Proces wiązania poprzez polimeryzację metakryloamidu prowadzony in situ na osnowie mineralnej

• Autorzy: Grabowska B.

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2017.11

Warianty tytułu

EN

The process of bonding by methacrylamide polymerization conducted in situ on a mineral matrix

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Proces wiązania poprzez polimeryzację metakryloamidu prowadzono in situ na osnowie kwarcowej w temperaturze 25°C oraz w polu mikrofal (150°C; 800 W; 2,45 GHz). Skład mieszaniny reakcyjnej, oprócz metakryloamidu – jako monomeru, zawierał: inicjator (nadsiarczan amonu), aktywator (N,N,N’,N’-tetrametyloetylenodimina), upłynniacz (sorbitol) oraz osnowę kwarcową. Zmiany strukturalne powstałe wskutek oddziaływań makromolekularnych w mieszaninie reakcyjnej podczas procesu polimeryzacji metakryloamidu, a dalej konsolidacji ziaren osnowy, określono metodą spektroskopii w podczerwieni przy użyciu spektrometru z transformacją Fouriera (FTIR). Stwierdzono, że podczas sieciowania powstają nowe wiązania w obrębie grup polarnych, typu: -OH, >NH, >C=O oraz silanolowych (Si-O). Ponadto przeprowadzono termoanalizę układu reakcyjnego w zakresie temperatury 25−500°C z zastosowaniem metody spektroskopii rozproszonego odbicia (FTIR-DRS). Badania te miały na celu określenie zakresu temperatury, w którym dochodzi do zmian związanych z sieciowaniem układu, a jeszcze nie jego termodestrukcją. Dla otrzymanego układu poreakcyjnego wykonano badania mikroskopowe metodą SEM. Uzyskana wiedza na temat procesu wiązania, poprzedzonego polimeryzacją metakryloamidu prowadzoną in situ na osnowie kwarcowej, pozwoli na podjęcie dalszych prac w obszarze technologii formowania i konsolidacji układów polimerowo-krzemianowych metodą druku 3D.

EN

The process of bonding by polymerization of methacrylamide was performed in situ on a quartz matrix at 25°C as well as in a microwave field (150°C; 800 W; 2.45 GHz). The composition of the reaction mixture, beside methylacrylamide as the monomer, was: the initiator (ammonium persulfate), the activator (N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine), the fluidizer (sorbit) and the quartz matrix. The structural changes occurring as a result of macromolecular reactions in the reaction mixture during the process of methacrylamide polymerization and then consolidation of the matrix grains, were determined by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). It was found that during the cross-linking, new bonds are formed within the polar groups, of the following types: -OH, >NH, >C=O and silanol (Si-O). Also, a thermoanalysis of the reaction system was performed in the temperature range of 25−500°C with the use of dispersed reflection spectroscopy (FTIR-DRS). These studies aimed at determining the temperature range in which we can observe changes connected with the cross-linking of the system, and not its thermodestruction. For the obtained post-reaction system, SEM microscopic examinations were performed. The obtained knowledge of the bonding process, preceded by methacrylamide polymerization performed in situ on a quartz matrix, will make it possible to conduct further research in the scope of the technology of forming and consolidating polymer-silicate systems with the method of 3D printing.

Słowa kluczowe

PL

gelcasting; polimeryzacja; sieciowanie; utwardzanie; polimetakryloamid; osnowa mineralna

EN

gelcasting; polymerization; cross-linking; hardening; polymethacrylamide; mineral matrix

