• Strona główna AGH
  • AGH Main Page
 
Szukaj w systemie LAB
grupa / kierunek:
Nowe materiały i technologie / Inżynieria materiałowa i technologie materiałowe

Opracowanie przyjaznych dla środowiska materiałów dla przemysłu odlewniczego

Kierownik: dr Beata Grabowska
Jednostka wiodąca: Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych
Wydział Odlewnictwa
Główni wykonawcy:
prof. dr hab. Mariusz Holtzer
mgr inż. Artur Bobrowski
Cele ogólne badań:
1. Opracowanie nowych materiałów polimerowych jako ekologicznych spoiw do mas formierskich w przemyśle odlewniczym;
2. Dobór odpowiedniej metody utwardzania;
3. Wyjaśnienie mechanizmu wiązania oraz destrukcji opracowanych spoiw;
4. Określenie zmian strukturalnych w materiałach odlewniczych pod wpływem temperatury.

Zamierzone cele badań osiągane są dzięki wykorzystaniu najnowszych technik badawczych i aparatury.
Projekty w ramach których realizowany jest temat:
1. ENVIBOND Project Development of an environmental friendly binding systems for bentonite bonded molding sand. S&B Industrial Minerals GmbH, Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii, Akademia Górniczo – Hutnicza, Wydział Odlewnictwa.

2. Zastosowanie metod spektroskopowych w badaniach struktury i mechanizmu wiązania spoiw organicznych dla mas formierskich. Projekt badawczy 3 T08B 031 27. (2004 – 2007).

3. Zjawiska zachodzące w procesie utwardzania soli poli(kwasu akrylowego) oraz ich wpływ na właściwości masy formierskiej nr 4 T08 042 25 (2003-2005). Grant promotorski.

4. Praca własna: Badania nad opracowaniem ekologicznych spoiw do mas formierskich i rdzeniowych (2008-2010).
Najważniejsze uzyskane wyniki:
W ramach prac badawczych opracowano nowe ekologiczne spoiwo poliakrylowe do mas formierskich i rdzeniowych. Zastosowano trzy sposoby utwardzania tych mas: Ca(OH)2 i CO2, promieniowanie mikrofalowe oraz promieniowanie ultrafioletowe. W każdym przypadku dobrano odpowiednie warunki utwardzania (tabela).
Na podstawie przeprowadzonych badań strukturalych (FTIR) opracowano mechanizmy wiązania spoiwa poliakrylowego w masie pod wpływem stosowanych czynników sieciujących (Ca(OH)2 i CO2, promieniowanie mikrofalowe oraz promieniowanie ultrafioletowe).
Na podstawie dokonanej analizy widm spektroskopowych można stwierdzić, że reakcja utwardzania za pomocą Ca(OH)2 + CO2 ma charakter jonowy, następuje wbudowywanie się w łańcuch polimerowy dwudodatnich kationów Ca2+ w miejsce jednododatnich kationów Na+. Ze względu na nowatorski charakter metody utwardzania spoiwa w masie formierskiej za pomocą promieniowania elektromagnetycznego (mikrofale, UV), wykonano w tym zakresie bardziej szczegółowe badania strukturalne. Stwierdzono, że istotną rolę w procesie utwardzania odgrywa aktywowany mikrofalami proces adsorpcji chemicznej. Stosowane mikrofale aktywują zarówno cząsteczki polimeru jak i powierzchnię kryształów kwarcu oraz powodują wzrost temperatury w rozpatrywanym układzie. Sprzyja to procesowi adsorpcji chemicznej, a zatem tworzeniu się mocnych wiązań chemicznych (typu C-O-Si) oraz znacznemu wzrostowi właściwości wytrzymałości masy na ściskanie i zginanie (ponad dwukrotny). W przypadku sieciowania poliakrylanu promieniami UV prawdopodobny jest rodnikowy przebieg reakcji. Przy czym zauważono, że promienie UV nie przenikają całkowicie w głąb masy, a ulegają rozproszeniu na kryształach kwarcu. Ta metoda więc, mogłaby być stosowana do utwardzania powierzchni rdzeni pustych. Zastosowanie promieniowania UV do utwardzenia masy formierskiej ze spoiwem akrylowym, pozwoliło uzyskać wartości wytrzymałości na ściskanie masy porównywalne do tradycyjnego sposobu utwardzenia Ca(OH)2 i CO2, ale znacznie niższe od procesu, w którym wykorzystano mikrofale. Różnice te wynikają z odmiennych mechanizmów sieciowania we wszystkich rozpatrywanych przypadkach.
Ponadto zrealizowano badania wymywania i wydzielalności substancji szkodliwych z tych mas dowiodły, że masy te nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego.

Obecnie w zespole prowadzone są badania nad opracowaniem nowego spoiwa polimerowego z udziałem biopolimerów.
Patenty, know how, wdrożenia:
1. Zgłoszenie patentowe ”Masa formierska lub rdzeniowa i sposób jej utwardzania” P–378512 z mocą od 22.12.2005. (Autorzy: M. Holtzer, B. Grabowska).
Najważniejsze publikacje:
1. Grabowska B., Zapotoczny Sz., Holtzer M.: Sieciowanie wybranych poliakrylanów przy użyciu mikrofal, Materiały Zjazdowe, XLVII Zjazd PTChem i SITPChem, Wrocław 2004, tom III, s. 955.
2. Grabowska B., Holtzer M.: Zastosowanie metod spektroskopowych do badania procesu utwardzania mas ze spoiwem akrylowym, Archives of Foundry 2004 R. 4 nr 11 t. 1 s. 161–166.
3. Grabowska B., Holtzer M.: Application of a microwave radiation as a cross-linking factor in the system: sodium polyacrylate – silica gel, Polimery, r. 2007, 52, nr 11/12, s. 49.
4. Grabowska B.: Biopolimers – structure, properties and applicability in the foundry industry, Archives of Foundry Engineering, 2008 vol. 8 iss. 1 s. 51–54.
5. Grabowska B., Holtzer M.: Application of Spectroscopic Methods for Investigation of Cross -Linking Process of Sodium Polyacrylate by Various Methods, Polimery, r. 2008 w druku.
6. Grabowska B., Holtzer M.: Możliwości zastosowania biopolimerów jako spoiw mas formierskich i rdzeniowych, Przegląd Odlewnictwa 4/2008, s. 212-215.
Adres strony internetowej:
Dodatkowe informacje:
Jednostki współpracujące:

1. Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii;
2. Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki.
Laboratoria w których realizowany jest temat:
Dane osoby kontaktowej:
dr Beata Grabowska, 012 617 27 53, graboska@agh.edu.pl

data aktualizacji: 2008-07-07

All rights reserved (c) 2013 Akademia Górniczo-Hutnicza