Thermal Insulation Properties of Red Mud as a Functional Filler for Polymer Composites

Abstract

Дослідження спрямоване на вирішенні проблеми утилізації промислових відходів шляхом використання червоного шламу (ЧШ), побічного продукту виробництва глинозему, та шамоту (Ра2) в полімерних композитах з акцентом на їхню теплоізоляційну ефективність. ЧШ та Ра2 були обрані як наповнювачі завдяки їхній доступності та унікальним властивостям. ЧШ з теплопровідністю 0,2651 Вт/м·К та Ра2 з теплопровідністю 0,2643 Вт/м·К були включені в матрицю стирол-бутадієнового сополімеру (Latex 2012) для створення композитів з концентрацією наповнювача 65-90 % мас. Вимірювання теплопровідності, виконані за допомогою аналізатора IT-λ-400, показали, що композити з 90 % мас. ЧШ і Ра2 мали теплопровідність 0,58 та 0,53 Вт/м·К відповідно. Моделювання, проведене за допомогою моделей Хашина-Штрикмана та Максвелла-Еукена, підтвердило придатність цих підходів для прогнозування теплопровідності систем з високим вмістом наповнювача. Отримані результати підкреслюють потенціал повторного використання ЧШ як ефективного наповнювача для полімерних композитів, що сприяє зниженню негативного впливу на навколишнє середовище та розробці матеріалів з високими функціональними характеристиками.

The study focuses on addressing the issue of industrial waste utilization by integrating red mud (RM), a by-product of alumina production, and chamotte (Ра2) into polymer composites with an emphasis on their thermal insulation efficiency. RM and Ра2 were chosen as fillers due to their availability and unique properties. RM with thermal conductivity of 0.2651 W/m·K and Ра2 with thermal conductivity of 0.2643 W/m·K were incorporated into a styrene-butadiene copolymer matrix (Latex 2012) to create composites with filler concentrations of 65-90 wt. %. Thermal conductivity measurements performed using the IT-λ-400 analyzer showed that composites with 90 wt. % RM and Ра2 had thermal conductivities of 0.58 and 0.53 W/m·K, respectively. Modeling conducted using Hashin-Shtrikman and Maxwell-Eucken models confirmed the suitability of these approaches for predicting the thermal conductivity of systems with high filler content. The results highlight the potential for reusing RM as an effective filler for polymer composites, contributing to reduced environmental impact and the development of materials with high functional performance.