Identification and geographical distribution of pyrethroid resistance mutations in the poultry red mite Dermanyssus gallinae

The poultry red mite (PRM) Dermanyssus gallinae is the most common ectoparasite on poultry and causes high economic losses in poultry farming worldwide. Pyrethroid acaricides have been widely used for its control and, consequently, pyrethroid resistance has arisen. In this study we aim to investigate the occurrence of resistance and study the geographical distribution of pyrethroid resistance mutations across PRM populations in Europe

Reduced proinsecticide activation by cytochrome P450 confers coumaphos resistance in the major bee parasite Varroa destructor

Varroa destructor is one of the main problems in modern beekeeping. Highly selective acaricides with low toxicity to bees are used internationally to control this mite. One of the key acaricides is the organophosphorus (OP) proinsecticide coumaphos, that becomes toxic after enzymatic activation inside Varroa. We show here that mites from the island Andros (AN-CR) exhibit high levels of coumaphos resistance. Resistance is not mediated by decreased coumaphos uptake, target-site resistance, or increased detoxification. Reduced proinsecticide activation by a cytochrome P450 enzyme was the main resistance mechanism, a powerful and rarely encountered evolutionary solution to insecticide selection pressure. After treatment with sublethal doses of [14C] coumaphos, susceptible mite extracts had substantial amounts of coroxon, the activated metabolite of coumaphos, while resistant mites had only trace amounts. This indicates a suppression of the P450 (CYP)-mediated activation step in the AN-CR mites. Bioassays with coroxon to bypass the activation step showed that resistance was dramatically reduced. There are 26 CYPs present in the V. destructor genome. Transcriptome analysis revealed overexpression in resistant mites of CYP4DP24 and underexpression of CYP3012A6 and CYP4EP4. RNA interference of CYP4EP4 in the susceptible population, to mimic underexpression seen in the resistant mites, prevented coumaphos activation and decreased coumaphos toxicity

Ecology and conservation status of Taxus baccata population in NE Chalkidiki, northern Greece

Taxus baccata L. is a rare species threatenedwith extinction in Greece, as in other parts of Europe. This paper deals with the ecological status of the species in the area of NE Chalkidiki northern Greece, where the species appears in one of the greatest populations of the country. Site, standand yew population characteristics were studied in the area that species occupies. Eleven sample plots were marked, and on each plot, the height and diameter at breast height (DBH) were measured for all yew trees, as well as for all the individuals of the rest tree species, with diameter at breast height greater than 4 cm. Tree vitality of all trees was also estimated according to IUFRO classification. Yew radial growth was studied using tree-ring analysis. Tree natural regeneration was investigated within subplots of different dimensions and according to two height classes. Results showed that yew population occurs in stands dominated by beech, presenting a mean density of 301 trees per hectare, with a total population of 430 trees with DBH above 4 cm. It forms the secondary stand, and dominates in the stand understorey, accompanied with Fagus sylvatica and Ilex aquifolium, while it appears rarely in the overstorey. Yew tree vitality was foundto be quite high, and significantly higher than that of beech. Radial growth of the sampled trees follows a slow and constant annual increment gradually decreasing by tree age. Yew natural regeneration was foundto be relatively low, 1341.8 individuals (seedlings and saplings up to 1 m) per hectare. Management and in situ conservation of the species in the area should focus on species protection measures, andon specific silvicultural treatments for creating favourable conditions for species growth

1st Issue of OActive Newsletter

