Способ модифицирования жидкого стекла


 


Владельцы патента RU 2446100:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТИВОВ И ОСОБО ЧИСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ" (RU)

Изобретение относится к способам модифицирования жидких стекол, которые могут быть применены для получения терморегулирующих покрытий, применяемых в авиационной, космической промышленностях, а также в других областях техники. Модифицируют калиевые, натриевые, литиевые или калиево-литиевые жидкие стекла с модулем 2,8-5,2 полимерными органическими соединениями. В качестве модификатора используют водорастворимые или водонабухаемые производные бутадиен-стирольных, стирол-акриловых, ацетат-акриловых сополимеров или полиакриловых кислот, которые добавляют в количестве 0,1-10 мас.% к жидкому стеклу, имеющему температуру 20-90°С. Затем смесь перемешивают в течение 5-10 минут со скоростью не более 100 оборотов в минуту, после чего выдерживают до полной гомогенизации композиции. Способ обеспечивает получение модифицированных жидких стекол, которые могут быть использованы для создания терморегулирущих покрытий с высокими эксплуатационными свойствами. 3 з.п. ф-лы, 6 пр.

 

Изобретение относится к способам получения модифицированных высокомодульных жидких калиевых, натриевых, литиевых и калиево-литиевых стекол, используемых в качестве связующих для получения тонких покрытий на металле, пластике и других материалах, применяемых в различных областях техники, например в строительной, авиационной и космической технике, и, предпочтительно, для создания терморегулирующих покрытий космических аппаратов длительных сроков эксплуатации.

Как известно, жидкие стекла являются составным элементом многих известных композиций, применяемых при получении защитных покрытий на металле, дереве, пластике. Однако покрытия, получаемые на основе обычных жидких стекол, отличаются высокой хрупкостью, низкой адгезией к подложкам из различных материалов (до 5 баллов), низкой стойкостью к факторам космического пространства, низкой атмосферостойкостью, недолговечностью и склонностью к отшелушиванию от материала подложки. Известно, что для расширения области применения жидких стекол и получения на их основе покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками предлагаются жидкие стекла, модифицированные различными добавками, обладающие улучшенными характеристиками по сравнению с исходным жидким стеклом.

В качестве модификаторов жидкого стекла, например, известно применение кремнийсодержащих соединений. Так, в случае использования оксида кремния в качестве модификатора жидкого стекла процесс модификации проводят либо смешением жидкого калиевого или натриевого стекла с диоксидом кремния (RU 2017776, C09D 109/08, 1994), либо смешением жидкого натриевого стекла с тетраэтоксисиланом (RU 2007430, C09D 1/04, 1994). Процесс модифицирования жидкого стекла оксидом кремния проводят в известных способах при повышенной температуре, порядка 60-80°С, и при перемешивании.

В качестве модификаторов жидкого стекла (литиевого, натриевого, калиевого) применяются и другие кремнийсодержащие соединения, например силаны с общей формулой R(CH2)nSiX3, где Х=СН3, ОСН3, ОС2Н5, ОС3Н7, Cl, R - насыщенный или циклический радикал (ЕР 2154111, С01В 37/00, 33/32, 2008).

Из достигнутого на настоящий момент уровня техники известны композиции различного применения, содержащие наряду с жидким стеклом и другие компоненты, в том числе и полимеры. Например, известна композиция, применяемая для получения краски, содержащая в качестве одного из компонентов модифицированное тетраэтоксисиланом жидкое стекло, а также содержащая акрилатные сополимеры, входящие в состав в количестве 6-9 мас.%, играющие роль эмульгаторов (RU 2007430, C09D 1/04). Известна также другая композиция для получения грунтовки, содержащая наряду с жидким стеклом, модифицированным оксидом кремния, и бутадиеновые или бутадиен-стирольные сополимеры, входящие в состав в количестве, составляющем 40-80 мас.%, и играющие роль связующего компонента (RU 2017776, C09D 109/08, 1994). Вышеперечисленные композиции являются дисперсиями с очень ограниченным сроком хранения (менее 3-6 месяцев).

