Rheological investigation of colloidal systems

Abstract

Çimentolama ve döküm gibi seramik işlemleri, günümüze kadar farklı boyut ve özellikteki ticari ürünlerin üretimi için sıklıkla kullanılan yöntemler arasında olmuştur. Reolojik davranışları, düşük miktarda organik katkı maddeleri ile kontrol edilebilen yüksek miktarda yüklü ve kararlı sulu süspansiyonlar çokça tercih edilmektedir. Akrilik asit,-akrilamido-2-metilpropan sülfonik asit, vinilfosfonik asit ve polietilen glikol-1000'i içeren farklı seri polikarboksilat eter bazlı kopolimerler (PCE'ler) viskoziteyi kontrol altına almak ve seramik süspansiyonların akışkanlığını/katı yüklenmesini iyileştirmek için sentezlenmiştir. Kopolimerlerin dağılabilme yeteneği, macunların akışkanlığı ve süspansiyonların kayma ve genleşmeli reolojik davranışları üzerine kopolimer monomer besleme oranı ve molekül ağırlığının etkisi belirlenmiş; bu kopolimerlerin reoloji değiştiricileri olarak performansı rapor edilmiştir. Literatürde ilk kez i) kalsiyum alüminat çimento (CAC) ve ii) sıradan portland çimentosu-kireç haline getirilmiş kil-kalsiyum karbonat üçlü harmanları I) CAC'de yüksek yüzey gelişimi ve yüzey yükü ve ii) üçlü harmanlanmış çimentoda kalsine kil ve katı sülfat iyonlarının katmanlı yapısının karakteristik özelliklerini karşılayacak şekilde sentezlenmiştir. PCE'lerin i) alumina süspansiyonlarının kesilme ve genleşmeli reolojik davranışları ve ii) yüksek yüklü alüminyum süspansiyonların imalatı ve katı dökme yeşil gövdelerin işlenmesi üzerine olan etkisi de araştırılmıştır. Hacimce %20 saf alumina süspansiyonları önemli miktarda partikül sıkışması gösterirken hacimce ve ağırlıkça% 1'den fazla kopolimer içeren %35 alumina süspansiyonları Newton davranışı göstermiştir. Bu süspansiyonlar, katı dökme yeşil gövdelerin imalatı için uygun bulunmuş ve işleme sürecinde malzemelerin önemli derecede uzaklaştırılabilmesini sağlamıştır.

Ceramic processing such as cementation and casting are among the most widely used methods for production of commercial products with different size and properties to date. Highly loaded and stable aqueous suspensions whose rheological behavior can be controlled by low content of organic additives are highly desired. To have control over the viscosity and improve fluidity/solid loading of ceramic suspensions, different series of polycarboxylate ether-based copolymers (PCEs) that include acrylic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, vinylphosphonic acid, and polyethylene glycol-1000 were synthesized. The effect of monomer feed ratio and molecular weight of copolymer on dispersing ability of the copolymers, fluidity of the pastes, and rheological behavior of suspensions were characterized and performance of these copolymers as rheology modifiers was reported. For the first time in literature, dedicated superplasticizers for i) calcium aluminate cement (CAC) and ii) ordinary portland cement-calcined clay-calcium carbonate ternary blends were synthesized such that they caters to the characteristic properties of these systems; i) high rate of surface development and surface charge in CAC and ii) layered structure of calcined clay and high concentration of sulfate ions in ternary blended cement. The effect of PCEs on i) rheological behavior of alumina suspensions and ii) fabrication of highly loaded alumina suspensions and machining of solid cast green bodies were also investigated. While 20 vol. % pure alumina suspensions showed severe particle jamming, 35 vol. % alumina suspensions with more than 1 wt. % copolymers displayed Newtonian behavior. These suspensions found to be suitable for fabrication of solid cast green bodies and provided ability of significant removal of material in machining process.