|
| |
|
|
Application of Sol-Gel Method for Preparation of Dicalcium Silicate and its Solid Solutions
Baráček, Jan ; Živica, Vladimír (referee) ; Rovnaníková, Markéta (referee) ; Palou, Martin (advisor)
The subject of this doctoral thesis was to elucidate the mechanism of reaction leading to the formation of dicalcium silicate (C2S), its solid solutions and other phosphatic calcium silicate phases using the sol-gel method of synthesis. SiO2 (Tosil A), CaO (calcium nitrate tetra-hydrate) and H3PO4 (as a source of P2O5) were used as starting materials. Series of samples with different content of P2O5 were synthesized. The characterization of Tosil A and samples was based on the following methods: DTA/TGA and EGA, XRD and SEM and EDS analy-ses. It is known, that phosphorous oxide can enter the structure of C2S and possibly form solid solutions and different phosphatic calcium silicate phases in C2S–C3P system. Depending on the P2O5 concentration in mixtures, three distinct phases are formed: larnite (2CaO•SiO2), Ca14,92(PO4)2,35(SiO4)5,65 and 5CaO•SiO2•P2O5, as detected by XRD. Local microanalysis de-monstrated the presence of calcium phosphate epicenters (C3P) containing SiO2, calcium sili-cate (C2S) zones with minimum content of P2O5 and intermediary areas of various phosphatic calcium silicates. The formation of two distinct islets of C2S and C3P is due the affinity of acid oxides (SiO2, P2O5) towards the basic one (CaO) during the sol-gel process. Then, the formation of various phosphatic calcium silicates results from the diffusion of P2O5 and SiO2 towards calcium silicate and calcium phosphate, respectively.
|
|
|
The Synthesis and Characterisation of Biocomposite Materials for Potential Application in Medicine
Balgová, Zuzana ; Plešingerová,, Beatrice (referee) ; Bakoš, Dušan (referee) ; Palou, Martin (advisor)
Dizertační práce se zabývala syntézou a studiem kompozitních materiálů pro potenciální lékařské využití. Teoretická část je zaměřena na biomateriály, zejména na kompozity složené z polyvinylalkoholu a hydroxyapatitu(PVA/HA). Byly připraveny kompozitní membrány složené z polyvinylalkoholu s různým hmotnostním zastoupením hydroxyapatitu - 0%, 10%, 20%, 30%, 40% a 50%. Hydroxyapatit (HA) byl připraven srážecí metodou z hydrogenfosforečnanu amonného a tetrahydrátu dusičnanu vápenatého ve vodném alkalickém prostředí. Vzniklá suspenze se smísila s roztokem polyvinylalkoholu, který byl připraven rozpuštěním ve vodě o teplotě 85° C. Jednotlivé směsi byly odlity do formy a sušeny po dobu 7 dní při teplotě 30 ° C, vzniklé 0,5 mm tenké membrány byly analyzovány ATR-FTIR spektroskopií k identifikaci funkčních skupin v kompozitu, dále byla provedena XRD analýza. Zkouška tahem a TGA měření byly realizovány k určení vlivu HA na mechanické vlastnosti, respektive změnu tepelné odolnosti kompozitů ve srovnání s čistým PVA. Byla provedena zkouška bioaktivity v simulovaném krevním roztoku (SBF) po dobu 2h, 7 a 28 dnů. SEM byla použita k charakterizaci povrchové mikrostruktury biocompositních membrán před a po ponoření do SBF. Na povrchu testovaných membrán vznikla vrstva apatitu, která je charakteristická pro bioaktivní materiály. Bylo zjištěno, že s rostoucím množstvím HA částic docházelo ke vzniku aglomerátů v kompozitu, které vznikly mimo jiné jako důsledek růstu krystalů HA během sušení membrán. Bioaktivita rostla s delším působením SBF na vzorky.
|
|
|
Rheology of Inorganic Materials in Technology
Wirthová, Michaela ; Živica,, Vladimír (referee) ; Palou, Martin (referee) ; Havlica, Jaromír (advisor)
Disertační práce se zabývá studiem reologického chování materiálů na bázi cementu. Úvodní část obsahuje teoretické poznatky týkající se reologie a zkoumaných materiálů (cement, samozhutnitelný beton, superplastifikátory). Poté následuje detailní popis reologických vlastností čerstvých cementových materiálů. Kromě toho je dále uvedena hydratace cementu, kalorimetrie, Vicatův test, rentgenová difrakční analýza a elektronová mikroskopie. Experimentální část práce je rozdělena do dvou částí. První část se zabývá základní charakterizací, reologickým měřením a studiem statické meze toku směsí samozhutnitelných betonů a jejich matric. Druhá část se týká cementových past, které byly podrobeny testování pomocí reometru, Vicatova přístroje, isoperibolického a modulárního kalorimetru, rentgenového difraktometru a elektronového mikroskopu.
