Українська
Отримано 11.09.2024, Доопрацьовано 22.11.2024, Прийнято 18.12.2024
Метою цього дослідження було вивчити використання червоного шламу як екологічно безпечного наповнювача для композитів на основі гліфталевої смоли та методів його введення, а також оптимізувати властивості композитів і сприяти екологічно раціональному використанню матеріалів. Гліфталева смола була синтезована з гліцерину та фталевого ангідриду. Було застосовано два методи введення червоного шламу: механічне змішування та синтез in situ. Концентрація червоного шламу варіювалася від 7 до 56 мас. %. Ударну міцність отриманих композитів оцінювали за допомогою стандартизованих тестів. Дослідження показало, що червоний шлам значно підвищує ударну міцність композитів на основі гліфталевої смоли. Метод синтезу in situ забезпечив найкращі результати, досягаючи максимальної ударної міцності 22,05 Н·м за концентрації червоного шламу 36 мас. %, що на 12,5 % перевищувало значення для композитів, отриманих механічним змішуванням. Оптимальна концентрація наповнювача була визначена як 36 мас. %, тоді як при вищих концентраціях спостерігалося різке зниження міцності через агломерацію частинок. Крім того, ударна міцність збільшувалася зі зростанням тривалості синтезу, досягаючи свого максимуму на 480 хв для композитів із 7 мас. % червоного шламу. Це дослідження надало нову інформацію про інтеграцію червоного шламу як армуючого наповнювача в гліфталеві смоли та підкреслило переваги синтезу in situ у досягненні кращої дисперсії та взаємодії з матрицею, що сприяє розробці стабільних полімерних композитів. Результати демонструють можливість використання червоного шламу, складного промислового відходу, у виробництві високопродуктивних полімерних композитів. Дослідження пропонує практичні рекомендації щодо оптимізації концентрації наповнювачів і методів синтезу, що сприятиме розробці екологічно чистих і економічно вигідних матеріалів для промислового використання
полімерні композити; механічні властивості; екологічні матеріали; метод in situ; наповнювачі
[1] ASTM D2794-93. (2019). Standard test method for resistance of organic coatings to the effects of rapid deformation (impact). doi: 10.1520/D2794-93R19.
[2] Chen, J., Bai, B., & Du, Q. (2024). Durability evaluation of a high-performance red mud-based composite material. Materials Today Communications, 39, article number 108684. doi: 10.1016/j.mtcomm.2024.108684.
[3] Çimen, Ö., & Günaydın, H.İ. (2024). Preparation and characterization of red mud/polysulfone composite geosynthetic barrier. Engineering Science and Technology, an International Journal, 54, article number 101720. doi: 10.1016/j.jestch.2024.101720.
[4] Claridge, T.D.W. (2009). High-resolution NMR techniques in organic chemistry (2nd ed.). Amsterdam: Elsevier.
[5] Ding, C., Zhang, Y., Zhang, N., Di, X., Li, Y., & Zhang, Y. (2022). A new insight into utilization of red mud in poly (vinyl chloride) composites via surface modification and toughening modulation to attain performance optimization. Construction and Building Materials, 333, article number 127340. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127340.
[6] Feng, Y., Yin, J., Chen, M., Liu, X., & Li. G. (2011). Dielectric properties of PI/BaTiO3 with disparate inorganic content. In Proceedings of 2011 6th international forum on strategic technology (pp. 226-229). Harbin: IEEE. doi: 10.1109/IFOST.2011.6021009.
[7] Jena, P.K., Nayak, S., Mohanty, J., Samal, P., Mohanty, S.D., Malla, C., Behera, J.R., Khuntia, S.K., & Mohapatra, J. (2022). Abrasive wear performance of vetiver grass-red mud-reinforced hybrid composites: Effect of fiberfibre loading on various wear properties. Journal of Natural FiberFibres, 19(15), 11153-11164. doi: 10.1080/15440478.2021.2018086.
