BARÁČEK, J. Aplikace metody sol-gel na syntézu dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztoků [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2014.
Předkládaná disertační práce se zabývá syntézou a studiem mechanismu formace dikalciumsilikátu v přítomnosti P2O5. Dikalciumsilikát (C2S) je jednou z hlavních krystalických fází, která tvoří 20–32 hmot. % portlandského slínku a je zodpovědná za vývoj pozdějších pevností. -C2S je v cementářské praxi často ztotožňován s belitem, jednou z hlavních krystalických fází tvořících portlandský slínek. Belit může, v závislosti na podmínkách přípravy (rychlosti chlazení, druhu a množství stabilizujících příměsí), obsahovat více vysokoteplotních modifikací C2S. Proto je pro čistý -C2S vhodnější používat jeho mineralogický název – larnit. Syntetický larnit, čistý -C2S, je možné připravit více způsoby. Tradiční cestou je syntéza v s-fázi výpalem surovinové směsi. Další možností je využití metody sol-gel. V obou případech se jedná se o přímou syntézu z oxidů (molární poměr CaO/SiO2 = 2) (5). Ing. Jan Baráčeksyntetizovaldicalciumsilikát v přítomnosti P2O5 pomoci metody sol-gel. Pro syntézu -C2S a jeho tuhých roztoků touto cestou byl v této práci použit stabilizovaný vodný sol Tosil A (zdroj SiO2) a ve vodě dobře rozpustný Ca(NO3)2 • 4H2O (zdroj CaO). Jako zdroj P2O5 byla používána H3PO4. Podrobně studoval jejich fázového složení a mikrostruktury. Byl zkoumán vliv podmínek syntézy na fázové složení vzorků dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztoků a vliv míry substituce SiO2 oxidem fosforečným na výsledné fázové složení a mikrostrukturu produktů. Charakterizace vzorků byla založena na metodách DTA/TGA ve spojení s EGA, XRD a skenovací elektronové mikroskopii (SEM) s EDS. Ing. Jan Baráček zpracoval předloženou disertační práci formou prezenčního studia. V roce 2010 vykonalstátní doktorskou zkoušku s hodnocením – prospěl. Doktorand se plnou měrou podílel na všech experimentech, včetně chemických analýz a vyhodnocení dosažených experimentálních výsledků. Výsledky svých prací zveřejnil v 2 impaktovaných časopisech CC (CEMENT AND CONCRETE RESEARCH, Volume: 59, Pages: 147-154, DOI: 10.1016/j.cemconres.2014.02.010 a JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, Volume: 33, Issue: 13-14, Pages: 2793-2799, DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.04.033 ), dále 1 v časopise Chemické listy. Je autorem2 příspěvků ve sbornících z konferencí ve světovém jazyce. Ing. Jan Baráček během celého doktorského studia prokázal vysokou míru samostatnosti, tvořivosti a pracovitosti. Do jisté míry je Jan Baráček ovlivněn svým přístupem k dokonalosti, jistoty a přesnosti. Jako pedagog je Ing. Jan Baráček oblíbeným studenty. Vzhledem k uvedeným skutečnostem mohu konstatovat, že Ing. Jan baráček je schopen řešitsamostatně vědeckou problematikua proto doporučuji předloženou práci přijat k obhajobě a po její úspěšné obhajobě udělit její titul Ph.D. ve studijním programu DPCO_CHM_4 Chemie, technologie a vlastnosti materiálů.