The first issue of the OActive Newsletter presents the objectives of the H2020 OActive project, its Active website, video & milestones, refers tot the Physical Meetings already performes, attendance to events and any progress updates, while introducing the OActive consortium to the wider public

Effects of production conditions on refractory materials' properties

Aiming to the design of refractory products structural, mechanical, and thermal properties were investigated. The selected raw materials were Greek bauxite and chamotte, which is a recycled refractory aluminosilicate material. Three different materials were investigated after mixing both raw materials with an aluminate cement and also bauxite with a phenol formaldehyde resin. Different production conditions and raw materials characteristics were selected (bonding material’s content, raw material’s particle size, molding pressure and firing temperature). After data analysis, mathematical models were obtained for the prediction of all materials’ properties. Regarding the structural properties, true density was found to be dependent only by the raw material. The refractories produced using bauxite exhibited higher density due to faster sintering that occurs during firing, due to their higher content in alumina (Al2O3). In addition, it has been observed that an increase in all production conditions has led to an increase in apparent density and thus a reduction in porosity, with the exception of chamotte’s grain size that did not seem to affect specimens’ density. For the study of mechanical properties an appropriate mathematical model was fitted to the experimental data, containing parameters with physical meaning: maximum stress, maximum strain, modulus of elasticity and viscoelastic parameter. Simple mathematical models were developed to correlate those parameters to the production conditions and raw materials’ characteristics. After data processing it was noticed that when increasing molding pressure, maximum stress and maximum strain increased, while the viscoelastic parameter did not seem to be independent of this change. Firing temperature significantly affects mechanical properties and it caused their increment. Higher bonding agent concentration led to higher compressive strength, while, increased raw materials’ grain size leads to samples with lower elasticity parameter. The examination of thermal properties was performed using thermogravimetry and differential scanning calorimetry, where a small mass loss was recorded. In addition, loss on ignition of the raw materials, as well as water absorption capacity of the different refractories was evaluated. Finally, after thermal shock tests chamotte refractories showed increased resistance in quenching, while bauxitic, cement-bonded refractories presented imperfections after a short number of intervals.Με στόχο το σχεδιασμό κατάλληλων πυρίμαχων προϊόντων επιλέχθηκε η μελέτη δομικών, μηχανικών και θερμικών ιδιοτήτων, καθώς και η αντοχή σε θερμικό αιφνιδιασμό. Οι πρώτες ύλες που μελετήθηκαν ήταν ελληνικός βωξίτης και σαμμότ, το οποίο αποτελεί μία ανακυκλωμένη πρώτη ύλη αργιλοπυριτικών πυρίμαχων. Έτσι, τα υλικά που εξετάσθηκαν προέκυψαν από την ανάμιξη των δύο πρώτων υλών με αλουμινούχο συνδέτη αλλά και της βωξιτικής πρώτης ύλης με ρητίνη φαινόλης-φορμαλδεΰδης. Επομένως, κρίθηκε αναγκαίο να μελετηθούν διαφορετικές συνθήκες παραγωγής και χαρακτηριστικά των πρώτων υλών και συγκεκριμένα η περιεκτικότητα σε συνδέτη, η κοκκομετρία της πρώτης ύλης, η πίεση μορφοποίησης και η θερμοκρασία έψησης.Μετά την ολοκλήρωση των πειραματικών μετρήσεων ακολούθησε επεξεργασία και προέκυψαν μαθηματικά πρότυπα πρόβλεψης των ιδιοτήτων. Η πραγματική πυκνότητα βρέθηκε ότι εξαρτάται μόνο από το είδος της πρώτης ύλης. Τα βωξιτικά υλικά εμφανίζουν μεγαλύτερη πυκνότητα λόγω της ταχύτερης πυροσυσσωμάτωσης κατά την έψηση. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι αύξηση όλων των παραμέτρων οδηγεί σε αύξηση της φαινόμενης πυκνότητας και μείωση του πορώδους, με εξαίρεση την κοκκομετρία της πρώτης ύλης του σαμμότ, όπου φαίνεται ότι δεν επηρεάζει την πυκνότητα των πυρίμαχων. Για τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκε κατάλληλο μαθηματικό πρότυπο και υπολογίστηκαν η μέγιστη τάση και παραμόρφωση, το μέτρο ελαστικότητας και ο ιξωδοελαστικός παράγοντας. Στη συνέχεια, προσαρμόστηκαν μαθηματικά πρότυπα, τα οποία συσχετίζουν τα προαναφερθέντα μεγέθη με τις συνθήκες της διεργασίας. Έτσι, προέκυψε ότι αυξημένη πίεση μορφοποίησης, αυξάνει τόσο τη μέγιστη τάση όσο και τη μέγιστη παραμόρφωση, ενώ δεν επηρεάζει τον ιξωδοελαστικό παράγοντα. Η θερμοκρασία έψησης βρέθηκε ότι παρουσιάζει τη μεγαλύτερη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες και συγκεκριμένα προκαλεί την αύξησή τους. Επίσης, μεγάλο ποσοστό συνδέτη οδηγεί σε μεγαλύτερη αντοχή σε θραύση, λόγω ανάπτυξης ισχυρότερων δυνάμεων συνοχής, ενώ τα δείγματα που έχουν παρασκευασθεί με χρήση αυξημένης κοκκομετρίας εμφανίζουν μειωμένο μέτρο ελαστικότητας. Επίσης, πραγματοποιήθηκε θερμική ανάλυση με χρήση θερμοζυγού και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης, όπου παρατηρήθηκε μικρή μεταβολή της μάζας του δείγματος. Τέλος, κατά την πραγματοποίηση των δοκιμών του θερμικού αιφνιδιασμού παρατηρήθηκε ότι τα πυρίμαχα από σαμμότ εμφανίζουν υψηλή αντοχή σε θερμικό αιφνιδιασμό, ενώ τα βωξιτικά πυρίμαχα με αλουμινούχο συνδέτη παρουσιάζουν ατέλειες σε μικρό αριθμό θερμικών κύκλων

Molecular analysis of insecticide resistance mechanisms and biotechnological approaches for novel selective compound development

Insect/mite pests are defined as insects and mites that can have serious impact on agricultural crops, livestock/poultry and public health. One of the control measures is the use of insecticides. Nevertheless, the improper or excess insecticide application in the field has led to the development of resistance. The analysis of resistance mechanisms is a necessary condition for the management of the resistance phenomenon, providing important information in the effort to discover new insecticides or even new insecticide targets.In the first chapter, the resistance mechanisms of the poultry red mite (Dermanyssus gallinae) (Poultry Red Mite-PRM) were studied in populations from Greece and Europe, with an emphasis on pyrethroid insecticides and Amitraz. High levels of resistance to pyrethroids and Amitraz were detected in populations (GRC1, GRC2) collected from Megara and Ilion (Greece), respectively, areas that bear almost 40% of the country's chicken farming. Resistance to the pyrethroids -cypermethrin, cyfluthrin and fluvalinate, acaricides that have been used extensively in Greece for several years, were found 10,000 times more compared to a sensitive laboratory strain. The presence and frequency of pyrethroid resistance mutations (which have been identified and characterized in other species) were then assessed in a large number of poultry red mite populations across Europe (53 samples in total from 15 European countries). The results showed that the mutations M918L/T, L925V, T929I, F1534L, F1538L/I, F1537L were widespread throughout Europe, as only three of the 53 samples tested had no mutation in the voltage gated sodium channel regions (target of pyrethroids (VGSC (IIS4 -S5 and IIIS6)), investigated in this study. At the same time, the GRC1 population was found to be particularly resistant to Amitraz (RR>740,000) and during the analysis of the β-adrenergic receptor, the target of Amitraz, a new mutation (A89V) was found (also was identified in three of the 11 European countries examined). The mutation was analyzed for its potential role in resistance by heterologous expression in the Xenopus system, without conclusive results. To further analyze the mechanisms of resistance in poultry red mite, a transcriptome analysis was performed and we aimed to analyze 3 overexpressed P450s, to investigate their potential role in the multiresistance phenotype. After the heterologous expression of functional 59/ CYP4PG-like, 97/ CYP3012A-like, 51/ CYP3110A-like in E. coli cells, their activity against substrates (fluorescent) and insecticides (pyrethroids and Amitraz) was analyzed and it was shown that only 51 / CYP3110A-like showed activity against 7-ethoxycoumarin, EC, MC, EMC, BOMCC and EOMCC.In the second chapter, the possible resistance mechanisms