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 57, no. 2
• Strony: 115--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Grabowska B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Odlewnictwa, Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. Rabek J.F. 2013. Polimery. Otrzymywanie, metody badawcze, zastosowanie. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 2. Bednarek P., D. Jach, M. Szafran, T. Mizerski. 2008. „Monomery akrylanowe w formowaniu tworzyw ceramicznych metodą gelcasting”. Ceramika/Ceramics 103 : 845−852.
• 3. Szafran M., P. Bednarek, D. Jach. 2007. „Formowanie tworzyw ceramicznych metodą gelcasting”. Materiały Ceramiczne 59 (1) : 17−25.
• 4. Pochwała T., B. Psiuk. 2015. „Tworzywa ceramiczne z węglika krzemu otrzymywane metodą gelcasting”. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 8 (20) : 58−67.
• 5. Szudarska A., D. Guryniuk, T. Mizerski, M. Szafran. 2013. „Gelcasting of alumina with application of new monomer synthesized from xylitol”. Archives of Metallurgy and Materials 58 (4) : 1299−1303.
• 6. Stempkowska A., A. Kochanowski, P. Izak. 2009. „Otrzymywanie folii ceramicznych z zawiesin żelowych”. Materiały Ceramiczne 61 (2) : 97−101.
• 7. Sharifi L., S. Ghanbarnezhad, S. Ghofrani, S.H. Mirhosseini. 2014. „High Porous Alumina Bodies: Production and Properties via Gelcasting Technique”. International Journal of Advenced Science and Technology 65 : 59−70.
• 8. Stampfl J., H.-C. Liu, S.W. Nam, K. Sakamoto, H. Tsuru, S. Kang, A.G. Cooper, A. Nickel, F.B. Prinz. 2002. „Rapid prototyping and manufacturing by gelcasting of metallic and ceramic slurries”. Materials Science and Engineering A334 : 187−192.
• 9. Lungu A.M., A. Sarbu, V. Fruth, F. Constantin, M. Teodorescu, N. Petrov. 2012. „New inorganic/organic composite obtained by gelcasting process as precursors for porous ceramics materials”. Romanian Journal of Materials 42 (2) : 172−178.
• 10. Santacruz I., M.I. Nieto, R. Moreno. 2005. „Alumina bodies with near-to-theoretical density by aqueous gelcasting using concentrated agarose solutions”. Ceramics International 31 (3) : 439−445.
• 11. Grabowska B., M. Holtzer. 2007. „Zastosowanie promieniowania mikrofalowego do sieciowania układu poli(akrylan sodu)/żel krzemionkowy stosowanego jako spoiwo w masach odlewniczych”. Polimery 52 (11−12) : 841−847.
• 12. Grabowska B. 2009. „Sieciowanie mikrofalami kompozycji poliakrylowych z udziałem dekstryny i wykorzystanie ich jako spoiw do mas odlewniczych”. Polimery 54 (7−8) : 507−513.
• 13. Grabowska B., M. Holtzer, R. Dańko, M. Górny, A. Bobrowski, E. Olejnik. 2013. „New BioCo binders containing biopolymers for foundry industry”. Metalurgija 52 (1) : 47−50.
• 14. Grabowska B. 2013. Nowe spoiwa polimerowe w postaci wodnych kompozycji z udziałem poli(kwasu akrylowego) lub jego soli i modyfikowanego biopolimeru do zastosowania w odlewnictwie. Kraków: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT.
• 15. Grabowska B., M. Sitarz, E. Olejnik, K. Kaczmarska, B. Tyliszczak. 2015. „FT-IR and FT-Raman studies of cross-linking processes with Ca2+ ions, glutaraldehyde and microwave radiation for polymer composition of poly(acrylic acid)/sodium salt of carboxymethyl starch – In moulding sands, Part II”. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 151 (December 2015) : 27−33.
• 16. Magalhães A.S.G., M.P.A. Neto, M.N. Bezerra, R.M.P.S. Nágila, J.P.A. Feitosa. 2012. „Application of FTIR in the determination of acrylate content in poly(sodium acrylate-CO-acrylamide) superabsorbent hydrogels”. Química Nova, 35 (7) : 1464−1467.
• 17. Gallardo A., J.S. Román. 1993. „Synthesis and characterization of a new poly(methacrylamide) bearing side groups of biomedical interest”. Polymer 34 (2) : 394−400.
• 18. Jang J., H. Park. 2002. „Formation and structure of polyacrylamide-silica nanocomposites by sol-gel process”. Journal of Applied Polymer Science 83 (8) : 1817−1823.
• 19. Bertoluzza A., C. Fagnano, M.A. Morelli, Gottardi V., M. Guglielmi. 1982. „Raman and infrared spectra on silica gel evolving toward glass”. Journal of Non-Crystalline Solids 48 (1) : 117−128.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).