Cieľom práce bolo zistenie vzťahu medzi chemickým zložením a spôsobom prípravy dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztokov metódou sól-gél za cielenej a definovanej substitúcie oxidu kremičitého v štruktúre dikalciumsilikátu oxidom fosforečným. Zistenie reaktivity získaných produktov dikalciumsilikátu a relevantných tuhých roztokov za prítomnosti substituovaného P2O5, optimalizácia podmienok metódy sól-gél. Štúdium substitúcie bolo motivované skutočnosťou, že prítomný P2O5 síce stabilizuje vysokoteplotné formy dikalciumsilikátu, čo je želateľné a potrebné pri výpale portlandského slinku. Prekročenie limitného množstva P2O5 v zmesi vedie však k obmedzeniu až zastaveniu tvorby C3S v slinku, čo je samozrejme neželateľné. Autor študoval význam a vplyv substitúcie P2O5 u dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztokov pripravených za podmienok sól-gél technológie. Tieto sa významne odlišujú od technológie slinovania, ktorá je procesom pálenia slinku. Preto možno očakávať aj odlišnosti vo význame a vplyve P2O5 substitúcie u produktov týchto dvoch technologických postupov. Príprava dikalciumsilikátu metódou sól-gél a štúdium vlastností získaného produktu sú od sedemdesiatich rokov minulého storočia objektom značnej pozornosti a záujmu výskumu vo svete. Dikalciumsilikát je jednou z významných zložiek portlandského slinku a ovplyvňuje hlavne vývoj dlhodobých pevností cementu. V súčasnosti hlavným dôvodom záujmu je jeho excelentná bioaktivita s potenciálom pre biomedicínske aplikácie. Preto priťahuje pozornosť ako alternatívny materiál nahradzujúci kosti, keďže vykazuje dobrú biokompatibilitu, bioaktivitu, má vynikajúcu tvarovú adaptabilitu a dobrú príhľavosť k povrchu kostí. Dikalciumsilikát sa môže získať slinovacím procesom v tuhom stave alebo sól-gél metódou. Jedná sa o pomerne novú technológiu, ktorá sa používa v posledných desaťročiach v priemysle a jej aplikácie sú početné a rozličné. Výhodou sól-gél metódy oproti slinovacej technológii je možnosť získať dikalciumsilikát so zvýšenou čistotou, ktorá je predpokladom jeho vhodnosti ako alternatívneho materiálu pre medicínske aplikácie. Uvedené skutočnosti preukazujú opodstatnenosť a aktuálnosť zvolenej témy a cieľov dizertačnej práce. Postup riešenia a zvolené metódy spracovania Zvolený experimentálny program bol založený na použití komplexu moderných experimentálnych metód, vytváral dobré podmienky pre dosiahnutie cieľa práce. Výsledky dizertačnej práce Doktorská dizertačná práca predstavuje 123 stranový elaborát, ktorý obsahuje 69 obrázkov, 30 tabuliek, zoznam 100 citovaných prác a prílohu dvoch prác publikovaných v zahraničných renomovaných vedeckých časopisoch, ktorých spoluautorom je dizertant. Výsledky dizertačnej práce sú pôvodné a originálne poznatky prínosné pre aplikáciu sól-gél technológie v oblasti prípravy minerálnych zložiek cementov a príbuzných biomateriálov. Autor získal cenné kvalitatívne a kvantitatívne údaje o chemickom a fázovom zložení dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztokov za substitúcie SiO2 oxidom fosforečným. Preukázal sa stabilizačný efekt P2O5 vykazujúci vylúčenie nežiaducej premeny -C2S na -C2S (substitúcia 2–6 % SiO2 oxidom fosforečným), pri náhrade 10 až 20 % sa zistila zvýšená a zaujímavá pestrosť fázového zloženia produktu za tvorby kalcium-fosfát-silikátových fáz, sprevádzaná aj zvýšením obsahu voľného vápna v produktoch. Všetky tieto zmeny majú nepochybne dopad na vlastnosti dikalciumsilikátu a jeho tuhých roztokov a na možnosti ich využitia v oblasti medicínskych aplikácií. Preto zistenie vzťahu medzi chemickým a fázovým zložením predmetných materiálov a ich fyzikálnymi vlastnosťami predstavuje oblasť ďalšieho a nepochybne potrebného výskumu. Získané výsledky preukázali metódu sól-gél ako vhodnú a efektívnu technológiu pre prípravu dikalciumsilikátu ako alternatívneho biomateriálu, čím napĺňajú splnenie cieľov práce.