|
|
|
Mechanical Properties of Microstructural Components of Inorganic Materials
Wasserbauer, Jaromír ; Palou, Martin (referee) ; Drábik,, Milan (referee) ; Havlica, Jaromír (advisor)
Disertační práce se zabývá studiem strukturních a mechanických vlastností anorganických materiálů. Cílem je nalezení jednotlivých fází ve zkoumaném materiálu a hlavně lokalizace (mechanicky) nejslabšího místa, jeho ovlivnění a následně výroba materiálu o lepších mechanických vlastnostech. Z důvodu velkého množství použitých metod je základní teorie vložena vždy na začátku příslušné kapitoly. Taktéž z důvodu značného množství výsledků jsou na konci kapitol uvedeny dílčí závěry. Práce je rozdělena na tři části, kdy první se zabývá seznámením s možnostmi modelování mikro-mechanických vlastností a provedením experimentů umožňujících posouzení rozsahu platnosti některého modelu. V druhé části je provedeno shrnutí současných možností indentačních zkoušek pro měření mechanických vlastností strukturních složek betonu a praktické zvládnutí metodiky vhodné k užití pro výzkum materiálů zkoumaných domovským pracovištěm. V třetí části je navržena metoda identifikace nejslabších článků struktury anorganických pojiv a její ověření na konkrétním materiálu zkoumaném na domovském pracovišti. V této dizertační práci jsou použity tyto metody: kalorimetrie, ultrazvukové testování, jednoosá pevnost v tlaku, nanoindentace, korelativní mikroskopie a rastrovací elektronová mikroskopie s energiově disperzním spektrometrem. Dílčími výsledky jsou kompletní charakterizace cementových materiálů, upřesnění stávajících poznatků a nalezení optimálního postupu pro charakterizaci. Hlavním výsledkem je inovativní přístup vedoucí k pozitivnímu ovlivnění materiálu.
|
|
|
Synthesis of High-Strength Composites Based on Inorganic Cement and Polymer
Másilko, Jiří ; Palou, Martin (referee) ; Drábik, Milan (referee) ; Havlica, Jaromír (advisor)
The subject of the doctoral thesis is the study of moisture resistance of macro-defect-free (MDF) composites based on calcium-aluminate cement and polyvinylalcohol used as polymer. MDF cements are perspective materials providing unique properties relative to traditional cement pastes with great potential to incoming constructional utilization. But it is known that MDF cements exhibit sensitivity to water, with swelling and reduction of strength. Therefore the work is aimed in monitoring of an organic polymer effect on the moisture resistance of MDF materials and phase changes. The effects of three different organotitanate cross-linking agents on the properties were investigated. The organotitanate-modified MDF cement samples exhibited improved moisture resistance as compared to the standard samples when exposed to 100 % relative humidity or water at laboratory conditions. The influence of composition at different curing on the properties of model MDF cement samples was observed. The characterization of MDF samples was based especially on test of flexural strength, XRD, DTA/TGA and EGA, EDS and scanning electron microscopy analyses.