of Lobesia botrana populations collected from Greece and Turkey were studied molecularly (for the first time in the literature). Greek populations showed low resistance (2-5 times) to the studied insecticides (chlorantraniliprole, alpha-cypermethrin, spinetoram, etofenprox, acetamiprid) while Turkish populations showed moderate resistance (4 and 30-fold for indoxacarb, 5-59 times for spinosad and 18-30 times for deltamethrin). Insecticide targets were investigated for possible mutations in the L. botrana populations (compared to a susceptible laboratory strain), by sequencing the relevant gene segments. For all genes studied, no known and/or novel mutations were detected in any of the gene targets of pyrethroids, oxadiazines (VGSC), spinosyns (nAChR_α6), diamides (RyR), avermectins (GluCl) and organophosphates (ace). Nevertheless, through this study, a set of gene sequences and a transcriptome were generated, that will help in subsequent studies in the analysis of possible target resistance mechanisms in L. botrana. The transcriptome also yielded cytochrome P450 genes that were phylogenetically analyzed to help the scientific community study the role of detoxification (metabolism) in insecticide resistance in the future.The third chapter of the study summarizes the literature related to cytochrome P450s from insects (pests and beneficial) and mites that have been functionally validated for their role in xenobiotic detoxification by in vitro or in vivo techniques. The phylogenetic correlations, the systems used to analyze the role of each enzyme are presented and the respective limitations are discussed. The above summary is under the umbrella of the possible involvement of P450s in the development of selective insecticides, as P450s catalyze the detoxification of many active substances in pollinators and beneficial insects, ultimately being the key to insecticide selectivity.In the fourth chapter, a functional analysis of the GGPPS protein from Lepidoptera was carried out as well as its characterization as a potential target for insecticides. Partial deletion of the GGPPS gene using the CRISPR genetic modification technique in the lepidopteran Spodoptera frugiperda indicated the necessity of this gene for insect development. Furthermore, it was shown that the GGPPS protein is expressed and functional in the E.coli heterologous expression system, and that its activity can be inhibited by bisphosphonates inhibitors, findings which highlight its role as a potential insecticide target in the future. For the above, a screening protocol was developed which could contribute to the discovery of novel insecticides in the future.Ως έντομα/ ακάρεα εχθροί ορίζονται τα έντομα και ακάρεα που προκαλούν σοβαρές επιπτώσεις στις αγροτικές καλλιέργειες, την κτηνοτροφία/πτηνοτροφία και στη δημόσια υγεία. Ο έλεγχος τους πραγματοποιείται κατά κύριο λόγο με χρήση εντομοκτόνων. Παρόλα αυτά η λανθασμένη ή και αλόγιστη εφαρμογή τους στο πεδίο έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη ανθεκτικότητας. Η ανάλυση των μηχανισμών ανθεκτικότητας είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη διαχείριση και την αντιμετώπιση του φαινομένου, παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες στην προσπάθεια ανακάλυψης νέων εντομοκτόνων ή και νέων στόχων εντομοκτόνων.Στο πρώτο κεφάλαιο μελετήθηκαν οι μηχανισμοί ανθεκτικότητας του ερυθρού ακάρεως των πουλερικών (Dermanyssus gallinae) (Poultry Red Mite- PRM) σε πληθυσμούς από την Ελλάδα και την Ευρώπη, με έμφαση στα πυρεθροειδή εντομοκτόνα και το Amitraz. Υψηλά επίπεδα ανθεκτικότητας στα πυρεθροειδή και το Amitraz εντοπίστηκαν σε πληθυσμούς (GRC1, GRC2) που συλλέχθηκαν από τα Μέγαρα και το Ίλιον (Ελλάδα), αντίστοιχα, όπου φιλοξενείται σχεδόν το 40% της εκτροφής ορνίθων της χώρας. Παρατηρήθηκε η ανάπτυξη ανθεκτικότητας στα πυρεθροειδή -cypermethrin, cyfluthrin και fluvalinate, ακαρεοκτόνα που χρησιμοποιούνται εκτενώς στην Ελλάδα εδώ και αρκετά χρόνια. