A fejlesztések egyik fontos területe napjainkban a kötésidő csökkentésének és a formatestek jobb minőségben történő előállításának irányában folyik. A kötés gyorsításának kiváló lehetősége a
karbonátosodási folyamat idejének lecsökkentése széndioxid gáz alkalmazásával. Ugyancsak CO2-os technológiát alkalmaznak egy ciklusban gyártott cementkötésű, üreges panel-elemek gyártására (Eltomation B.V., Hollandia – GECA, Írország).
Egy másik fejlesztési irány a faforgácslapokhoz hasonlóan ezen a téren is a lapszerkezet homogenitását helyezi előtérbe. A fejlesztés eltolódott a rostanyagok felhasználása felé, elsősorban az azbeszt-cement termékek kiváltását célozva. Ilyen új, divatos irány a rost cement termékek gyártása (fiber cement products). Ezzel az eljárással már nem csak síklemezek, hanem hullámlemezek és alacsony nyomású csőtermékek (átmérő 100 - 1000 mm) is előállíthatók (Siempelkamp – Fulgurith, Németoszág). Erre a technológiára fejlesztett ki a Voith cég teljesen automata gyártósort, mely tulajdonképpen a Hatschek eljáráson alapul. A termék rugalmasabb, áteresztőképessége jobb, porózusabb, simább. A sima felület lehetővé teszi a termékek normál ill. texturált felületkezelését, bevonását. Nyugat-Európában napjainkban a tetőfedések felújításának 60%-át rost-cement termékekkel oldják meg. (R.
Berkenkamp - 1996)
Japánban az elmúlt 10 évben több mint kétszeresére, 45 millió m2-ről 115 millió m2-re nőtt a külső burkolóként alkalmazott cementkötésű forgács- és rostlemez termékek eladása. A kereslet növekedése a termékek gyártási ciklusának lerövidítését igényli, ezért a kutatások ebben az irányban a legjelentősebbek. A Nichiha Corporation és a Kyotói Egyetem új eljárást dolgozott ki a cementkötésű lapok gyorsított gyártására. A technológia alapja, hogy a nátrium-hidrogén-karbonát és a nátrium-szilikát hidratációjának gyorsításához magnézium-kloridot és kalcium-kloridot alkalmaznak gőz injektálása mellett. Ezzel a módszerrel a présidőt 10 percre csökkentették. (Y. Kuroki, W. Nagadomi, S. Kawai, H. Sasaki - 1996)
Egyre nagyobb figyelmet fordítanak a világ különböző helyein a mezőgazdasági hulladékok, ill. melléktermékek lemezipari hasznosítására. Bolgár és szudáni egyetemek közös kutatásokat végeztek alacsony sűrűségű (500 kg/m3), ún. agri-cement lemezek előállítására napraforgószár felhasználásával. (N. Yossifov, P. Khristova, S. Gabir - 1996) Egyes kutatások még tovább bontják a szervetlen kötésű mátrix vázanyagát. Angliában a Styrocrete cég a legkülönbözőbb termékekre – lapoktól (Tenmat Ltd.) a falazóblokkokig - dolgozott ki technológiát, mely szalmát és gyorsított úton köttetett aluminátcementet használ. Egyik fontos termékük az 1 mm-nél rövidebb cellulózvázra épülő cementkötésű lap, mely kiváló tűzállósági tulajdonságokat mutat. (B. Babic - 1996)
Cole és Kroone vizsgálták a portlandcementben karbonátosodás útján megkötött széndioxidot. Különböző körülmények között készítettek cement-homok habarcs mintákat, többek között: karbonátosodáshoz
kedvezőtlen, karbonátosodást kizáró valamint karbonátosodáshoz kedvező környezetben. Készültek minták normál klímában és széndioxiddal dúsított környezetben.
A mintákon DTA, TG ill. Röntgen diffrakciós vizsgálatokat végeztek.
A differenciál hőelemzést kb. 2 g-os mintákon végezték, 10 °C/perc fűtési sebességgel, 1000 °C-ig.
A termogravimetriai vizsgálatnál szintén 10 °C/perc fűtési sebességet alkalmaztak, ugyancsak 1000 °C-ig. A dehidratációs görbének az első deriváltja alapján végezték az elemzést.
A DTA vizsgálati görbéken nyomon követhető egy kezdeti vízvesztési endoterm szakasz, majd 500 °C és 550 °C-nál a Ca(OH)2
dehidratációjának ill. az a-b kvarc inverziójának az endoterm csúcsai, valamint egy gyengébb endoterm csúcs 600 – 750 °C-nál és egy erősebb 800 °C körül a CaCO3 bomlásából következően.
