اثر افزودنی نانو MgCr2O4 عاملدار شده با گروه‌های سیلان بر بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و توزیع‌پذیری در دیر گدازه‌ای منیزیا- کرومیت اتصال مستقیم

محورهای موضوعی : سرامیک ها و مواد نسوز

نجمه لطفیان ¹ , امیرعباس نوربخش ² , سیدنظام الدین میرستاری ³

1 - گروه مهندسی مواد، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.
2 - گروه شیمی، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.
3 - مرکز تحقیقات شیمی رازی، واحد شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرضا، ایران.

تاریخ دریافت : 1398/12/14 تاریخ پذیرش : 1399/05/08 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: منیزیا, کرومیت اسپینل عاملدار کردن پخت,

چکیده مقاله :

در پژوهش حاضر، از روش عاملدار کردن شیمیایی با استفاده از گروه‌های سیلان جهت توزیع یکنواخت نانو ذرات در ماتریس دیرگداز منیزیا کرومیت استفاده شده است. در این راستا اصلاح سطحی نانو ذرات MgCr2O4 با استفاده از عاملدار کردن با گروهای آمینو پروپیل 3-تری اتوکسیل سیلان (APTES) انجام گرفت. سپس 1% وزنی نانو ذرات MgCr2O4 (اصلاح شده و اصلاح نشده) به ماتریس دیرگداز منیزیا-کرومیت اضافه گردید و تحت پرس تک محوره با فشار MPa 120 و تحت دمای ℃1600 و1400 پخت گردیدند. آنالیزهای XRD, TEM به منظور بررسی سنتز نانو ذرات و جهت بررسی حضور گروه‌های عاملی از آنالیزهای FTIR, XRD عاملی استفاده شد. آنالیز فازی و ریزساختاری دیر گدازه‌ای منیزیا- کرومیت با استفاده از آنالیزهای XRD و SEM صورت پذیرفت. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه‌ها با استفاده از استانداردهای DIN صورت پذیرفت. بررسی‌های XRD و FTIR حاکی از حضور گروه‌های سیلان بر سطح نانو ذرات می‌باشد. بررسی‌های DLS نشان‌دهنده‌ی کاهش سایز ذرات و عدم آگلومراسیون ذرات در حضور گروه‌های سیلان بود، نتایج UVنانو ذرات عاملدار شده جذب بیشتری و درنتیجه توزیع‌پذیری بهتری را نشان داد. نتایج XRD نشان‌دهنده‌ی افزایش شدت فاز اسپینل ثانویه در حضور نانو ذرات عاملدار شده با گروه‌های سیلان می‌باشد که می‌تواند به دلیل توزیع بهتر نانو ذرات و درنتیجه نقش مؤثرتر آن در جوانه‌زنی فاز اسپینل و بهبود پخت حالت جامد و اتصال مستقیم بین دانه‌ها شود که نتیجه آن در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی مشهود می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

In this research in order to disperse nano additives through the matrix of mag- chrome refractories, a novel approach by using the silanol surface group was reported. In this regard, the modified of nano MgCr2O4 particles have been done by functionalizing of MgCr2O4 by 3-(thriethoxsilyl)propyl amine (APTES) silanol group. Then 1% MgCr2O4 nano additives (with and without surface group) were added to mag- chrome matrix and pressed under a uniaxial press at 120 MPa pressure and then fired at 1600 ℃. XRD and TEM analysis were used to evaluate the synthesis of nano particles. FTIR and XRD analysis were carried out to investigate the presence of surface group of nano particles. Phase analysis and microstructure investigation have been done by XRD and SEM analysis.  The physical and mechanical properties, were determined according to the respective DIN standards. Also XRD and FTIR analysis confirmed the presence of functionalized groups on the surface of nano particles. DLS analysis of functionalize and not functionalized nanoparticles shows the the decrease of particle size in presence of silanol groups,  the UV analysis confirmed better dispersion of nano particles due to higher adsorption of functionalized nano particles.  XRD results of mag-chrome samples showed increasing of secondary spinel in presence of functionalized nano additives which could related to better dispersion of nano additives which caused to promote nucleation of spinel phases and result in solid state sintering and could effect on the physical and mechanical properties. 

منابع و مأخذ:

[1] A. Azhari, F. Golestani-Fard & H. Sarpoolaki,  "Effect of nano iron oxide as an additive on phase and microstructural evolution of Mag-Chrome refractory matrix", J. Eur. Ceram. Soc, vol. 29, pp. 2679-2684, 2009.

 

 [2] Z. Huizhong, H. Shoutian & W. Houzhi, "The influence of nano- Fe₂O₃ on sintering and mechanical performance of magnesia- chrome refractory", Unitcer, pp. 284-287, 2003.

 

[3] Y. Jingkun, D. Shuping & G. Xinkul, "Effect of additives on the densification of magnesia- chrome refractory", Unitcer, pp. 102-105, 2003.

 

[4] M. Bavand-Vandchali, H. Laeh & B. Fotouhi-Ardakani, "Effect of TiO₂ and ZrO₂ on the properties and microstructure of MgO-chrome refractory co-clinker", Unitcer, 2009.

 

[5] H. Zargar, "Sintering studies of magnesia- chromite refractory composites", Doctor of Philosophy Tizzies, 2014.

 

[6] A. R. Studrat & V. C. Pandolfelli. "Surface chemistry as a tool for the development of advanced refractory casrables. Chapter 12, Refractory handbook, CRC Press, pp. 335-367, 2004.

 

[7] W. C. Allen, "The series MgCr₂O₄ – MgFe₂O₄", J. American ceramic society, vol. 51, pp. 485-490, 1968.