|
|
|
Preparation and Properties of Roman Cement
Opravil, Tomáš ; Palou, Martin (referee) ; Škvára, František (referee) ; Havlica, Jaromír (advisor)
The Ph.D. thesis deals with the preparation of highly hydraulic binders based on roman cement. Roman cement (natural cement) is recently not available on the market due to uneconomic production of such a specific binder. On the other hand there is a big lack of information on this hydraulic binder. These results in failure in meeting the basic principle of modern approaches to restoration of historical buildings or monuments made of such kind of materials, which is such, that the materials used for restoration should be compatible with original material. Recognition of the processes of roman cement preparation based on progressive methods of study can provide substantial information for more efficient raw material selection or even for nontraditional utilization, for example for artworks. This work hence is aimed at studying and selection of traditional natural as well as nontraditional raw materials such as clay. This work also studies the preparation of highly hydraulic binders based on roman cement and the kinetics of burning and hydration processes
|
|
|
Relation between Preparation Parameters of Belite Cement and its Hydraulic Properties
Staněk, Theodor ; Palou, Martin (referee) ; Škvára, František (referee) ; Havlica, Jaromír (advisor)
The dissertation thesis is devoted to the study of belite clinkers and to the possibilities of the increase in their hydraulic activity. The mechanism and the kinetics of belite clinker formation were studied together with the relation of the velocity of these processes and the hydraulic activity of clinker. The influence of various parameters (degree of lime saturation, duration and temperature of burning) of the belite clinker preparation on the belite clinker development in time, on belite polymorphism, on the chemical composition of belite crystals and on the belite cement hydraulic activity was studied, too. The research methods used for the investigation involved electron microscopy, optical microscopy, X-ray diffraction analysis, high-temperature microphotometry and calorimetry. The resulting clinkers were hydraulically activated by addition of calcium sulfate. The experiments have proven that the higher rate of belite formation does not lead to the increase of its hydraulic activity, as opposed to that of alite. On the other hand, the chemical activation by sulfate anions enables to prepare clinker with relatively higher degree of lime saturation with minor admixture of alite and anhydrite, which is hydraulically activated. The work was concluded by experimental burning of belite clinker doped with sulfate anions in a model rotary kiln and by the preparation of cements blended with common industrial alite clinker. The results indicate the possibility of separate industrial production of special belite clinker alongside with common alite clinker and the production of economically and environmentally beneficial blended Portland cements with suitable technological parameters, or targeted production of special cements with properties corresponding to their required utilization.
|
|
|
Synthesis of foamed bioceramics for potential medical applications
Doboš, Petr ; Šoukal, František (referee) ; Palou, Martin (advisor)
Cílem práce byla příprava porézních vzorků HAP pro potenciálně medicínské aplikace. HAP byl připraven metodou sol-gel a precipitační. Vzorky HAP byly podrobeny analýze FTIR, XRD, SEM. Takto připravený HAP byl napěněn pomocí houbové metody s jasně definovanými póry a pomocí polymerního a skleněného expanzelu s různou distribucí a velikostí pórů. U výsledných napěněných vzorků byla vyhodnocena mikrostruktura a povrchová analýza pomocí SEM, zjištěna porozita pomocí Hg porozimetru a sledována bioaktivita in vitro v SBF. Byly zjištěny jasně definované makro, mezo a mikro póry při různé distribuci. U houbové metody pomocí sol-gel došlo k vytvoření jasně definovaných a pravidelných pórů s monodisperzní porozitou. Dominantní velikost póru byla stanovena v rozmezí 1–5 µm. Celková porozita byla stanovena na 63,5 % s celkovým povrchem 3,048 1 m/g. Precipitační metodou s polymerním expanzelem došlo k polydisperznímu rozložení pórů s třemi hlavními fázemi v rozmezí: 50–100 µm, 5–10 µm a 0,5–1 µm. Celková porozita byla stanovena na 67,6 % s celkovým povrchem 19,090 3 m/g. Bioaktivita výsledných napěněných vzorků in vitro byla sledována po dobu 7 dnů v připraveném SBF. Při napěnění sol-gel houbovou metodou nevznikla výsledná bioaktivní vrstva. U precipitační metody napěněné pomocí polymerního expanzelu vznikla nepravidelná bioaktivní vrstva. Výsledky byly naměřeny pomocí SEM analýzy.
|
|
|
Preparation of bioceramic materials for medical applications
Doboš, Petr ; Šoukal, František (referee) ; Palou, Martin (advisor)
The aim of this work was to prepare hydroxyapatite powder by sol-gel and precipitation method. Then, the powders were pressed and sintered at 500 °C, 800 °C and 1100 °C. These samples of HAP were analyzed by FTIR, XRD, SEM methods. The microstructure measurement by SEM indicates that the size HAP particles varies from micro to nano meter. The average size of dominant particles is determined around 5 – 8 µm with surrounding fine particles of 1 µm size. The in vitro bioactivity of HAP samples was investigated by immersing them in Simulated Blood Fluid for 4 weeks. The work reports the result of mikrostructure analysis of samples after immersion. The bioactivity was influenced by the sintering temperature. It is evident, that the layer of the new hydroxyapatite phase formed during immersion on the surface of initial HAP samples changes with temperatures.
|
guest ::
