKÝCH A MODERNÍCH APLIKACÍCH Petr Duchek ZČU v Plzni, Fakulta strojní Katedra materiálu a strojírenské metalurgie 1

~1990 NANOMATERIÁLY ~1970 INTELIGENTNÍ (SMART) MATERIÁLY ~1950 KOMPOZITNÍ MATERIÁLY ( 1 + 1 >> 2 ) ~1930 1935 Carothers DuPont NYLON POLYMERY ~3000 př.n.l. ~8000 př.n.l. KOVY Doba bronzová železná KERAMIKA mezolit, neolit 2

Plenty of Room at the Bottom Richard P. Feynman December 1959 Průměrná velikost částice : -výroba cihel. cca 5 mm -výroba dlaždic.cca 0,2-0,5 mm -výroba porcelánu. cca 50 m -výroba tech. keramiky <1 m 3

Mohou se jíly uplatňovat v moderních konstrukčních materiálech a dokonce v nanomateriálech? ANO!!! Desítky jílových minerálů aplikovaných v nanomateriálech Přírodní či syntetické Musí jít snadno dispegovat (delaminovat) na částice, z nichž jeden rozměr je v rozmezí 1 100 nm Uplatňují se zejména v nanokompozitech typu polymer jíl Zde polymer vytváří matrici a jíl výztuž Ideálním minerálem je montmorillonit (MMT) - minerál přítomný v bentonitických jílech 4

Bentonit a montmorillonit SiO 2 50,0-57,0 % CaO 1,7-3,1 % P2O5 0,1% Al 2 O 3 15,7-17,3 % K 2 O 0,3-1,2 % Fe 2 O 3 8,8-17,0 % FeO 0,1-1,0 % H 2 O + 5,3-6,3 % Na 2 O 0,1-0,4 % TiO 2 3,8-6,3 % MnO 0,1-0,3 % MgO 2,5-3,5 % Li 2 O 0,1 % Obsah montmorillonitu 65-80% Analýza bentonitu Obrnice 5

STAVEBNICTVÍ Využití bentonitových suspenzí pro injektáže Utěsnění objektů při vnitřním průsaku vody Samoopravení mechanického poškození Budování podzemních stěn Využití bentonitových past pro těsnící účely 6

SLÉVÁRENSTVÍ V PSP Slévárně a.s., Přerov používají zde 3 typy formovacích směsí: pojené jílovými pojivy (bentonity) - odlitky do hmotnosti 500 kg s vodním sklem vytvrzované CO 2 - odlitky až do hmotnosti 18-20 t s organickými pojivy vytvrzované CO 2 - odlitky pro velkou náročnost na kvalitu povrchu 7

Inženýrská geologie, geologický průzkum Kompozice pro vrtné výplachy tamponáže jsou komplexní směsi obsahující řadu minerálních i chemických látek, a to v závislosti na geologických a fyzikálních podmínkách v oblasti vrtů. Mezi minerální přísady patří vedle bentonitu např. palygorskit či sepiolit, které ve vodě též dispergují za vzniku koloidních suspenzí a při nižších koncentrací minerálů se chovají jako tixotropní gely. Hlavní úlohou těchto složek je zvýšení viskozity výplachu a vytvoření tenké neprostupné vrstvy na stěnách vrtu, zabraňující úniku vrtné kapaliny do okolí nebo naopak pronikání solí do ní. To má význam pro udržení tixotropních vlastností výpachu, protože vysoký obsah solí snižuje viskozitu suspenzí bentonitu a vede k jeho usazování. Koagulaci bentonitu lze v takovém případě zabránit přísadou dispergátorů. 8

Chemický a gumárenský průmysl, výroba plastů Aplikace různých typů bentonitů v organické syntéze přináší často vysoké výtěžky produktů při vysoké stereoselektivitě. Bentonity katalyzovaly např. esterifikaci kyseliny L-vinné methylalkoholem. Výtěžek byl obecně velmi vysoký, přičemž bez bentonitického katalyzátoru za daných podmínek reakce neprobíhala. 9

