Επίδραση προσθήκης αργιλίου στη δομή και τις ιδιότητες των ανόργανων πολυμερών πυριτικών υλικών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στη διερεύνηση του σημαντικότερου σταδίου του μηχανισμού του γεωπολυμερισμού, αυτού της πολυσυμπύκνωσης των ολιγομερών πυριτικών και αργιλοπυριτικών χημικών ειδών προς ανάπτυξη μιας πολυμερούς δομής που σχηματίζεται ως άμορφη, ζελατινώδης φάση και αποτελεί τη θεμελιώδη δομική μονάδα (back bone) των ανόργανων πολυμερών υλικών. Πιο συγκεκριμένα στην εργασία αυτή μελετάται ο ρολος του αργιλίου στη δομή και την υδρολιτική σταθερότητα της άμορφης ζελατινώνδους φάσης των γεωπολυμερών συστημάτων. Για την εξαγωγή γενικευμένων συμπερασμάτων χρησιμοποιήθηκαν καθαρά χημιικά συστήματα χωρίς την αλληλεπίδραση άλλων χημικών στοιχείων όπως συνηθως συμβαίνει στα πραγματικά συστήματα. Η υδρολυτική σταθερότητα των ανόργανων πολυμερών αποτελεί τη σημαντικότερη ιδιότητά τους για τις περισσότερες εφαρμογές και εξαρτάται άμεσα από την υδρολυτική σταθερότητα της άμορφης ζελατινώδους φάσης. Σε καθαρά συστήματα, η υδρολυτική σταθερότητα ευνοείται από την άυξηση του μοριακού λόγου SiO2/Na2O. Για τη συγκεκριμένη μελέτη προστέθηκε αργίλιο σε υλικά με σταθερό μοριακό λόγο SiO2/Na2O = 3,48 ενώ η προσθήκη του αργιλίου ήταν συνεχώς αυξανόμενη με μοριακούς λόγους Al/Si που κυμαίνονταν μεταξύ 0.02 και 0.33. Στα υλικά που παρήχθησαν μελετήθηκε η δομή τους και ελέγχθηκε η υδρολυτική τους σταθερότητα.

The subject of the present thesis work was the investigation on the most important step of the geopolymerization mechanism which is the polycondensation. Polycondentation happens between the silicon and aluminum oligomeric chemical species and results to the construction of polymeric structure which appears as an amorphous gelatinous phase. This phase comprises the back bone of the inorganic polymeric materials. More particularly, what was studied in the thesis work was the role of aluminum addittion in the structure and the hydrolitic stability of the amorphous gelatinous phase produced during the polycondensation. For the extraction of generally applicable conclusions we used clear chemical systems with no interraction with other chemical elements or species which is a common phenomenon in real chemical systems. The hydrolitic stability comprises the most important property of inorganic polymers for the majority of applications and depends on the hydrolitic stability of the amorphous gelatinous phase. In clear chemical systems the hydrolitic stability is encouraged by the increase of the molar ratio SiO2/Na2O. In the present experimental procedure, we produced materials with constant molar ratio SiO2/Na2O = 3.48 which were completely unstable in water. The addittion of aluminum happened increasingly with molar ratios Al/Si from 0.02 to 0.33. Finally, we tested the hydrolitic stability of the produced materials and we studied on their structure.