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε 10.000 φορές περισσότερη συγκέντρωση ακαρεοκτόνου στα ανθεκτικά στελέχη, σε αντίθεση με ευαίσθητο εργαστηριακό στέλεχος ,για την θανάτωση του 50% του πληθυσμού των ακάρεων . Στη συνέχεια αξιολογήθηκε η παρουσία και η συχνότητα μεταλλαγών ανθεκτικότητας στα πυρεθροειδή (οι οποίες έχουν ταυτοποιηθεί σε άλλα είδη), σε μεγάλο αριθμό πληθυσμών ερυθρού ακάρεως των πουλερικών σε όλη την Ευρώπη (53 δείγματα συνολικά από 15 ευρωπαϊκές χώρες). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μεταλλαγές M918L/Τ, L925V, T929I, F1534L, F1538L/Ι, F1537L ήταν ευρέως διαδεδομένες σε όλη την Ευρώπη, καθώς μόνο τρία από τα 53 δείγματα που εξετάστηκαν δεν είχαν καμία μεταλλαγή στις περιοχές του τασο- εξαρτώμενου καναλιού νατρίου, στόχου των πυρεθροειδών (VGSC (IIS4 -S5 και IIIS6)) που διερευνήθηκαν σε αυτή τη μελέτη. Παράλληλα, ο πληθυσμός GRC1 βρέθηκε ιδιαίτερα ανθεκτικός στο Amitraz (RR>740.000) και κατά την ανάλυση του β αδρενεργικού υποδοχέα, στόχου του Amitraz, βρέθηκε μια νέα μεταλλαγή (Α89V) η οποία εντοπίστηκε και στους τρεις από τους πληθυσμούς 11 Ευρωπαϊκών χωρών που εξετάστηκαν. Η μεταλλαγή αναλύθηκε για τον πιθανό ρόλο της στην ανθεκτικότητα με ετερόλογη έκφραση στο σύστημα Xenopus, χωρίς καταληκτικό συμπέρασμα. Για την περαιτέρω ανάλυση των μηχανισμών ανθεκτικότητας στο ερυθρό άκαρι των πουλερικών, έγινε ανάλυση μεταγραφώματος και στοχεύσαμε στην ανάλυση 3 υπερεκφρασμένων P450s, για τη διερεύνηση του πιθανού ρόλου τους στο φαινότυπο πολυανθεκτικότητας. Μετά την ετερόλογη έκφραση των λειτουργικών 59/ CYP4PG-like, 97/ CYP3012A-like, 51/ CYP3110A-like σε κύτταρα E. coli αναλύθηκε η ενεργότητά τους έναντι υποστρωμάτων (φθοριζόντων) και εντομοκτόνων (πυρεθροειδή και Amitraz) και δείχθηκε πως μόνο η 51/ CYP3110A-like έδειξε ενεργότητα έναντι των 7-ethoxycoumarin, EC, MC, EMC, BOMCC και EOMCC.Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετήθηκαν μοριακά (για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία) οι πιθανοί μηχανισμοί ανθεκτικότητας πληθυσμών ευδεμίδας (Lobesia botrana) που συλλέχθηκαν από Ελλάδα και Τουρκία. Οι Ελληνικοί πληθυσμοί είχαν χαμηλή ανθεκτικότητα (2-5 φορές) στα μελετώμενα εντομοκτόνα (chlorantraniliprole, alpha-cypermethrin, spinetoram, etofenprox, acetamiprid) ενώ οι Τουρκικοί είχαν μέτρια ανθεκτικότητα (4 και 30-φορές για το indoxacarb, 5-59 φορές για το spinosad και 18-30 φορές για το deltamethrin). Διερευνήθηκαν στόχοι εντομοκτόνων για πιθανές μεταλλαγές στους πληθυσμούς ευδεμίδας (σε σύγκριση με ένα ευαίσθητο εργαστηριακό στέλεχος), με αλληλούχιση των σχετικών γονιδιακών τμημάτων. Για όλα τα γονίδια που μελετήθηκαν, δεν ανιχνεύθηκαν γνωστές ή/και νέες μεταλλαγές σε κανέναν από τους γονιδιακούς στόχους των πυρεθροειδών, οξαδιαζινών (VGSC), σπινοσυνών (nAChR_α6), διαμιδίων (RyR), αβερμεκτινών (GluCl) και οργανοφωσφορικών (ace). Παρόλα αυτά, μέσα από τη μελέτη αυτή, δημιουργήθηκε ένα σύνολο αλληλουχιών γονιδίων, καθώς και ένα μεταγράφωμα που θα βοηθήσουν σε επόμενες μελέτες στην ανάλυση πιθανών μηχανισμών ανθεκτικότητας στόχου στην ευδεμίδα. Από το μεταγράφωμα επίσης προέκυψαν γονίδια του κυτοχρώματος P450 που αναλύθηκαν φυλογενετικά για να βοηθήσουν την επιστημονική κοινότητα να μελετήσει το ρόλο της αποτοξικοποίησης (μεταβολισμός) στην ανθεκτικότητα στα εντομοκτόνα.Στο τρίτο κεφάλαιο της μελέτης συνοψίζεται η βιβλιογραφία που σχετίζεται με τα κυτοχρώματα P450s από έντομα (επιβλαβή και ωφέλιμα) και ακάρεα που έχουν συσχετιστεί λειτουργικά με την αποτοξικοποίηση ξενοβιοτικών με in vitro ή in vivo τεχνικές. Η φυλογενετικοί συσχετισμοί, τα συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση του ρόλου του κάθε ενζύμου παρουσιάζονται και συζητούνται οι εκάστοτε περιορισμοί. Η παραπάνω σύνοψη γίνεται στο πλαίσιο της πιθανής συμμετοχής των P450s στην ανάπτυξη εκλεκτικών εντομοκτόνων, καθώς τα P450s καταλύουν την αποτοξικοποίηση πολλών δραστικών ουσιών στους επικονιαστές και τα ωφέλιμα έντομα, αποτελώντας τελικά το κλειδί για την εκλεκτικότητα του εντομοκτόνου. Στο τέταρτο κεφάλαιο της διατριβής πραγματοποιήθηκε λειτουργική ανάλυση της πρωτεΐνης GGPPS από Λεπιδόπτερα καθώς και χαρακτηρισμός της ως πιθανού στόχου για εντομοκτόνα. Μερική απαλοιφή του γονιδίου GGPPS με τη χρήση της τεχνικής γενετικής τροποποίησης CRISPR στο λεπιδόπτερο Spodoptera frugiperda υπέδειξε την αναγκαιότητα του γονιδίου αυτού για την ανάπτυξη των εντόμων. Επιπλέον αποδείχθηκε ότι η πρωτεΐνη GGPPS εκφράζεται και είναι λειτουργική στο ετερόλογο σύστημα έκφρασης Escherechia.coli, και ότι η δράση της μπορεί να ανασταλεί από διφωσφονικούς αναστολείς, ευρήματα τα οποία αναδεικνύουν το ρόλο της μελλοντικά ως πιθανό στόχο εντομοκτόνων. Για τα παραπάνω, αναπτύχθηκε ένα πρωτόκολλο διαλογής το οποίο θα μπορούσε μελλοντικά να συμβάλει στην ανακάλυψη νέων εντομοκτόνω

