Badanie właściwości powierzchniowych i reologicznych modyfikowanego pyłu wapiennego

pył wapienny, siła adhezji, test ścinania

Materiały o właściwościach hydrofobowych są stosowane w wielu dziedzinach przemysłowych. Szczególnie szeroko są one używane w budownictwie, znajdują również bardziej specyficzne zastosowania, jak przykładowo hydrofobowy pył wapienny, który jest używany w charakterze czynnika przeciwwybuchowego w górnictwie węglowym. Proces hydrofobizacji ciał stałych charakteryzujących się dużą powierzchnią jest głównie przeprowadzany przez otaczanie powierzchni produktu stałego warstwą hydrofobową poprzez: malowanie, natryskiwanie, zanurzanie w kąpieli oraz dodatek specjalnych modyfikatorów podczas procesu produkcji. Metody te nie mogą być bezpośrednio stosowane do hydrofobizacji materiałów proszkowych. Również określenie właściwości modyfikowanych proszków jest trudniejsze niż określenie właściwości hydrofobowych ciał stałych o dużych powierzchniach. Jednakże uzyskanie takiej charakterystyki jest bardzo ważne. Znajomość właściwości umożliwia bowiem kontrolowanie przebiegu wielu procesów technologicznych oraz dostarcza wiedzy użytecznej podczas produkcji nowych materiałów. W pracy do badań użyto pyłu wapiennego z Kopalni Wapienia w Czatkowicach. Surowiec ten jest dobrym materiałem do tego typu badań, gdyż istnieje możliwość porównania właściwości próbek modyfikowanych z właściwościami komercyjnego pyły przeciwwybuchowego (PH) używanego w kopalniach w kraju. Pył wodoodporny otrzymywano dwiema metodami (z fazy parowej oraz z roztworu silikonowego). Określenie stopnia hydrofobizacji otrzymanych próbek było jednym z ważniejszych problemów do rozwiązania podczas badań. Łatwo jest określić ten parametr w przypadku, gdy jako modyfikator jest używany kwas stearynowy, ponieważ Polska Norma (1994) definiuje odpowiednią metodę pomiarową. W przypadku próbki otrzymanej drugim sposobem autorzy musieli opracować nową metodę określenia stopnia hydrofobizacji. W tym celu użyto metody 'film flotation' i zdefiniowano tzw. współczynnik hydrofobowości (SH). Współczynnik ten podaje, w jakim stopniu właściwości hydrofobowe modyfikowanych materiałów różnią się od właściwości hydrofobowych przeciwwybuchowego pyłu wapiennego (PH) w kontakcie z odpowiednimi roztworami alkoholu metylowego. Dla grubszej frakcji pyłu wapiennego (0,385-0,400 mm) zostały wykonane pomiary siły adhezji. Zamieszczone wartości dla próbki modyfikowanej były zaniedbywalne. Natomiast dla próbki surowej siła adhezji pojawiła się przy wilgotności otoczenia równej 60% i wzrosła do wartości 0,008 N przy wilgotności równej 95%. To jest niewielka wartość siły, ale wykonane pomiary pokazują, że modyfikowany materiał traci swoje adhezyjne właściwości. Wydaje się, że pomiar sił adhezji mógłby być interesującym sposobem oceny stopnia hydrofobizacji materiałów modyfikowanych w różnorodny sposób, przy czym precyzyjna metoda wykonywania pomiarów powinna być opracowana. Na frakcjach pyłu wapiennego zostały wykonane również testy ścinania. Wyniki uzyskiwane w tych testach są podstawą do projektowania urządzeń współpracujących z materiałami rozdrobnionymi. W pracy podjęto próbę zaadaptowania tych wyników do określenia stopnia hydrofobizacji. Testy ścinania wykonano zgodnie z wytycznymi zawartymi w Europejskiej Normie (2003). Na podstawie otrzymanych wyników obliczono kohezję i wewnętrzny kąt tarcia. Otrzymane wyniki są porównywalne dla wszystkich próbek, tak więc wyciągnięcie na ich podstawie ogólniejszych wniosków dotyczących stanu hydrofobizacji jest raczej trudne. Jednakże jest zauważalne, że sposób modyfikacji odzwierciedla się w tych wynikach.