W pracy podjęta została próba modyfikacji szkła wodnego nanocząstkami tlenków metali w rozpuszczalnikach organicznych. Jako modyfikatory spoiwa stosowano nanocząstki ZnO, Al2O3 lub MgO w roztworach metanolu, etanolu lub propanolu. Nanocząstki tlenków metali otrzymywano na drodze elektrochemicznej w procesie anodowego roztwarzania odpowiednich metali. Nanocząstki tlenków poszczególnych metali różniły się kształtem (morfologią) oraz wielkością Koloidalne roztwory modyfikatorów wprowadzane były do szkła wodnego w ilości: 3, 5 lub 7 % mas. Z tak zmodyfikowanym szkłem wodnym sporządzane były masy formierskie. Badano wpływ: rodzaju zastosowanego modyfikatora i organicznego rozpuszczalnika oraz udziału modyfikatora w spoiwie na wybrane właściwości wytrzymałościowe mas. Przeprowadzono również systematyczne badania właściwości fizykochemicznych zmodyfikowanego szkła wodnego. Oznaczono lepkość, zwilżalność, wytrzymałość kohezyjną oraz adhezyjną modyfikowanego szkła wodnego. W celu określenia wpływu modyfikacji szkła wodnego nanoczastkami tlenków metali na zmianę jego chemicznej struktury przeprowadzono badania metodą spektroskopii w podczerwieni (FT-IR) oraz badania metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Obserwacje mikroskopowe SEM pozwoliły na określenie rodzaju wytworzonych połączeń w masie w układzie spoiwo - osnowa. Weryfikację właściwości technologicznych mas ze zmodyfikowanym szkłem wodnym jako spoiwem przeprowadzono w oparciu o badania kinetyki utwardzania metodą ultradźwiękową oraz w oparciu o próbę wybijalności (zgodnie z zaleceniami polskiej normy) mas z tak zmodyfikowanym spoiwem. Uzyskana poprawa wskaźnika wybijalności w przypadku zastosowania jako modyfikatora MgO wynosiła ok. 50 % w porównaniu z masą ze szkłem wodnym niemodyfikowanym. Przeprowadzone badania pozwoliły wytypować modyfikator szkła wodnego nadający masie najlepsze właściwości z technologicznego punktu widzenia, którym był koloidalny roztwór MgO w propanolu. W oparciu o analizę otrzymanych wyników badań zaproponowano prawdopodobny mechanizm modyfikacji szkła wodnego nanocząstkami tlenków metali.
„Modification of water glass, the moulding sands binder, by nanoparticles of metal oxides in organic solvents"
The modification of water-glass by nanoparticles of metal oxides in organic solvents was attempted in the study. Nanoparticles of ZnO, AI2O3 or MgO in methanol, ethanol or propanol solutions were applied as modifiers of binding agents. Nanoparticles of metal oxides were obtained by the electrochemical method of the anodic digestion process of metals. Nanoparticles of individual metals were of various shapes (morphology) and sizes. Colloidal solutions of the modifiers were introduced into water glass in amounts: 3, 5 or 7 mass%. Moulding sands were prepared with water glass modified in such way. Influences of the applied modifier and organic solvents as well as the modifier fraction in the binder on the selected strength properties of moulding sands were tested. Systematic investigations of physical and chemical properties of the modified water glass were also carried out. A viscosity, wettability, cohesive and adhesive strength of the modified water glass were estimated. In order to determine the influence of the water glass modification by nanoparticles of metal oxides on its chemical structure, investigations were performed by the infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD). Microscopic observations, SEM, allowed to determine the kind of bonds formed in the system: binder-matrix. The verification of the technological properties of moulding sands with the modified water glass as the binder was performed on the bases of the hardening kinetics investigations (by ultrasound method) and knock out tests of moulding sands with the modified binder (in accordance with the Polish standard recommendations). The obtained improvement of the knock out coefficient in case of application of MgO as modifier was app. 50 % in comparison with the moulding sand with not modified water glass. The performed investigations allowed to select the water glass modifier - colloidal solution of MgO in propanol - providing the moulding sand with the best technological properties. On the bases of the analyses of the obtained results the probable mechanism of the water glass modification by nanoparticles of metal oxides, was proposed.