10

11

Solidifikace odpadů a ukládání radioaktivních odpadů MULTIBARIÉROVÝ PRINCIP PŘÍRODNÍ BARIÉRA INŽENÝRSKÉ BARIÉRY Technologická bariéra Geotechnické bariéry Kontejner 12

Bentonit jako stelivo - sorbent pro kočky a ostatní domácí zvířata Jakkoliv se tato oblast využití bentonitů může zdát málo významná, z hlediska odbytu bentonitické drtě a zisku výrobce je opak pravdou. Bentonit se používá jako hygienická podestýlka zejména pro kočky. Funkce bentonitu je zde dvojí : Sorpční účinek (sorbent exkrementů a pachu ) Sbalný účinek, kdy se exkrementem znehodnocený bentonitový sorbent sbalí a je ho možno z ostatního čistého bentonitu lehce sebrat a odstranit. Podestýlka tak zůstává stále čistá. Výhodou bentonitového steliva od obdobných sorpčních systémů na bázi hrubozrnné křemeliny (diatomitu) a zeolitu je právě sbalný účinek daný plastickými vlastnostmi bentonitu. To u neplastického diatomitu a zeolitu možné není a uplatňuje se tedy pouze sorpční síla materiálu. 13

Bentonit v environmentálních technologiích čištění odpadních vod Bentonity jsou v této oblasti aplikovány již dlouhou dobu a využívá se zejména : Sorpční schopnosti bentonitů (vysoká hodnota měrného povrchu) Iontovýměnné kapacity jílu Vysoké dispergovatelnosti jílu (koloidních vlastností) a Vysoké měrné hmotnosti bentonitu (až 2 200 kg.m -3 ; funkce zatěžkávadla). Koagulace vodné disperze akrylátů bentonitem BA03 14

Modelová řada čistíren odpadních vod AKTIBENT SD 15

CARBONLESS COPY PAPER reakce laktonu krystalové violeti v kyselém prostředí 16

Struktura montmorillonitu d 001 Zdroj : Dubois, Alexandre 2000) Struktura montmorillonitu: tloušťka cca 1nm, >200-300nm laterární vzdálenost u částice 17

Kationty v mezivrství MMT Mezivrství je nejdůležitější část struktury nanojílu!! Kationty mohou být anorganické i organické Například kvarterní amoniové kationty Výsledný modifikovaný MMT je již jiný, např. již se rozpouští v nepolárních rozpouštědlech 18

Pojmy interkalace a exfoliace u MMT Úpravy mezivrství: základní stav - interkalace - exfoliace Zdroj : Ogawa et. al: Clay Sci 8, 31 (1990) Chemickými úpravami mezivrství MMT můžeme řídit jeho šířku 19

Princip přípravy mikro- a nanokompozitů typu jíl - polymer 20

Princip přípravy nanokompozitů typu jíl - polymer Cílem je vytvořit : a) Kompatibilitu mezi jílem a polymerem b) Dosáhnou minimálně interkalace polymeru, lépe však úplné delaminace vrstev 21

Základní princip kompatibilizace složek jíl (ko)polymer Metoda I Polymerizace in situ (první použitá metoda, např. pro PA6/MMT) Polymerizace v roztoku (např. pro epoxidové nanopryskyřice, polyimidy) Roztažení mezivrství je samozřejmostí 22

Základní princip kompatibilizace složek jíl (ko)polymer Metoda II Tavná polymerizace (nejmladší metoda) Často pro nanokompozity na bázi polyolefin/mmt Obtížná kompatibilizace, na olefin se roubuje např. maleinanhydrid a jíl se upravuje např. chlorsilanem K roztažení mezivrství se používá např. dioktadecyldimethylamoniový kation 23

Analytika morfologie vzniklého kompozitu - TEM MIKROKOMPOZIT NANOKOMPOZIT 24

Analytika morfologie vzniklého kompozitu - XRD Zdroj : Plastics Additives & Compounding October 2002 25