 

[8] G. C. Ulmer, "Oxidation- reduction reactions and equilibrium phase relation at 1300℃  at oxygen pressures from E^-14 atm for the spinel solid solution series FeCr₂O₄ – MgCr₂O₄ and FeCr₂O₄ – MgAl₂O₄", Penn. State. Univ. University Park, 1964.

 

[9] J. R. Rait, "An X-Ray investigation into the constitution of chrome ores", Iron Steel Inst. (London) Spec. Rept, vol. 32, pp. 175-209, 1946.

[10] L. V. Morozova & V. P. Popov, "Synthesis and investigation of magnesium chromium spinel", Glass Phys. Chem, vol. 36, pp. 86-91, 2010.

 

[11] S. Li, X. Jia & Y. Qi "Synthesis of nano crystalline magnesium chromite spinel by cutrate sol gel method", Advanced Materials research, vol. 284, pp. 730-733, 2011.

 

[12] N. Lotfian, A. A. Nourbakhsh, S. N. Mirsattari, A. Saberi Kenneth &  J. D. Mackenzie, "A comparison of the effect of nanostructured MgCr₂O₄ and FeCr₂O₄ additions on the microstructure and mechanical properties of direct-bonded magnesia-chrome refractories", Ceramics International, vol. 46, pp. 747-754, 2020.

 

[13] M. Sabzi, S. M. Mirabedini, J. Zohuriaan-Mehr & M. Atai, "Surface modification of TiO2 nano-particles with silane coupling agent and investigation of its effect on the properties of polyurethane composite coating", Progress in Organic Coatings, vol. 65, pp. 222–228, 2009.

 

[14] C. A. Dincer, N. Yildiz, N. Aydogan & A. Calimil, "A comparative study of Fe₃O₄ nanoparticles modified with different silane compounds", Applied surface science, vol. 318, pp. 297-304, 2014.

 

[15] B. Peng, C. Takia, H. Razavi-khosroshahi & M. Fuji, "Effect of silane modification on CNTs/silica composites fabricated by a non-firing process to enhance interfacial property and dispersability", Advanced powder technology, vol. 29, pp. 2091-2096, 2018.

 

[16] M. J. De Andrade, M. D. Lima, R. Bonadiman & C. P. Bergmanm, "Nanocrystalline pirochromite spinel through solution combustion synthesis", J. Mater. Res. Bull, vol. 41, pp. 2070-2079, 2006.

 

[17] S. Li, X. Jia & Y. Qi, "Synthesis of nano crystalline magnesium chromate spinel by citrate sol-gel method". J. Adv. Mater. Res, no. 284-286, pp. 730-733, 2011.

 

[18] A. H. Taghvaei, H. Shokrollahi, A. Ebrahimi & K. Janghorban, "Soft magnetic composites of iron- phenolic and the influence of silane coupling agent on the magnetic properties" Material chemistry and physics, vol. 116, pp. 247-253, 2009.

 

[19] Silane Coupling Agents - Shin-Etsu Silicone, www.shinetsusilicone-global.com, 2017.

 

[20] J. Zhao, M. Milanova, A. M. C. G. Warmoeskerken & V. Dutschk, "Surface modification of TiO2 nanoparticles with silane coupling agents", Colloids and surface A: Physicochemical and engineering aspects, vol. 413, pp. 273-279, 2012.

 

[21] A. Rabiee, "Silane modifying agents: introduction and application", polymerization, vol. 6, pp. 34-43, 2015.

 

[22] M. Yamaura, R. L. Camilo, L. C. Sampaio, M. A. Maceddo, M. Nakamura & H. E. Toma, "Preparation and characterization of (3-aminopropyl) triethoxysilane- coated magnetite nanoparticles", Journal of magnetism and magnetic materials, vol. 279, pp. 210-217, 2004.

 

[23] J. Hu, W. Zhao, R. Hu, G. Chang, C. Li & L. Wan, "Catalytic activity of spinel oxides MgCr2O4 and CoCr2O4 for methane combustion", Materials Research Bulletin, vol. 57, pp. 268–273, 2014.

 

[24] A. Brichni, H. Hammi, S. Aggoun & M. Adel, "Optimization of magnesium oxychloride cement properties by silica glass", Advances in Cement Research, vol. 28, pp. 1-10, 2016.

 

[25] M. Yan, D. Yang, Y. Deng, P. Chen, H. Zhou & X.Qiu "Influence of pH on the behavior lignosulfonate macromolecules in aques solution", colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects, vol. 371, 50-58, 2010.

 

[26] D. Yang, X. Qiu, Y. Pang & M. Zhou, "Physicochemical properties of calcium lignosulfonate with different molecular weights as dispersant in aqueous suspension", Journal of dispersion science and technology, vol. 29, pp, 1296-1303, 2008.

 

[27] M. Abboud, T. Sahlabji, M.Abu Haija & A. A. EI-Zahhar, "Synthesis and characterization of lignosulfonate/amino functionalized SBA-15 nanocomposite for the adsorption of methylene blue from wastewater", New journal of chemistry, vol. 44, pp. 2291-2302, 2020.

 

[28] Sh. Zhou, L. Wu, M. Xiong, Q. He & G. Chen, "Dispersion and UV-VIS properties of nanoparticles in coating", Journal of dispersion and technology, vol. 25, pp. 417-433, 2004.

 

[29] J. Njuguna, O. Arda Vanli & R. Liang, "A review of spectral methods for dispersion Characterization of carbon nanotubes in aqueous suspension", Journal of spectroscopy, 2015.

 

[30] م. خلیلی و م. پویامهر، "ساخت و بررسی خواص دیر گدازه‌ای ریختنی آلومینا اسپینلی، با استفاده از سیمان آلومینا بالا، حاوی آلومینا و دولومیت". فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 1، صفحه 158-143، 1394.