Effect of production conditions on the final properties of refractory materials

257 σ.Οι δομικές, μηχανικές και θερμικές ιδιότητες των πυρίμαχων υλικών, που προορίζονται για επένδυση βιομηχανικών καμίνων υψηλών θερμοκρασιών, αποτελούν σημαντικό κριτήριο επιλογής τους στη βιομηχανία. Η παραγωγή προϊόντων με βέλτιστες ιδιότητες οδηγεί σε αύξηση του χρόνου χρήσης τους μετά την τοποθέτησή τους και κατ’ επέκταση μειώνει το λειτουργικό κόστος, κάνοντας την αντικατάστασή τους απαραίτητη σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα. Με στόχο το σχεδιασμό των κατάλληλων τελικών προϊόντων επιλέχθηκε η μελέτη δομικών ιδιοτήτων, όπως η φαινόμενη και η πραγματική πυκνότητα, το πορώδες και το ποσοστό συρρίκνωσης και μηχανικών ιδιοτήτων, όπως η αντοχή σε θραύση και συγκεκριμένα η μέγιστη τάση, η μέγιστη παραμόρφωση και το μέτρο ελαστικότητας. Όσον αφορά στις θερμικές ιδιότητες, μελετήθηκαν οι μεταβολές με χρήση θερμοζυγού και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης, η αντοχή σε θερμικό αιφνιδιασμό (quenching) καθώς και η απώλεια πύρωσης. Τα υλικά που μελετήθηκαν ήταν ελληνικός βωξίτης (shaft kiln bauxite) και σαμμότ, το οποίο αποτελεί μία προεψημένη πρώτη ύλη, που συχνά έχει προκύψει από ανακύκλωση μίγματος απορριπτόμενων αργιλοπυριτικών πυρίμαχων. Παράλληλα, για τη μορφοποίηση των πυρίμαχων είναι απαραίτητη η χρήση συνδέτη και για το λόγο αυτό επιλέχθηκαν δύο διαφορετικά συστήματα σύνδεσης και συγκεκριμένα, αλουμινούχο τσιμέντο με προσθήκη νερού και ρητίνη φαινόλης-φορμαλδεΰδης. Έτσι, κρίθηκε αναγκαίο να μελετηθούν διαφορετικές συνθήκες παραγωγής και χαρακτηριστικά των πρώτων υλών τα οποία, με βάση τα προκαταρκτικά πειράματα, προέκυψε ότι επηρεάζουν σημαντικά τη συμπεριφορά των τελικών προϊόντων. Ως εκ τούτου, χαρακτηριστικά των πρώτων υλών που εξετάσθηκαν αποτέλεσαν η περιεκτικότητα σε συνδέτη και η κοκκομετρία της πρώτης ύλης, ενώ συνθήκες παραγωγής η πίεση μορφοποίησης και η τελική θερμοκρασία έψησης. Η επίδραση των συνθηκών παραγωγής και των χαρακτηριστικών των πρώτων υλών στις τελικές ιδιότητες μελετήθηκε σε τρία διαφορετικά υλικά τα οποία προέκυψαν από την ανάμιξη των δύο πρώτων υλών με τον αλουμινούχο συνδέτη και της βωξιτικής πρώτης ύλης με τη ρητίνη. Μετά την ολοκλήρωση των πειραματικών μετρήσεων των ιδιοτήτων ακολούθησε κατάλληλη επεξεργασία και προέκυψαν μαθηματικά πρότυπα πρόβλεψης των ιδιοτήτων για όλα τα υλικά συναρτήσει των εξεταζόμενων συνθηκών. Όσον αφορά στις ιδιότητες δομής, η φαινόμενη πυκνότητα και το πορώδες βρέθηκε ότι εξαρτώνται από τις συνθήκες παραγωγής και τα χαρακτηριστικά των πρώτων υλών, ενώ η πραγματική πυκνότητα εξαρτάται μόνο από το είδος της πρώτης ύλης. Τα υλικά που έχουν παρασκευαστεί με πρώτη ύλη το βωξίτη εμφανίζουν μεγαλύτερη πυκνότητα λόγω της ταχύτερης πυροσυσσωμάτωσης που λαμβάνει χώρα κατά την έψησή τους, εξαιτίας της μεγαλύτερης περιεκτικότητάς τους σε αλούμινα (Αl2O3) αλλά και σε οξείδιο του σιδήρου (Fe2O3). Σημειώνεται όμως ότι τα δείγματα από βωξίτη παρασκευάσθηκαν υπό μεγαλύτερες θερμοκρασίες έψησης κάτι που δεν ήταν δυνατό στα δείγματα σαμμότ, καθώς υπήρχε τήξη μέρους των ενώσεων που τα αποτελούν. Έτσι, τα προϊόντα από σαμμότ, με δεδομένο ότι προορίζονται για χρήση σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και ταυτόχρονα εμφανίζουν χαμηλότερο κόστος από το βωξίτη, μπορούν να επιλεγούν ανάλογα με την τελική τους χρήση. Επίσης, σχετικά με τις δομικές ιδιότητες παρατηρήθηκε ότι αύξηση όλων των παραμέτρων των συνθηκών παρασκευής οδηγεί σε αύξηση της φαινόμενης πυκνότητας και κατ’ επέκταση μείωση του πορώδους, με εξαίρεση την κοκκομετρία, η οποία αν και προκαλεί αύξηση στην πυκνότητα των βωξιτικών πυρίμαχων, φαίνεται ότι δεν επηρεάζει τα πυρίμαχα από σαμμότ. Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων πραγματοποιήθηκε σε όλα τα δείγματα μετά την έψησή τους και με χρήση κατάλληλου μαθηματικού προτύπου, που περιέχει παραμέτρους με φυσική σημασία, υπολογίστηκαν: η μέγιστη τάση (σmax), η μέγιστη ανηγμένη παραμόρφωση (εmax), το μέτρο ελαστικότητας (E) και ο ιξωδοελαστικός παράγοντας (p). Στη συνέχεια, προσαρμόστηκαν μαθηματικά πρότυπα, τα οποία συσχετίζουν τα προαναφερθέντα μεγέθη με τις συνθήκες παραγωγής και τα χαρακτηριστικά των πρώτων υλών. Από την επεξεργασία των μετρήσεων προκύπτει ότι αυξημένη πίεση μορφοποίησης, αυξάνει τόσο τη μέγιστη τάση όσο και τη μέγιστη παραμόρφωση, ενώ δεν επηρεάζει τον ιξωδοελαστικό παράγοντα. Η θερμοκρασία έψησης βρέθηκε ότι παρουσιάζει τη μεγαλύτερη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες και συγκεκριμένα προκαλεί την αύξησή τους. Επίσης, μεγάλο ποσοστό συνδέτη οδηγεί σε μεγαλύτερη αντοχή σε θραύση, λόγω ανάπτυξης ισχυρότερων δυνάμεων συνοχής, ενώ τα δείγματα που έχουν παρασκευασθεί με χρήση αυξημένης κοκκομετρίας εμφανίζουν μειωμένο μέτρο ελαστικότητας. Πραγματοποιήθηκε, επίσης, συσχέτιση των δομικών και μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ τους με χρήση μαθηματικών προτύπων, ώστε να είναι εφικτή η τελική επιλογή των βέλτιστων υλικών με βάση τόσο τις μηχανικές όσο και τις δομικές τους ιδιότητες αλλά και την τελική τους χρήση. Η εξέταση των θερμικών ιδιοτήτων έχει ως στόχο τη διερεύνηση της καταλληλότητας των υλικών με βάση την υψηλή τους θερμική σταθερότητα, καθώς προορίζονται για χρήση σε θερμοκρασίες περί των 1000°C και άνω, λαμβάνοντας παράλληλα υπόψιν ότι η θερμική αλλά και η μηχανική κατεργασία επηρεάζει το είδος και τον αριθμό των ατελειών του υλικού και κατ’ επέκταση το χρόνο ζωής της κατασκευής. Ως εκ τούτου πραγματοποιήθηκε θερμική ανάλυση με χρήση θερμοζυγού και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης μετά την οποία παρατηρήθηκε μικρή μεταβολή της μάζας του δείγματος με αύξηση της θερμοκρασίας. Επίσης, υπολογίστηκε η απώλεια πύρωσης των πρώτων υλών του βωξίτη και του σαμμότ καθώς και η υδατοαπορρόφηση των διαφορετικών τύπων πυρίμαχων. Τέλος, κατά την πραγματοποίηση των δοκιμών του θερμικού αιφνιδιασμού παρατηρήθηκε η μεταβολή στις μηχανικές ιδιότητες μετά από τους διαφορετικούς κύκλους έψησης και πραγματοποιήθηκε σύγκριση με τις αρχικές τιμές τόσο του μέτρου ελαστικότητας όσο και της μέγιστης τάσης των υλικών. Προέκυψε, έτσι, ότι τα πυρίμαχα από σαμμότ εμφανίζουν υψηλή αντοχή σε θερμικό αιφνιδιασμό, ενώ τα βωξιτικά πυρίμαχα με αλουμινούχο συνδέτη και νερό βρέθηκε ότι παρουσιάζουν ατέλειες σε μικρό αριθμό θερμικών κύκλων.The structural, mechanical and thermal properties of refractory materials, aiming for lining high temperature industrial furnaces, are important selection criteria for the industry. The selection of products with optimal properties leads to an increase in the years of performance after installation and thus reduces operating costs, making replacement necessary in longer intervals. For the appropriate design of final products the study of structural properties, such as porosity, shrinkage, apparent and true density was introduced, while the mechanical properties, and more specifically maximum stress, maximum strain and elasticity parameter, were investigated. Regarding the thermal properties, changes were studied using thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, in addition to quenching and loss on ignition tests. The investigated materials were Greek shaft kiln bauxite and chamotte, which is a raw calcined material from recycling discarded refractory aluminosilicate mixtures. In order to produce refractories it is necessary to use a binding phase and therefore two different types of bonding materials were selected: aluminate cement with the addition of water and phenol-formaldehyde resin. For this study different production conditions and raw materials characteristics were selected, which, based on preliminary experiments, were found to affect significantly the behaviour of the final products. Raw materials characteristics