Aktuálnost tématu a cíle disertační práce Téma předložené disertační práce přináší další posun ve výzkumu tvorby larnitu metodou sol-gel a možnosti částečné náhrady iontů SiO44- ionty PO43-. Práce objasňuje reakční mechanismus vzniku kalcium-fosfát-silikátových fází v průběhu jejich přípravy. Práce má charakter základního výzkumu, významně přispívá k rozvoji vědní disciplíny v oboru silikátové chemie. Cíle disertační práce jsou jasně definovány, práce je zaměřena na optimalizaci syntézy C2S metodou sol-gel a jeho tuhých roztoků, studium reaktivity C2S v přítomnosti P2O5 a studium tuhých roztoků v soustavě C2S-C3P a identifikaci nových fází. Postup řešení problému a výsledky disertační práce Disertační práce je sepsána na 123 stranách, jako přílohy jsou přiloženy dvě publikace doktoranda, uveřejněné ve vědeckých časopisech – Journal of the European Ceramics Society a Cement and Concrete Research. Práce je dle zvyklostí rozdělena na teoretickou a experimentální část, obě části jsou vyvážené. Teoretická část je zpracována na 40 stranách. V jejím úvodu je stručně popsána výroba a fázové složení portlandského slínku, používaná paliva klasická i alternativní, pozornost je věnována masokostní moučce, která je zdrojem fosforečnanů a jejich vlivu na tvorbu slínkových minerálů a vlastnosti portlandského cementu. V teoretické části je podrobně popsána metoda sol-gel, vlastnosti solu a gelu. Metody jsou rozděleny podle použitých výchozích látek, postup vycházející z alkoxidů a postup vycházející ze stabilizovaných solů (rozpustných solí), jsou rovněž popsány výhody a nevýhody metody sol-gel, přičemž výhody tohoto postupu jsou převažující. V závěru teoretické části jsou popsány modifikace C2S a možnosti přípravy larnitu, a to jak výpalem, tak i metodou sol-gel. V úvodu experimentální části jsou uvedeny metody zkoumání, které umožňují charakterizovat připravené produkty. Metody jsou také využity k charakterizaci vstupní suroviny – Tosil A. Metodou sol-gel, která byla použita pro přípravu C2S, bylo připraveno 6 vzorků se stoupající substitucí SiO2 oxidem fosforečným. Každý vzorek byl podroben mikroskopickému sledování a byla u něj provedena mikroanalýza. Výsledky jsou v práci podrobně popsány a velmi výstižně diskutovány. Závěr práce shrnuje a hodnotí nejdůležitější dosažené výsledky. V práci je uvedeno100 odkazů na použitou literaturu, doktorand čerpal informace převážně ze zahraničních vědeckých časopisů. Význam výsledků rozvoj vědního oboru a pro praxi Předložená disertační práce spadá do kategorie základního výzkumu. Přináší nové poznatky v oboru silikátové chemie vzniku kalcium-fosfát-silikátových fází, připravených metodou sol-gel. Zvolení této metody přináší nový pohled na reakce při vzniku těchto fází. V práci chybí zmínka o možných praktických dopadech výsledků v souvislosti se spalováním masokostní moučky, která obsahuje sloučeniny na bázi fosforečnanů. Dále by bylo relevantní porovnat výsledky práce s dosud známými skutečnostmi ve výzkumu vlivu masokostní moučky na fázové složení slínku při jeho výrobě. Formální úprava disertační práce a jazyková úroveň Disertační práce má pěknou grafickou úpravu, výsledky jsou zpracovány do přehledných tabulek, práce je doplněna snímky z REM. Práce je napsána perfektní větnou skladbou bez gramatických chyb. V některých případech by bylo vhodnější použít české výrazy, např. slovo “formování“, které je často používáno, vyjadřuje spíše tvarovou charakteristiku než vznik nové fáze. Závěr Závěrem konstatuji, že doktorand ve své disertační práci prokázal hluboce vědecký systematický přístup k řešené problematice. Poznatky získanými při řešení disertační práce významně přispěl k rozvoji vědní disciplíny v oboru silikátové chemie. Disertační práce splňuje obecné požadavky na obsah a formu. Na základě uvedených skutečností doporučuji, aby Ing. Jan Baráček byl připuštěn k obhajobě disertační práce a po jejím úspěšném obhájení mu byl podle zákona č. 111/1998 Sb. a ve znění dalších předpisů přiznán titul Ph. D.
eVSKP id 77399