Влияние модифицированных полимерных дисперсий на свойства цементного камня

9

С ft 0 X ti б химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7

мае. %. Вследствие этого получить прозрачную керамику из указанных порошков без дополнительной обработки полимера и порошка не удалось.

Установлено, что удалить углерод возможно первичной термообработкой полимера на воздухе при температуре 450 °С с последующей обработкой при 700 °С в среде водорода. Водород способствует удалению углерода, при этом образуются менее плотные и прочные агрегаты, которые возможно частично разрушить дезагрегацией в ацетоне. Кроме того, порошки, прошедшие термообработку в среде водорода, обладают хорошей про-прессовываемостью, что позволяет получать полуфабрикат без введения временной технологической связки. Наличие углерода не было выявлено при использовании микроволновой сушки. Определяющими факторами в данном случае являются: режим термообработки, количество исходного ксерогеля, особенности конструкции печных агрегатов (размер печи, количество нагревателей и т.п.). В процессе синтеза порошков было выявлено влияние количества лимонной кислоты на размер агломератов, полученных после термообработки ксерогелей. С увеличением количества лимонной кислоты размер агломератов увеличивается. Данный факт связан с необходимостью проведения более длительной термообработки для удаления продуктов разложения органической составляющей ксерогелей.

Исследования показали, что метод Печини перспективен для получения прозрачной керамики. Дальнейшее его развитие предполагает исследование процессов наследования структуры на различных стадиях и поиском условий, которые способствовали бы разрыхлению структуры полимера в процессе термообработки и препятствовали образованию плотных и прочных агрегатов из наночастиц порошка; изучение влияния количества вводимой лимонной кислоты на характеристики конечного продукта; подбор и апробирование необходимых условий синтеза нанопорошков иттрий-алюминиевого граната, модифицированных ионами переходных и редкоземельных металлов, с последующим синтезом на их основе прозрачной керамики.

УДК 666.942.82 С. В. Котов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ДИСПЕРСИЙ НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

In work influence of polymer dispersions, carbon nanotubes, hyperpiasticizer and cellulose fibers on the properties of cement stone is considered. Optimal concentration of modifying additives is obtained.

В работе рассматривается влияние полимерных дисперсий, углеродных нанотрубок, гиперпластификатора и целлюлозного волокна на свойства цементного камня. Установлена оптимальная концентрация модифицирующих добавок.

V

С Ii б X tf в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №7

Композиционный материал на основе цемента и полимера обладает значительно более высокими строительно-эксплуатационными свойствами, чем простой исходный цементный камень. Однако, в настоящее время при разработке, применении и изготовлении таких композиционных материалов на основе цемента и полимера, существует проблема неполной реализации всех свойств, присущих полимеру. Таким образом, теоретически заложенные высокие механические и эксплуатационные свойства композиционного материала на практике остаются не достигаемыми. Основная причина данной проблемы - отсутствие или очень низкое межфазное взаимодействие между цементным камнем и полимером. Однако, существуют способы повышения межфазного взаимодействия в композиционном материале, одним из которых, является модифицирование полимера путем введения в него на-ночастиц - углеродных нанотрубок [1,2,3].

В данной работе проводилось исследование влияния следующих добавок: полимерных дисперсий Vinnapas СЕР-15 и Vinnapas LL-496, компании Wacker., гиперпластификатора Melflux 2651 F, целлюлозного волокна ARBOCEL PWC-500, а так же углеродных нанотрубок, полученных по раз-рядно-дуговому методу, на прочностные свойства цементного камня.

Нормальная густота исходного цементного теста равна 0,26. Полимерная дисперсия СЕР-15 на основе винилацетата при концентрации 3 % масс, не оказывает влияния на нормальную густоту цементного теста. Полимерная дисперсия LL-496 на основе стирол-акрилата при концентрации 3 % масс, повышает нормальную густоту цементного теста на 31 % - до 0,34. Введение углеродных нанотрубок в полимерные дисперсии при концентрациях 0,05 и 0,1 % масс, не оказывает влияния на нормальную густоту цементного теста. Снижение количества воды затворения цементного теста до величины 0,22 достигается введением гиперпластификатора в количестве 0,2 % от массы вяжущего.

Для исследования прочностных характеристик цементного камня были приготовлены образцы - балочки с размерами 10x10x30 мм из теста с во-доцементным отношением, соответствующим нормальной густоте. После 28 суток твердения цементного камня в сухих условиях на основе исходного цементного теста прочность на изгиб и сжатие равна соответственно 5,5 МПа и 83,3 МПа. При добавлении в цементное тесто 3 % масс, дисперсий СЕР-15 и LL-496 прочность на изгиб цементного камня к 28 суткам твердения равна соответственно 8,8 МПа и 7,9 МПа (рис. 1 А), прочность на сжатие 85,7 МПа и 49 МПа соответственно (рис. 1Б). Таким образом, при введении в цементное тесто 3 % масс, дисперсий СЕР-15 и LL-496, по сравнению с цементным камнем, полученным из исходного цементного теста, повышение прочности на изгиб составляет соответственно 59 % и 44 %, падение прочности на сжатие наблюдается только в случае добавления дисперсии LL-496 - 41 %. Введение в дисперсии углеродных нанотрубок оказывает незначительное влияние на прочностные характеристики цементных образцов.