Az egyetlen jellemző különbség a minták között 600 - 750 °C között jelentkezett, ahol az erősen karbonátosodott mintáknál a Ca(OH)2
endoterm csúcsa lecsökkent, bizonyos esetekben el is tűnt. Pontos CO2
tartalmat ezekkel a mérésekkel nem tudtak meghatározni, csupán közelítő értékeket, 5%-ban CaCO3-ot tartalmazó szilícium-oxid segítségével.
A TG vizsgálatok során valamennyi vizsgált mintánál mintegy 800
°C-ig folyamatos volt a hő hatására fellépő bomlás. A differenciál görbén jól megmutatkoztak a bomlásból adódó csúcsok, valamint azok mértéke, 350 °C, 775 °C, 800 °C és 1000 °C körül. A karbonátosodott és a nem karbonátosodott minták görbéi mintegy 350 °C-ig hasonlóak voltak, de efölött jelentős különbségek mutatkoztak:
- a nem karbonátosodott mintánál 500 °C-on egy csúcs jelzi a jelenlévő kalcium-hidroxidot, míg a másik mintánál ez hiányzik,
- a karbonátosodott minta azonban egy plusz csúcsot ad 610 °C-on.
600 °C – 800 °C között a tömegvesztés ennél a mintánál folytonos.
Cole és Kroone közelítő értékeket adtak meg a DTA görbe alatti terület integrálásával a kalcium-karbonát tartalomra vonatkozóan: a karbonátosodott cementben 4,0 – 5,1%, a nem karbonátosodott cementben 2,6%. (W. F. Cole – B. Kroone - 1960)
Biryukovich et. al. már 1964-ben foglalkozott az üvegszál erősítésű cementkötésű cementtel. A nagyobb teherbíró képesség, nagyobb hajlítószilárdság elérése érdekében kísérleteket végezett a Szombathelyen az Iminvest Kft. a Falco Zrt. segítségével üvegszál erősítésű cementkötésű forgácslapok gyártásával (2000. szabadalmi ügyiratszám:
P0001687/19).
7 IRODALOM
______ (1978): BISON-Cementkötésű forgácslapgyártóberendezés technológiai leírás, 1-18.o
_____ (2005): Leistungsfähigkeit von Zement in Tätigkeitsbericht von Vereins Deutscher Cement-Fabrikanten 2003-2005. www.vdz-online.de/fileadmin/gruppen/vdz/3LiteraturRecherche/Taetigkeitsbericht/
VDZ_Kap_III.pdf
_____ (1995): VOITH Fibre cement plants. Információs prospektus. 7.
Alpár T. (1994): Széndioxidos kikeményítésű cementkötésű forgácslapok porozitásvizsgálata. Diplomaterv, Sopron, 8 – 11., 17-18., 29.
Alpár T. (1995): Az új széndioxidos kikeményítésű cementkötésű forgácslapok építőipari alkalmazása – Magyar építőipar 1995. 7 - 8.
259 – 260.
Alpár T. (2000): Kötésgyorsítási módszerek a cementkötésű forgácslapok gyártásánál. Doktori (Ph.D.) dolgozat (NYME), Sopron. 24-25.
Alpár T. (2007): Farostlemez- és faforgácslapgyártás gyakorlatok.
Egyetemi jegyzet, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron. 24-33.
Alpár T. (2009): Wood-cement Compatibility, Georg August University, Göttingen, Germany 11.11.2009.
Alpár T., Winkler A., Takáts P., Németh K. (1996): Thermal analysis of cement-bonded particleboards - 5th International Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite, Spokane, Washington, USA
Alpár T., Rácz I. (2009): Production of cement-bonded particleboards from poplar (Populus euramericana cv. „I 214“). Drvna Industrija 60 (3) p.155-160
Alpar T., Takats P., Yasunori Hatano (2004): Porosity of Cement-Bonded Particleboards hardened using CO2 Injection and Cured by Hydration, JARQ, Vol.37, No.4, pp. 263-268.
Alpár T., Takáts P., Selmeczi É., Winkler A., Koroknai L., Kovácsvölgyi G., Schöberl M., Pavlekovics A. (2008): 2.4 Hulladékgazdálkodás és környezetvédelem, 4. részjelentés. Kutatási részjelentés az ERFARET projekt keretében. pp. 36.