Наиболее близким по технической сущности новому способу является известный способ модифицирования натриевого жидкого стекла органическим полимером, в качестве которого предлагается полиакриламид (CN 101376503, С01В 33/32, 2009). Данный способ, выбранный в качестве прототипа нового способа, осуществляют смешиванием натриевого жидкого стекла с 0,2-0,4%-ным количеством полиакриламида и перемешиванием реакционной массы в течение 60 минут в магнитном поле при использовании трехфазного моторного статора силой в 50 герц и при напряжении на входе 50 ватт, с последующим выдерживанием реакционной массы в течение 12-24 часов. Модифицированное стекло, полученное данным способом, имеет компрессионную прочность, равную 0,15-2,10 Мра в течение 24 часов. Основной недостаток известного способа заключается в том, что, во-первых, он не обеспечивает получение модифицированного жидкого стекла с высокими эксплуатационными свойствами. Как показали дополнительные исследования, покрытия, изготовленные из данного модифицированного стекла, не обладают высокой термоустойчивостью и устойчивостью в условиях жесткого электронного, протонного и ультрафиолетового облучения и не пригодны для получения терморегулирующих покрытий. Во-вторых, известный способ не экономичен, поскольку требует использования дорогостоящего оборудования и довольно больших энергетических затрат.

Для создания модифицированного жидкого стекла, отвечающего требованиям, предъявляемым к терморегулирующим покрытиям космических аппаратов длительных сроков эксплуатации, предлагается новый способ модифицирования жидкого стекла органическими полимерными соединениями, при этом модифицированию подвергают калиевое, или натриевое, или литиевое, или калиево-литиевое жидкое стекло с модулем не менее 2,8, а в качестве модификатора используют полимерные соединения, выбранные из группы водорастворимых или водонабухаемых производных бутадиен-стирольных, или стирол-акриловых, или ацетат-акриловых сополимеров или водорастворимых производных полиакриловых кислот, которые в количестве 0,1-10 мас.% по отношению к массе сухих веществ в жидком стекле добавляют к раствору жидкого стекла, имеющего температуру 20-80°С, и перемешивают со скоростью не более 100 оборотов в минуту в течение 5-10 минут, после чего выдерживают при комнатной температуре до полной гомогенизации композиции.

Для модифицирования используют натриевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 3,8, или литиевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 4,2, или калиевое жидкое стекло, или калиево-литиевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 5,2.

Новый способ существенно отличается от способа-прототипа как исходными компонентами (типом жидкого стекла и выбранным модификатором), так и условиями модифицирования жидкого стекла.

Как сказано выше, в способе-прототипе в качестве модификатора используется органическое полимерное соединение - полиакриламид, а в новом рассматриваемом способе в качестве модификатора используются растворимые или водонабухаемые производные бутадиен-стирольных, или стирол-акриловых, или ацетат-акриловых сополимеров или водорастворимых производных полиакриловых кислот. Применение именно этих полимеров обеспечивает получение гомогенных составов, жизнеспособных более 3 лет, а покрытия на их основе отличаются высокой адгезией к подложкам из металлов, специальных сплавов, стекла, полимерам и другим специальным материалам, применяемым в авиационной и космической технике, повышенной эластичностью и стойкостью к факторам космического пространства.

Качество получаемого модифицированного стекла также существенно зависит от количества вводимого модификатора, которое составляет 0,1-10 мас.% по отношению к массе сухих веществ в жидком стекле. В случае уменьшения его ниже допустимого количества сохраняются хрупкость и низкая адгезия к подложкам из различных материалов, что характерно для немодифицированного стекла, а в случае завышения количества модификатора выше допустимого количества происходит нежелательное гелеобразование композиции.

В качестве исходного жидкого стекла в способе-прототипе используют натриевое жидкое стекло, а в новом способе применяют калиевое, или натриевое, или литиевое, или калиево-литиевое жидкое стекло, получаемое по известным технологиям, например, из аморфного диоксида кремния и гидроксида щелочного металла (SU 1533222, С01В 33/32, 1987), что позволяет расширить диапазон достигаемой прочности и долговечности покрытий при жестком космическом облучении.

Известно, что повышение модуля жидкого стекла является основой повышения прочности силикатных покрытий. Существенным признаком является использование в качестве исходного продукта высокомодульного жидкого стекла в интервале модулей от 2,8 до 5,2.