Прочность цементного камня на изгиб и на сжатие с добавлением в цементное тесто 0,2 % масс, гиперпластификатора к 28 суткам твердения в сухих условиях равна соответственно 8,5 МПа и 73,9 МПа (рис. 2А). При

Q й & $ ti в химии и химической технологии. Том XXIII. 2008. Ns 7

введении в цементное тесто 3 % масс, дисперсии СЕР-15 с 0,1 % углеродных нанотрубок и 0,2 % масс, гиперпластификатора и ЬЬ-496 с 0,1 % углеродных нанотрубок и 0,2 % масс, гиперпластификатора, к 28 суткам твердения прочность на изгиб равна соответственно 10,9 МПа и 9,1 МПа, на сжатие 84,3 МПа и 51,5 МПа соответственно.

Рй

; я

i

I

!  3 сутки  28 сутки

I  3 сутки п 28 сутки !

А) Б)

Рис. 1. Прочностные характеристики цементного камня А) - прочность на изгиб, Б) - прочность на сжатие

Таким образом, наиболее эффективно добавлять в цементное тесто 3 % дисперсии СЕР-15 с 0,1 % нанотрубок и 0,2 % гиперпластификатора, при этом к 28 суткам твердения прочность на изгиб увеличивается в 2 раза, а на сжатие практически не изменяется по сравнению с прочностью цементного камня, полученного из исходного цементного теста.В работе производилось определение предела прочности цементного камня при изгибе согласно DIN EN 12002 (Клеи для керамических плиток, определение поперечной деформации цементирующих клеев и концентрированных суспензий). Исследования проводились на образцах состава, соответствующего составу стандартного плиточного клея (портландцемент - 30 %, ПД - 3 %, ЭЦ - 0,2 %, ГП -0,2 %, песок - 66,6 %). В/Т постоянно и составляло 0,2. Размеры образцов 3x45x300 мм.

Максимальной деформацией и высокой прочностью обладает твердевший в течение 7 суток цементный раствор в который были добавлены 3 % масс, дисперсии СЕР-15 с 0,1 % углеродных нанотрубок, 0,3 % масс, цел-

V с п 11 и

в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7

люлозного волокна и 0,2 % масс, гиперпластификатора, максимальная предельная деформация равна 3,48 мм.

Б/д с 0,2% ГП 3% СЕР 15 с 3% !_!_ 496 с 0.1% 0.1% н.т. и 0.2% и.т. С0,2%ГП ГП

Б/д с 0.2% ГП 3% СЕР 15 с 3% [-1- 496 с 0.1% 0,1% н.т. и 0.2% н.т. с 0,2% ГП ГП

3 сутки  28 сутки

О 3 сутки О 28 сутки

Рис. 2. Прочностные характеристики цементного камня: 1 - прочность на изгиб, 2 - прочность на сжатие

Рис. 3. Деформативные характеристики цементного камня: 1 — максимальный прогиб, 2 - максимальная сила деформации

У

С Я 6 X tl в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7

Таким образом, максимальная предельная деформация возрастает на 50 % по сравнению с максимальной предельной деформацией затвердевшего цементного раствора, в который была добавлена исходная дисперсия CEP-15.На основании полученных результатов установлено, что введение в состав цементного раствора полимерной дисперсии, целлюлозного волокна, углеродных нанотрубок и гиперпластификатора в оптимальных концентрациях приводит к улучшению прочностных и деформационных характеристик затвердевшего цементного раствора за счет повышения межфазного взаимодействия в структуре материала.

Библиографические ссылки

1. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки. Строение, свойства, применения. М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. 293 с.

2. Роко М.К., Уильяме P.C., Аливисатос П. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований. М.: Мир, 2002. 291 с.

3. Пономарев А.Н. Перспективные конструкционные материалы и технологии, создаваемые с применением нанодисперсных фуллероидных систем.// Ж-л Вопросы материаловедения, 2001. Т. 26. № 2. С. 65.

УДК 666.3:535.345

Н. А. Макаров, Д. О. Лемешев, Н. А. Попова, К. И. Иконников Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

ПРОЗРАЧНАЯ КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ ОКСИДА ИТТРИЯ С ДОБАВКОЙ ОКСИДА СКАНДИЯ И ОКСИДА НЕОДИМА

The possibility of the production of transparent ceramic materials on basis of yttrium oxide with the addition of scandium oxide is researched in this investigation. The material, containing 1 % of neodymium oxide with the light transmission 64 - 66 % and with the temperature of sintering 1800 °C are developed.

В работе исследовали возможность получения прозрачных керамических материалов на основе оксида иттрия с добавкой оксида скандия. Установлены режимы термообработки шихты и обжига в вакууме. Разработан материал, содержащий 1 мае. % оксида неодима со светопропусканием 64 - 66 % в видимой области спектра.

Прозрачная керамика имеет широкие перспективы применения в технике. Она может заменить стекло в приборах, работающих в условиях ночного видения, высоких температур, агрессивных сред. Существуют перспективы использования прозрачной керамики в качестве линз высокотемпературных микроскопов, как арматуру для специальных ламп, линз для фототехники. Керамика на основе оксида иттрия прозрачна в видимой и инфра-