Alpár T., Selmeczi É., Takáts P. (2009): Fagyapotlemezek kötési folyamatainak vizsgálata, módszer kidolgozása cukortartalom meghatározására, valamint rossz minőségű fa alapanyag feldolgozhatóságára. Ktatási jelentés a Knauf Insulation Hungary Kft.
részére, pp. 52-53.
Alpár T., Winkler A., Takáts P., Németh K. (1996): Thermal analysis of cement-bonded particleboards - 5th International Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite, Spokane, Washington, USA
Alpár T., Selmeczi É., Csóka L. (2012): Advanced wood cement compatibility with nano mineral. International Scientific Conference on Sustainable Development & Ecological Footprint, Sopron
Babic, B. (1996): Cement-Cellulose Composites. 5th Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials Conference. Spokane, USA, 49 – 64.
Balázs Gy. (1984): A cement szilárdulása. Budapesti Műszaki Egyetem, Budapest, 7 – 11., 75.
Balázs Gy. (1987): Energiatakarékos betonszilárdítás. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 14 – 20.
Berkenkamp, R. (1996): Wood Fiber-Cement Product, Process, and Properties. 5th Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials Conference. Spokane, USA, 8 – 14.
Biryukovich, K.C., YU, L., Cairus, K.C. (1964): Glass fibre reinforced cement (Kiev, Bundivelinik ), translated from Russian by G.L. Cairus, London, Civil Engineering Research Assodiation (1965)
Bognár B. (1994): Heraklith lemezek előállítása eltérő cement alapanyagok felhasználásával. Diplomaterv, Sopron, 26 – 28. o.
Czernin, W. (1977): Zementchemie für Bauingenieure. Wiesbaden u.
Berlin, Bauverlag GmbH. 52 – 60.
Del Meneéis C.H.S., de Castro V.C., de Souza M.R. (2007): Production and properties of a medium density wood-cement boards produced with oriented strands and silica fume, Maderas. Ciencia y tecnología 9(2): 105-115.
Fischer V. F. et al.(1974): Die wasserlöslichen Kohlenhydrate des Holzes und ihr Eiufluß auf die Herstellung von holzwolle-Leichtbauplatten.
Holztechnologie 15 12-19.
Govin A., Peschard A., Fredon E., Guyonnet R. (2004): New insights into wood and cement interaction. Holzforschung. Volume 59, Issue 3, Pages 330–335
Habighorst, Ch. (1991): Untersuchungen zur beschleunigten Erstarrungs-reaktion von hochverdichteten Zement-Holzspangemischen unter Einfluss von Kohlendioxydgas. Diplomarbeit, Hamburg, 6 – 7., 17 – 21.
Henderson, B., Emmerich, W.D., Wassmer, E. (1988): Measurement of Specific heat and energetics of curing and decomposition of a glass-filled polymer composite - NETZS Gerätebau; 2 - 4.
Klasz Cs. (2008): Különböző fafajok hatása a cement hidratációjára.
Diplomaterv, Sopron, 7.
Kuroki, Y., Nagadomi, W, Kawai, S., Sasaki, H. (1996): New production development and markets for cement-bonded particleboard and fiberboard in Japan. 5th Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials Conference. Spokane, USA, 64 – 74.
Kutasi József (2007): Fermentációs biotechnológia. Digitális Tankönyvtár
Kühne, G., and Meier, W. (1990). "Ursachen und Möglichkeiten zur Beeinflussung der chemischen Wechselwirkungen in Holzfaserstoff-Zement- und Holzfaserstoff-Gips- Gemischen," Holz Roh Werkst. 48, 153-158.
Lahtinen, P.K. (1991): Experiences with cement-bonded particleboard manufacturing when using a short-cycle pressline - Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials, U.S.A. Conference 32-34.o.
Lieber W., Richartz, W. (1972): Einfluß von Triathanolamin, Zucker und Borsaure auf das Erstarren und Erharten von Zement, - Zement-Kalk-Gips 9. 403-409.
Majudar, A.J., Laus, V. (1979): Fibre cement composites resarch at BRE Reprinted from Composites, Vol.10. No.1. January 1979. 17 - 27.
Miller, A., Moselmi, A. (1991): Wood-Cement Composites: Effect of model compounds on hdration characteristics and tensile strength.
