Research on multi-component sodium silicate coated sand with both moisture resistance and collapsibility
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि सोडियम सिलिकेट बाइंडर्स को हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज, टंग ऑयल और KH550 साइलेन कपलिंग एजेंट के साथ संशोधित करना उनकी पारंपरिक सीमाओं को प्रभावी ढंग से दूर करता है, जो नमी प्रतिरोध और ढहने की क्षमता (कोलैप्सिबिलिटी) दोनों को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाकर, विशिष्ट औद्योगिक वातावरणों के लिए कार्बनिक रेजिन प्रणालियों के एक अनुकूलित, पर्यावरण के अनुकूल विकल्प के रूप में कार्य करता है।
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विनिर्माण की दुनिया में, धातु के पुर्जों को बनाने की शुरुआत अक्सर रेत से बने सांचे से होती है। पिघली हुई धातु की भीषण गर्मी के सामने अपना आकार बनाए रखने के लिए, इस रेत को आपस में चिपकाया जाना आवश्यक है। दशकों तक, उद्योग ने फेनोलिक रेजिन (phenolic resin) नामक एक प्रकार के प्लास्टिक से बने गोंद पर भरोसा किया। हालांकि यह प्रभावी था, लेकिन यह गर्म होने पर जहरीली गैसें छोड़ता है, जिससे श्रमिकों के स्वास्थ्य को खतरा होता है और ऐसा खतरनाक कचरा पैदा होता है जिसे नष्ट करना कठिन होता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक स्वच्छ विकल्प की तलाश में थे: सोडियम सिलिकेट, जो रेत और सोडा ऐश से बना एक जल-आधारित कांच है। यह गैर-विषाक्त है और पीछे हानिरहित अवशेष छोड़ता है। हालांकि, इस पर्यावरण के अनुकूल गोंद में दो प्रमुख खामियां हैं जिन्होंने इसे जहरीले प्लास्टिक की जगह लेने से रोक रखा है। पहला, यह स्पंज की तरह हवा से पानी सोख लेता है, जिससे उपयोग से पहले ही रेत का सांचा ढह जाता है। दूसरा, एक बार जब धातु ठंडी हो जाती है, तो कांच जैसा गोंद इतना कठोर और भंगुर हो जाता है कि वह तैयार पुर्जे से अलग होने से इनकार कर देता है, जिससे श्रमिकों को उसे छीलने में घंटों समय बिताना पड़ता है।
सिचुआन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने तीन विशिष्ट योजकों (additives) के साथ सोडियम सिलिकेट को मिलाकर इन समस्याओं को हल करने का एक नया तरीका विकसित किया है, ताकि एक ऐसी रेत बनाई जा सके जो नमी का विरोध करे लेकिन गर्म होने पर आसानी से टूट जाए। टीम ने कांच वाले गोंद को हाइड्रोक्सीएथिल सेलुलोज (एक वनस्पति आधारित गाढ़ा करने वाला एजेंट), टंग ऑयल (बीजों से प्राप्त एक सुखाने वाला तेल), और एक साइलेन कपलिंग एजेंट (एक रासायनिक सेतु जो कार्बनिक और अकार्बनिक सामग्रियों को आपस में जोड़ने में मदद करता है) के साथ मिलाया। प्रत्येक घटक की मात्रा को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, उन्होंने एक ऐसा बाइंडर बनाया जो अपनी मजबूती खोए बिना आर्द्र भंडारण में जीवित रह सकता है, फिर भी कास्टिंग प्रक्रिया पूरी होने के बाद ढीली रेत में बदल जाता है।
वैज्ञानिकों ने कास्टिंग प्रक्रिया का अनुकरण करने के लिए रेत के कणों पर लेप लगाकर उन्हें उच्च तापमान पर बेक करके अपने मिश्रण का परीक्षण किया। उन्होंने मोल्डिंग के तुरंत बाद रेत की मजबूती मापी और फिर एक दिन नम हवा में बैठने के बाद भी इसकी जांच की। उन्होंने यह भी देखा कि गर्म करने के बाद सख्त रेत को कितनी आसानी से हिलाकर अलग किया जा सकता है। परिणामों ने दिखाया कि सामग्रियों का सही संयोजन 1.66 मेगापास्कल की प्रारंभिक मजबूती वाला रेत का सांचा बना सकता है, जो दबाव के तहत एक साथ रहने की इसकी क्षमता का एक माप है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि मिश्रण ने चौबीस घंटों तक 65 प्रतिशत आर्द्रता में रहने के बाद भी महत्वपूर्ण मजबूती बनाए रखी, जिससे यह सिद्ध हुआ कि यह उस नमी का सामना कर सकता है जो आमतौर पर ऐसे सांचों को नष्ट कर देती है।।
इस सफलता की कुंजी यह है कि तीनों योजक मिलकर कैसे कार्य करते हैं। वनस्पति-आधारित सेलुलोज रेत के कणों के चारों ओर एक निरंतर फिल्म बनाता है, जो एक भौतिक ढाल के रूप में कार्य करता है जो कांच के गोंद तक पानी पहुँचने से रोकता है। टंग ऑयल कांच के साथ प्रतिक्रिया करता है ताकि इसे पानी के नुकसान के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनाया जा सके। इस बीच, कपलिंग एजेंट कार्बनिक फिल्म को अकार्बनिक रेत से रासायनिक रूप से जोड़ता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि पूरी संरचना बरकरार रहे। जब सांचे को 400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो कार्बनिक घटक जल जाते हैं, जिससे एक छिद्रपूर्ण, कमजोर संरचना पीछे रह जाती है जो आसानी से बिखर जाती है। यह रेत को न्यूनतम प्रयास के साथ धातु के पुर्जे से अलग होने की अनुमति देता है, जिससे सफाई की कठिन समस्या हल हो जाती है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि आदर्श नुस्खा वातावरण के आधार पर बदलता रहता है। बहुत अधिक आर्द्र स्थितियों में, पानी को बाहर रखने के लिए पौधे-आधारित फिल्म फॉर्मर की अधिक मात्रा की आवश्यकता थी, जबकि संरचना को बहुत अधिक कठोर होने से रोकने के लिए रासायनिक सेतु की कम मात्रा की आवश्यकता थी। शुष्क परिस्थितियों में, संतुलन बदल गया, जिसमें बंधन को मजबूत करने के लिए रासायनिक सेतु की अधिक मात्रा की आवश्यकता थी। यह लचीलापन का मतलब है कि फाउंड्री अब अपने विशिष्ट स्थानीय जलवायु और भंडारण स्थितियों के अनुसार अपने रेत के मिश्रण को तैयार कर सकती है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि एक ऐसा रेत बाइंडर बनाना संभव है जो भंडारण में जीवित रहने के लिए पर्याप्त मजबूत और आवश्यकता पड़ने पर ढहने के लिए पर्याप्त कमजोर हो, जो धातु कास्टिंग उद्योग के लिए एक व्यवहार्य, गैर-विषाक्त मार्ग प्रदान करता है।
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