were considered the bonding material’s content and the raw material’s particle size, while the production conditions were the molding pressure and the final firing temperature. The effect of production conditions and materials characteristics to the final structural, mechanical and thermal properties were studied in three different materials obtained by mixing both raw materials with the cement bonding system and also bauxite with the resin. After completion of the experimental measurements of the properties, data analysis was performed and mathematical models were obtained for the prediction of all materials’ properties, taking into consideration the production conditions. Regarding the structural properties, apparent density and porosity were found to depend on production conditions and raw materials characteristics, while the true density depends only on the material. The refractories produced using bauxite as raw material exhibited higher density due to faster sintering that occurs during firing, due to their higher content in alumina (Al2O3), as well as the higher amount of Fe2O3. However, bauxite samples were fired at higher temperatures, which was not possible for chamotte samples as melting of some of the compounds occurred. Thus, products from chamotte are intended for use at lower temperatures and they also have lower cost than the bauxitic, therefore they can be appropriately selected depending on their final use. As far as structural properties are concerned, it has been observed that an increase in all production conditions has led to an increase in apparent density and thus a reduction in porosity. Only chamotte samples were an exception to this statement, as their porosity did not appear to be dependent on grain size. The study of mechanical properties was performed on all samples after firing, and an appropriate mathematical model was fitted, containing parameters with physical meaning such as: maximum stress (σmax), maximum strain (εmax), modulus of elasticity (E) and viscoelastic parameter (p). In addition, simple mathematical models were developed to correlate those parameters to the production conditions and raw materials’ characteristics. After data processing it was noticed that when increasing molding pressure, maximum stress and maximum strain increased, while the viscoelastic parameter did not seem to be independent of this change. Firing temperature significantly affects mechanical properties and, more specifically, it caused their increment. Higher bonding agent concentration led to higher compressive strength, due to higher cohesion and bonding strength, while, on the other hand, increased raw materials’ grain size leads to samples with lower elasticity parameter. In addition, a correlation between structural and mechanical properties was performed, using mathematic models, in order to be able to select the final optimum materials based on both mechanical and structural properties, as well as their final use. The examination of thermal properties aims to the investigation of the materials’ suitability, based on their high thermal stability, for use in temperatures about 1000°C and above, while taking into consideration that both thermal and mechanical treatments affect the type and number of defects in the material and hence the life of the structure. Therefore, thermal analysis was performed using thermogravimetry and differential scanning calorimetry, where a small mass loss of the sample was recorded, when increasing temperature. In addition, loss on ignition of the raw refractory materials, as well as water absorption capacity of the different refractories was evaluated. Finally, thermal shock tests exhibited a change in mechanical properties after different thermal cycles for all examined materials and the results were compared with the initial values of both modulus of elasticity and maximum stress of the samples. Thus, chamotte refractories showed increased resistance in quenching, while bauxitic, cement-bonded refractories presented imperfections in their structure after a short number of thermal intervals.Ιωάννα Δ. Κατσαβο