Wood Fiber Sci. 23(4):472-482
Sandermann, W. and Brendel, M. (1956): Study on mineral bonded wood materials Part 2: The cement poisoning effect of wood constituents and dependence on the chemical composition. Holz als Roh und Werkstoff, 14, 307–313
Sandermann, W., Köhler, R. (1964): Kurze Eigungsprüfung von Hölzern für Zementgebundene Werkstoffe - Holzforschung 18.(12) 53-59.
Schubert B. et al. (1984): Die messung des Temperaturlaufes der Zement-hydratation als Prüfmethode für die Hersellung von Holz-Zement-Werkstoffen. Holztechnologie 1984/3 118-122.
Schubert, B., Wienhaus, O., and Bloßfeld, O. (1990). Untersuchungen zum System Holz-Zement. Einfluss unterschiedlicher Holzarten auf das Abbindeverhalten von Holz-Zement-Mischungen und Möglichkeiten zur Modifizierung des Systems, Holz Roh Werkst.
48(11), 423-428.
Shaw, D.J. (1984): Bevezetés a kolloid és felületkémiába - Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 96 - 120., 114 – 120..
Takáts P. (1993): A szervetlen kötésű kompozitlemezek és formatestek kialakulása, fejlődése I. - FAIPAR 1993. 7. 117 - 124.o.
Takáts P. (2007): Szervetlen kötésű kompozitok. Szaktudás Kiadó Ház.
Budapest
van Elten, G.J. (1996): Innovation of the production of cement-bonded particleboard and wood-wool cement board. 5th Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials Conference. Spokane, USA, 136 – 144.
Yossifov, N., Khristova, P., Gabir, S. (1996): Agri-cement panels from sunflower stalks. 5th Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials Conference. Spokane, USA, 33 – 40.
POLITEJSAV ALAPÚ,
MONTMORILLONITOT ÉS CELLULÓZT TARTALMAZÓ NANOKOMPOZITOK Nanoerősítőanyagok hatása a polimer mátrixra
Halász Katalin
1 BEVEZETÉS
Az első valódi szintetikus polimer, a bakelit 1907-ben történt felfedezésével kezdetét vette a „műanyag kor”, mely napjainkban is virágzik különböző tulajdonságú és felhasználási célú műanyag kifejlesztésével, melyek nélkül mára elképzelhetetlen mindennapi életünk.
A hagyományos, belátható időn belül lebomlani nem képes műanyagok akár több száz (vagy épp ezer) éves élettartama, viszont többnyire rövid használati ideje (kiváltképp az egyszer használatos, egyutas csomagolások esetén) nehezen egyeztethető össze. 2010-es adatok alapján az EU műanyag hulladékának 57,9%-a kerül hasznosításra (24,4% újrahasznosításra, 33,5% energetikai hasznosításra), 42,1%-a (10,4 millió tonna) továbbra is lerakókban kötött ki (PlasticsEurope 2011). A műanyag termékekből keletkező hulladék mennyiségének csökkentése továbbra is egy megoldandó feladat. A biológiai úton lebomlani képes, komposztálható bioműanyagok alkalmazása alternatívát nyújt a probléma megoldására. Elterjedésüket a hagyományos műanyagokhoz viszonyított magasabb áruk (mely bár egyre csökkenő tendenciát mutat) és egyes gyenge tulajdonságaik (záró, termikus, mechanikai tulajdonságok) egyelőre akadályozzák.
A bioműanyagok (szűkebben a lebomló poliészterek) egyike a tejsav polimerizációjával nyert politejsav (PLA) is. A PLA fő alkalmazási területei között szerepel az orvostudomány, a gyógyszerészet, de készülnek belőle közszükségleti áruk, sportszerek, műszaki cikkek, jelentősek a textilipari, és csomagolóipari alkalmazásai is. A PLA nagy előnye, hogy a paraméterek pontos beállítását követően feldolgozható hagyományos műanyagfeldolgozási technológiákkal, így extrudálással, extrúziós fúvással, fröccsöntéssel, fröccsfúvással, hőformázással. A politejsav azonban, számos pozitív tulajdonsága mellett, gyenge tulajdonságokkal is rendelkezik, ilyen például: a ridegség, a gyenge záró tulajdonságok és hőstabilitás vagy a lassú kristályosodás. A széleskörű elterjedést nehezítő tulajdonságok javíthatók egyéb polimerekkel, lágyítókkal keverékek, kompozitok előállításával vagy akár nanométeres tartományba eső erősítőanyagok alkalmazásával, vagyis politejsav alapú nanokompozitok gyártásával.