Μέθοδοι σύνθεσης υπερελαφρών υλικών με βάση τις οργανικές ρητίνες

Loading...
Thumbnail Image

Date

2023-07-11

Authors

Αθανασιάδη, Αθανασία

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Τα κτίρια, μέσω των απαιτήσεων ψύξης και θέρμανσης τους, συμβάλλουν σημαντικά στην κατανάλωση ενέργειας παγκοσμίως. Υπολογίζεται ότι περίπου τα δύο τρίτα της ενέργειας χρησιμοποιούνται σε κτίρια. Tο κέλυφος του κτιρίου αποτελεί ένα πολύ σημαντικό δομικό στοιχείο για την παροχή θερμικής άνεσης στους κατοίκους καθώς και για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Σήμερα, τα περισσότερα από τα παραδοσιακά προϊόντα μόνωσης, που βασίζονται σε πολυστυρένιο και σύνθετα υλικά, έχουν χρησιμοποιηθεί στα κτίρια λόγω των προσιτών τιμών για τη μείωση του κόστους κατασκευής. Μερικά από τα μειονεκτήματα της συμβατικής μόνωσης όμως είναι η υποβάθμιση των μονωτικών τους επιδόσεων σε περίπτωση απορρόφησης νερού για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς και η απελευθέρωση τοξικών αερίων κατά τη διάρκεια πυρκαγιάς. Στην προσπάθεια να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα έχουν δοκιμαστεί νέα υλικά προκειμένου να σχεδιαστούν και να παραχθούν κονιάματα με μονωτικές ιδιότητες που ενσωματώνουν τα υλικά αυτά. Τα αεροπηκτώματα είναι ένα συνθετικό υπερελαφρύ υλικό με υψηλό πορώδες (>80%) και αποτελούν ιδανικό υποψήφιο για την παραπάνω χρήση. Οι νανοδιαστάσεις των πόρων του υλικού, που περιέχουν αέρα, προσφέρουν εξαιρετικές θερμομονωτικές ιδιότητες στα αεροπηκτώματα. Μέχρι πρόσφατα, τα αεροπηκτώματα είχαν τη χαμηλότερη πυκνότητα που έχει επιτευχθεί ποτέ σε στερεό υλικό με τα αεροπηκτώματα σίλικας να είναι μόνο τρεις φορέςβαρύτερα από τον αέρα. Το βασικότερο μειονέκτημα των αερογελών ωστόσο έγκειται στο υψηλό κόστος παρασκευής τους λόγω της υπερκρίσιμης διαδικασίας ξήρανσης που απαιτείται για την παραγωγή τους. Εύλογα συνεπώς, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στη σύνθεση υλικών που διαθέτουν παρόμοιες ιδιότητες με τις αερογέλες, όπως εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα και αξιοσημείωτες θερμομονωτικές επιδόσεις, τα οποία όμως παράγονται μέσω συμβατικής και όχι υπερκρίσιμης ξήρανσης ούτως ώστε να καθίσταται λιγότερο κοστοβόρα και περίπλοκη η διαδικασία παρασκευής τους. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρασκευή θερμομονωτικών υπερελαφρών υλικών με βάση οργανικές ρητίνες για την ενσωμάτωση τους σε τσιμεντοκονίαμα με δυνατότητα εφαρμογής τους στην ενεργειακή αναβάθμιση των κτιρίων. Ακριβέστερα, τα υλικά που θα μελετηθούν είναι «οιονεί-αερογέλες» με βάση τις οργανικές ρητίνες που αναπτύσσονται μέσω συμβατικών μεθόδων ξήρανσης του υγρού πηκτώματος. Επιπρόσθετα, στόχος είναι να επιδεικνύουν εξαιρετικά χαμηλή φαινόμενη πυκνότητα και κατά συνέπεια και θερμική αγωγιμότητα, τουλάχιστον υπό-τριπλάσια από τα συμβατικά αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται στα υπάρχοντα θερμομονωτικά επιχρίσματα. Πιο συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν δύο κατηγορίες αεροπηκτωμάτων: α) αεροπηκτώματα με πρόδρομη ένωση εμπορική φαινολική ρητίνη τύπου νεολάκης και β) αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης. Το εύρος της συγκέντρωσης στερεών στο πρόδρομο διάλυμα διατηρήθηκε σε χαμηλά επίπεδα και στις δύο περιπτώσεις προκειμένου να επιτευχθούν χαμηλές τιμές φαινόμενης πυκνότητας του τελικού υλικού. Τόσο στα αεροπηκτώματα τύπου νεολάκης, όσο και στα αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης ακολούθησε συμβατική ξήρανση για την απομάκρυνση του υπάρχοντος διαλύτη. Όσον αφορά τα αεροπηκτώματα με βάση τη νεολάκη, ο διαλύτης που χρησιμοποιήθηκε ήταν η 2- προπανόλη ενώ έγινε χρήση αυτόκλειστου δοχείου κατά τη διεξαγωγή του πολυμερισμού η οποία και μείωσε σημαντικά το ποσοστό συρρίκνωσης του τελικού αεροπηκτώματος καθώς και τον χρόνο παρασκευής. Αναφορικά με τα αεροπηκτώματα ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης, ο διαλύτης που επιλέχθηκε δεν ήταν το νερό όπως συνηθίζεται αλλά το ακετονιτρίλιο και ακολουθήθηκε μία καινοτόμος διαδικασία σύνθεσης. Πιο συγκεκριμένα, αντί του ανθρακικού νατρίου ως καταλύτη, έγινε χρήση καρβαμικού αμμωνίου ως καταλύτη αλλά υπό μορφή κλίνης και ακολούθησε κατόπιν ξήρανση σε συμβατικό φούρνο. Τέλος, οι αερογέλες που παρασκευάσθηκαν κονιοποιήθηκαν (όποτε αυτό κρίθηκε αναγκαίο) και αναμείχθηκαν με κοινό κονίαμα. Τα δείγματα που παρασκευάσθηκαν τοποθετήθηκαν σε ειδικά καλούπια διαστάσεων 4cm×4cm×1cm και μετά το πέρας της ωρίμανσης τους, το οποίο ηματοδοτήθηκε από την παύση απώλειας μάζας τους, τοποθετήθηκαν σε ειδική ιδιοκατασκευή για την μέτρηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητάς τους. Για την εξαγωγή της τελικής τιμής του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας των δειγμάτων προηγήθηκε βαθμονόμηση με θερμομονωτικά υλικά (όπως το πολυστυρένιο) που χρησιμοποιήθηκαν ως υλικά αναφοράς.

Description

Keywords

Αεροπηκτώματα, Οργανικές ρητίνες, Θερμική μόνωση, Ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης, Ρητίνες ρεζορκινόλης-φορμαλδεΰδης

Citation