Geopolimerek

A geopolimerek új típusú, szervetlen polimer szerkezetű amorf anyagok. Előállíthatók lúgos közegben (NaOH vagy KOH), az agyagásványok (alumino-szilikát-oxidok) és az alkáli-szilikátok reakciójával. Poli-szialát szerkezetűek, egyszerűbben kifejezve mesterségesen előállított kőzetek.^{^[1]^[2]}

Története

1972-ben egy francia tudós Joseph Davidovits^{[halott link]} (szül. 1935) geopolimereknek nevezte a természetes alumínium-szilikátokból alacsony hőmérsékleten és nyomáson képződő háromdimenziós alumínium-szilikátokat.^{^[2]}

Szerkezete

(SiO4)^4- és (AlO4)^5- tetraéderek felváltva történő összekapcsolódásából kialakul a szialát (szilícium-oxo-aluminát) háló azáltal, hogy a tetraéderek minden oxigénatomot közössé tesznek. A szerkezeti üregekben pozitív ionokra van szükség, azért, hogy az Al³⁺ által okozott negatív töltéstöbbletet kiegyenlítsék. Ezen kationok lehetnek fémek vagy alkáliföldfémek például: Na⁺, K⁺, Ca⁺ vagy Mg⁺.^{^[2]^[3]}

A poliszialátok lánc és gyűrű alakú vegyületek, melyekben a Si⁴⁺ és az Al³⁺ atomok kovalens kötésben vannak egymással valamint 4-es koordinációs számmal rendelkeznek. Ezen kovalens kötések a „kőzetnek”, mint monolit óriásmolekulának nagy szilárdságot biztosítanak.^{^[2]^[4]}
A poliszialátok a következő empirikus képlettel jellemezhetőek:

M_n ( – (SiO₂)_z – AlO₂)_n • wH₂O

ahol:

z = 1, 2, 3,
M = egyértékű kation: K⁺ vagy Na⁺,
n = polikondenzációs fok.^{^[2]^[3]}

A geopolimerek szerkezetének típusai:^{^[3]}

Poliszialát típus	Si/Al mólarány	Vázlatos szerkezet	Térszerkezet
poli-szialát	1	3 KBpx	7KBpx
poli-szialát-sziloxo	2	5 KBpx	10 KBpx
poli-szialát-disziloxo	3	5 KBpx	14 KBpx

Tulajdonságai

A geopolimerek egészen egyedi tulajdonságokat tudhatnak magukénak: kiváló mechanikai sajátságúak, tűz- és hőállóak, kismértékben zsugorodnak, formába önthetőek, körülbelül szobahőmérsékleten kötnek, kötési idejük széles határokon belül módosítható valamint csekély az üvegházhatású gázemissziójuk (CO₂).^{^[2]}

Előállítása

A geopolimerek szintéziséhez alapanyagul szolgálhatnak a különböző módon előállított metakaolinok illetve a szilikát tartalmú hulladékok, amelyek lehetnek: bányászati meddő (érc-, szénbányászat), erőműi hulladékok (salak, pernye), kohászati salakok (pl. granulált kohósalak), hulladékégetési melléktermékek (salak, pernye) illetve vörösiszap.^{^[1]}
A geopolimerek előállítása többlépéses folyamat, melynek első lépésében összekeverik az alumínium-szilikát port^{^[2]} és a lúgoldatot. Ezt követi a töltőanyag és/vagy hulladékanyag hozzáadása. Végül alapos homogenizálás után a kapott massza formába önthető.^{^[5]}
A (Na,K)-poli-szialát geopolimerek előállítási reakciója:^{^[3]}

A geopolimerizáció egy exoterm folyamat, melynek mechanizmusa nem ismert pontosan.^{^[3]} A geopolimerek előállítási technológiájának legfontosabb előnye, hogy alacsony energiát igényel valamint CO₂ missziója 10-20%-a a közönséges portland cementének, ezáltal nemcsak a primer ásványkincseink megőrzését teszi lehetővé hanem az ipari hulladékok semlegesítését és azok hasznosítását is megvalósítja.^{^[2]}

Felhasználása

A geopolimerek adott felhasználási területét elsősorban rendkívüli mechanikai tulajdonságai illetve előállítási technológiájának főbb előnyei határozzák meg. A magas- és a mélyépítőipar számos területén alkalmazzák őket úgymint:

tűzálló anyagok,
kerámiai alkalmazások,
hőálló illetve hősokk-álló anyagok,
geopolimer cementek és betonok,
kompozitok, kompozit mátrixok infrastruktúrák javításában és megerősítésében,
high-tech kompozitok (űrrepülő-, repülő- és autóipar),
radioaktív és toxikus anyagok hulladék elhelyezése.^{^[2]^[3]^[4]}

Források

↑ ^a ^b Dr. Mucsi G.: Geopolimerek ipari hulladékokból, Dunaferr Műszaki Gazdasági Közlemények, 2012/4, 223-226 old.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Dr. Mucsi G., Prof. Dr. Csőke B. és Molnár Z.: Alkáli aktivált pernyealapú kötőanyag vizsgálata, Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Tian SingNg: An investigation into the development of high performance geopolymer concrete, UNSW, Sydney, Australia, Aug., 2011.
↑ ^a ^b Épületfizika és –kémia előadás, Építészmérnöki Kar MSc, BMGE.
↑ Zákány I. és Korim T: Alkáli aktivált szervetlen polimerek, mint a kötőanyagok újabb generációja, Anyagtudomány: Materials Science, 63. évf., 3-4. szám, 2011.

Jegyzetek

1. Davidovits J.: Geopolymers: inorganic polymeric new materials, J. Thermal Analysis 37, 1991, pp. 1633-1656.
2. Davidovits J., Orlinski J.(Eds.): Geopolymer chemistry and properties, Proceending of the 1st International Conference on Geopolymer ’88, vol. 1, Compiegne, France, 1-3 June, 1988a., pp. 19-23.
3. Davidovits J., Orlinski J. (Eds.): Geopolymer chemistry and properties, Proceedings of the 1st International Conference on Geopolymer ’88, vol. 1, Compiegne, France, 1-3 June. 1988 b, pp. 25-48.
4. Davidovits J.: Geopolymers: Inorganic polymeric new materials, Journal of Materials Education, Vol. 16, 1994a, pp. 91-139.

Külső hivatkozások

https://en.wikipedia.org/Josep_Davidovits

[egyes-1] Dr. Mucsi G.: Geopolimerek ipari hulladékokból, Dunaferr Műszaki Gazdasági Közlemények, 2012/4, 223-226 old.

[kettes-2] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ Dr. Mucsi G., Prof. Dr. Csőke B. és Molnár Z.: Alkáli aktivált pernyealapú kötőanyag vizsgálata, Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet.

[harmas-3] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Tian SingNg: An investigation into the development of high performance geopolymer concrete, UNSW, Sydney, Australia, Aug., 2011.

[negyes-4] Épületfizika és –kémia előadás, Építészmérnöki Kar MSc, BMGE.

[otos-5] Zákány I. és Korim T: Alkáli aktivált szervetlen polimerek, mint a kötőanyagok újabb generációja, Anyagtudomány: Materials Science, 63. évf., 3-4. szám, 2011.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]