Vliv přítomnosti nanojílů v materiálech Zlepšené mechanické vlastnosti Zvýšená tepelná stabilita Zvýšená odolnost proti hoření Zvýšená bariéra proti propustnosti plynů Zvýšená otěruvzdornost Zvýšená chemická odolnost Snížení zbytkového napětí v materiálu a jeho smrštění Změněné elektronické a optické vlastnosti Zlepšení reologických vlastností 26

Aplikace nanojílů Konkurenti tradičních kompozitů s vláknovou či částicovou výztuží (automobily, části strojů, ) Nízká propustnost pro plyny a vodní páru spojená s dobrými optickými vlastnostmi (vhodný obalový materiál) Zlepšená tepelná stabilita a zvýšená hodnota tepelné deformace (využití tam, kde je třeba zvýšená tepelná odolnost) Zlepšená biodegradabililita (materiály s lepší biodegradabilitou) Samozhášlivý charakter (náhrada chemických retardérů hoření) 27

Díly pro automobilový průmysl TOYOTA 1993 : sériová výroba tepelně odolného krytu rozvodového řemene Zlepšení následujících parametrů oproti stávajícímu kompozitu (se skleněnými vlákny): 40% vyšší pevnost v tahu o 60% vyšší pevnost v ohybu Zvýšení hodnoty tepelné deformace z 65 o C (nylon) na 152 o C Výhody: Vyšší tuhost Úspory hmotnosti materiálu Zlepšená kvalita povrchu GM 2004 : aplikace nanokompozitu s PP pro výrobu boční dveřní lišty Menší křehkost při nižší teplotě Snadnější recyklovatelnost 28

29

Mechanické vlastnosti vliv množství přídaného jílu 30

Srovnání některých mechanických vlastností u konkurenčních materiálů Nanokompozit Mikrokompozit Polyamid 6 Zdroj: Jakubowicz I. : AGS Annual Meeting, 2004 31

- Mechanické vlastnosti - rozdíl mezi polymerem a nanokompozitem 32

Snížení průniku vodní páry a plynů Originální polymer Nanokompozit s MMT Nanokompozity typu MMT/jíl jsou často transparentní 33

Aplikace nanojílů v kompozitních fóliích Vliv nanojílu na průnik plynů Zdroj: firemní materiály firmy NANOCOR Inc., USA 34

Aplikace nanojílu IMPERM 103 v PET Zdroj: firemní materiály firmy NANOCOR Inc., USA 35

Cíl : zvýšení doby stability (prodejnosti) potravin 36

Hořlavost 37

Zdroj: Green Chemistry and the Producer: Flame Retardants 38

Hořlavost - testy Zdroj: Kashiwagi T. et al.: Polymer 45(2004), 881 39

Planocolors aplikace nanojílů v oblasti barviv Zdroj: TNO Nizozemí, firemní literatura 40

Zvýšení stability vůči oxidaci a UV stability organického materiálu v důsledku bariérového efektu exfoliovaných částic jílu Methylénová modř v PE : doba UV-iradiace 176 hod. Methylénová modř v nanokompozitu MMT/PE : doba UV-iradiace 176 hod. Zdroj: TNO Nizozemí, firemní literatura 41

Biodegradace polylaktidu a různých nanokompozitů s MMT Zdroj: Zeng Q. et al.: J. Nanosci. Nanotech. 5, 1574 (2005) 42

Suroviny : škrob + modifikátor + jíl Hydrofilní směs dvou polymerů. Termoplastický škrob se skládá z cca 33% plastifikátoru (voda, glycerín, sorbitol) Sloučeniny s kompatibilními částmi k jílu i škrobu: chitosan, kationický škrob, aminododekanová kyselina Hydrofilní koloid jílu Zdroj: TNO Nizozemí, firemní literatura 43

44

45

46

47

48

49

50

Reakce v mezivrství 51

52

53

Díky za pozornost!! 54