Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее актуальными проблемами коллоидной химии является регулирование агрегативной устойчивости и процессов структурообразования водных минеральных суспензий. В керамическом производстве для регулирования процессов структурообразования и реологических свойств минеральных суспензий применяют разжижающие химические добавки, позволяющие целенаправленно изменять электроповерхностные и реологические свойства глинистых суспензий. В настоящее время существующий ассортимент пластифицирующих добавок не удовлетворяет потребности индустрии, а их производство сдерживается дефицитом исходного сырья, высокой стоимостью или недостаточной эффективностью ряда добавок.
Анализ литературных данных свидетельствует о том, что в сложных многокомпонентных минеральных суспензиях каолинов, глин, в керамических шликерах разжижители на основе индивидуальных компонентов недостаточно эффективны. Более эффективны для таких суспензий комплексные добавки, состоящие из нескольких компонентов, отличающихся строением и механизмом модифицирования поверхности раздела фаз твердое тело-раствор. Однако ассортимент таких добавок и объем их производства невелик, а механизм действия комплексных добавок изучен не достаточно.
Таким образом, разработка новых эффективных комплексных добавок, изучение механизма их действия в водных полиминеральных системах является актуальной задачей.
Ранее проведенные исследования показали возможность применения комплексных добавок на основе продуктов поликонденсации оксифено-лов с фурфуролом и минеральных разжижителей. В качестве рабочей гипотезы было принято предположение, что применение в качестве органического компонента флороглюцинфурфурольных олигомеров с большим содержанием гидроксогрупп в структуре молекулы и применяемого в настоящее время в качестве разжижителя триполифосфата натрия позволит получить эффективный комплексный разжижитель для многокомпонентных водных минеральных суспензий.
Работа выполнена в рамках аналитической 'ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2013 г.г.» «Исследование процессов наноструктурного модифицирования, разработка принципов управления свойствами керамических композитов».
Цель работы.
Регулирование реотехнологических свойств каолиновых и каолин-гидрослюдистых глинистых суспензий и керамических шликеров новой эффективной комплексной органоминеральной добавкой на основе фло-роглюцинфурфурольного модификатора СБ-ФФ.
Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:
установить зависимость между составом комплексной добавки и ее эффективностью как разжижающей добавки;
исследовать влияние индивидуальных и комплексных добавок, содержащих олигомер СБ-ФФ, на формирование адсорбционного слоя, изменение электрокинетических свойств, а также на процессы течения и агрегативную устойчивость глинистых суспензий и керамических шликеров, изучить возможные явления синергизма и антагонизма и предложить схему действия комплексных добавок;
исследовать влияние комплексных добавок на физико-механические свойства шликеров и готовых изделий, оценить технико-экономическую эффективность применения комплексных добавок в керамическом производстве.
Научная новизна
Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств водных минеральных суспензий с новой комплексной добавкой на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров (СБ-ФФ) и триполи-фосфата натрия (ТПФН) в зависимости от соотношения компонентов.
Найдены оптимальные соотношения компонентов в комплексной добавке для глин различного химического и минералогического состава, при котором наблюдается наиболее интенсивное изменение реологических параметров: предельного динамического напряжения сдвига и пластической вязкости суспензий и максимальное повышение значения критической концентрации структурообразования (ККС). Установлено, что в суспензиях с высоким содержанием алюмокислородных соединений в составе дисперсной фазы проявляется эффект синергизма - взаимное усиление влияния компонентов на реотехнологические свойства суспензий при совместном введении по сравнению с суммарным влиянием отдельных компонентов. Эффект синергизма повышается с повышением доли алюмокислородных соединений.
Впервые получены данные о конкурентном характере адсорбции компонентов комплексной добавки на поверхности частиц глинозема, кремнезема и каолина из водных растворов. В адсорбционном слое на поверхности частиц глинозема, каолина, независимо от соотношения в исходном растворе, соотношение компонентов СБ-ФФ и ТПФН близко совпадает с оптимальным.
При оптимальном соотношении компонентов наблюдается максимальное увеличение электрокинетического потенциала частиц, работы смачивания, наиболее полно проявляется электростатическое отталкивание между частицами, обусловленное в большей степени ТПФН, и действие структурных сил, преимущественно за счет СБ-ФФ, содержащего объемные ароматические кольца с хорошо сольватируемыми функцио-
5 нальными группами. Это обеспечивает агрегативную устойчивость системы при высокой концентрации дисперсной фазы.
Найдены закономерности регулирования физико-механических свойств керамического материала с комплексными добавками на основе флороглюцинфурфурольного олигомера СБ-ФФ, заключающиеся в значительном улучшении физико-механических свойств готовых изделий при их получении из предельно агрегативно устойчивых шликеров.
Практическое значимость работы
Разработаны эффективные комплексные разжижающие добавки на основе СБ-ФФ и ТПФН, позволяющие регулировать процессы структу-рообразования, реологические, электроповерхностные свойства и агрегативную устойчивость глинистых суспензий и керамических шликеров.
Полученные закономерности действия комплексных добавок в зависимости от минералогического состава каолинов и глин дают возможность разработки эффективных комплексных разжижающих добавок для глинистых суспезий и керамических шликеров.
Исследования показали возможность замены импортного разжижите-ля «реотан» комплексной добавкой на основе флороглюцинфурфуроль-ных олигомеров (СБ-ФФ), и при этом повысить качество выпускаемых изделий. Применение предложенной комплексной добавки позволит снизить открытую пористость готовых изделий на 41%, а закрытую - на 31%. Уменьшение пористости образцов с добавкой СБ-ФФ+ТПФН приводит к снижению водопоглощения на 54%, а в результате повышения плотности увеличивается прочность изделий 46% по сравнению с промышленной добавкой.
Предложенная добавка апробирована в заводских условиях при производстве керамических изделий на ООО "Борисовская керамика" (Белгородская область, п. Борисовка).
Годовой экономический эффект от изменения разжижителя в керамическом шликере составит 601 тыс. руб. на 9000т продукции в ценах 2008г.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на конференциях: I Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений" (Омск 2006 г.); XIV международный научно-практический семинар "Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров республики Беларусь" (Минск 2006 г.); XVIII международная научно-практическая конференция "Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии" (Белгород 2007 г.); международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь в начале нового столетия" (Губкин 2009 г.); международная научно-технической конференции "Проблемы современного строительства" (Пенза 2009 г.).
Публикации по теме диссертации:
По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Личное участие автора состояло в постановке целей и задач исследований, разработке теоретических, методических и экспериментальных подходов в постановке и выполнении экспериментов, в анализе и обобщении результатов исследований, формировании выводов. Автор принимал непосредственное участие в промышленных апробациях разработанных им материалов.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложена на 140 страницах основного машинописного текста, содержит 28 рисунков и 17 таблиц, список используемой литературы включает 209 наименований.