[8] Kholiavko, V.V., Vladymyrskyi, I.A. (2023). Mechanical properties and structural strength of materials. Kyiv: National Technical University of Ukraine ““Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute””.
[9] Li, J., Ding, H., Zhang, H., Guo, C., Hong, X., Sun, L., & Ding, F. (2020). Superhydrophobic methylated silica sol for effective oil-water separation. Materials, 13(4), article number 842. doi: 10.3390/ma13040842.
[10] Liu, J., Li, X., & Zhou, C. (2018). Mechanical and thermal properties of modified red mud-reinforced phenolic foams. Polymer International, 67(5), 528-534. doi: 10.1002/pi.5540.
[11] Xie, Y., Li, C., Fang, G., Chen, Q., & Ao, X. (2020). Novel red mud/polyacrylic composites synthesized from red mud and its performance on cadmium removal from aqueous solution. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 95(1), 213-222. doi: 10.1002/jctb.6223.
[12] Mârșolea (Cristea), A.C. et al. (2023). Design of polyurethane composites obtained from industrial plastic wastes, pyrite and red mud. Construction and Building Materials, 405, article number 133319. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133319.
[13] Melnyk, L., Myronyuk, O., Ratushniy, V., & Baklan, D. (2020). The feasibility of using red mud in coatings based on glyptal. French-Ukrainian Journal of Chemistry, 8, 88-94. doi: 10.17721/fujcV8I1P88-94.
[14] Melnyk, L.I. (2023). Composite based on copolymer-red mud systems. In Modern science: Challenges of today (pp. 6-38). Bratislava: Institute of professional development.
[15] Nayak, S., & Satapathy, A. (2020). A study on erosion wear behavior of benzoyl chloride modified vetiver grass (chrysopogon zizanioides) and red mud as reinforcement in polymer based composites. Journal of Natural FiberFibres, 19(9), 3253-3264. doi: 10.1080/15440478.2020.1841066.
[16] Prasad, R., Rani, A., Chauhan, S.S., Gupta, M., & Sharma, A. (2022). Utilization of hazardous red mud in silicone Rubber/MWCNT nanocomposites for high performance electromagnetic interference shielding. Journal of Cleaner Production, 337, article number 134290. doi: 10.1016/j.jclepro.2022.134290.
[17] Qiu, L., Phule, A.D., Han, Y., Wen, S., & Zhang, Z. (2020). Thermal aging, physico-mechanical, dynamic mechanical properties of chlorinated polyethylene/red mud composites. Polymer Composites, 41(11), 4740-4749. doi: 10.1002/pc.25747.
[18] Sinha, A.K., Narang, H.K., & Bhattacharya, S. (2021). Experimental determination, modelling and prediction of sliding wear of hybrid polymer composites using RSM and fuzzy logic. Arabian Journal for Science and Engineering, 46, 2071-2082. doi: 10.1007/s13369-020-04997-3.
[19] Swain, B., Akcil, A., & Lee, J.-c. (2020). Red mud valorization an industrial waste circular economy challenge; review over processes and their chemistry. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 52(4), 520-570. doi: 10.1080/10643389.2020.1829898.
[20] Vigneshwaran, S., Uthayakumar, M., & Arumugaprabu, V. (2020). Potential use of industrial waste-red mud in developing hybrid composites: A waste management approach. Journal of Cleaner Production, 276, article number 124278. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124278.
[21] Wang, Y., Li, D., Liu, X., Zhang, W., Li, Z., Li, Y., Ren, Yo., & Li, H. (2021). Mechanism of magnetizing the Bayer red mud and meanwhile improving the cementitious activity of its tailings by using biomass. Journal of Cleaner Production, 287, article number 125016. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.125016.
[22] Wu, P., Liu, X., Zhang, Z., & Wei, C. (2023). Properties of red mud-filled and modified resin composites. Construction and Building Materials, 409, article number 133984. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133984.
English