Выбранные полимерные добавки позволяют вести процесс модифицирования жидких стекол в более мягких условиях, чем в способе-прототипе, а именно без применения магнитного поля и за более короткое время.

Для осуществления процесса модифицирования необходимо, чтобы модификатор добавлялся к жидкому стеклу, имеющему температуру 20-90°С, что обеспечивает быстрое образование гомогенных композиций. В случае осуществления модифицирования при температуре ниже 20°С процесс сильно замедляется, а в случае завышения температуры выше верхнего предела (выше 90°С) имеет место образование нерастворимых в жидком стекле сгустков модификатора.

Процесс модифицирования жидкого стекла ввиду природы выбранных модификаторов не требует интенсивного перемешивания, поэтому процесс может быть завершен за 5-10 минут при невысокой скорости перемешивания исходных продуктов (не более 100 оборотов в минуту). После перемешивания реакционную массу выдерживают при комнатной температуре до полной гомогенизации композиции, которая определяется визуально.

Соблюдение всех признаков нового способа модифицирования жидкого калиевого, или натриевого, или литиевого, или калиево-литиевого стекла заявленными полимерными модификаторами обеспечивает получение нового силикатного связующего, предназначенного для терморегулирующих покрытий космических аппаратов длительных сроков эксплуатации (до 15 лет) в условиях жесткого электронного, протонного и ультрафиолетового облучения, а также резкого колебания температур от -150°С до +150°С. Покрытия на основе полученных рассматриваемым способом модифицированных стекол могут быть применены и в других областях техники, в которых предъявляются повышенные требования к эксплуатационным свойствам используемых материалов.

Рассматриваемое изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.

Пример 1. В калиево-литиевое жидкое стекло, содержащее 19,1% SiO2, 5,41% К2O и 0,25% Li2O, с модулем 4,8 при температуре 20°С вводят водорастворимое производное бутадиен-стирольного сополимера в количестве 0,1%, ведут перемешивание в течение 5 минут и затем выдерживают при комнатной температуре до образования прозрачного раствора.

Пример 2. В жидкое натриевое стекло, содержащее SiO2 и Na2O с модулем 3,5 при температуре 80°С вводят водорастворимое производное стирол-акрилового сополимера в количестве 10% и перемешивают при этой температуре 10 минут.

Пример 3. В жидкое калиевое стекло с модулем 3,5, содержащее 19,5% SiO2, 8,7% K2O, вводят 2% полиакрилата аммония и перемешивают 5 минут.

Пример 4. В жидкое калиевое стекло с модулем 3,5, содержащее 19.5% SiO2 и 8,7% K2O, при температуре 20-25°С вводят 0,2% бутадиен-стирольного сополимера и перемешивают 10 минут.

Пример 5. В жидкое калиевое стекло с модулем 5,2, содержащее 19,4% SiO2 и 5,85% K2O, при температуре 80°С вводят 0,5% ацетат-стирольного сополимера, перемешивают 5 минут.

Пример 6. В литиевое жидкое стекло с модулем 2,8, содержащее 22,3% SiO2 и 3,96% Li2O вводят 0,5% полиакрилата натрия при 60°С, перемешивают 5 минут.

Примечания к примерам 1-5

1. Процентная доля модификатора приведена в пересчете на массу сухих веществ в жидком стекле, т.е. сумму оксидов SiO2+Me2O, где Me - К, Na, Li.

2. Композиции после введения модификаторов и перемешивания выдерживают до полной гомогенизации, которая происходит самопроизвольно в течение 1-6 часов при комнатной температуре с образованием прозрачных растворов.

3. Покрытия на основе пигментно-наполненных модифицированных жидких стекол имеют адгезию к различным подложкам не более 1-2 балла.

1. Способ модифицирования жидкого стекла полимерным органическим соединением, включающий стадии смешения жидкого стекла с органическим полимерным соединением, перемешивания полученной смеси и выдерживания образовавшегося продукта, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла используют калиевое, или натриевое, или литиевое, или калиево-литиевое жидкое стекло с модулем не менее 2,8, а в качестве модификатора используют водорастворимые или водонабухаемые производные бутадиен-стирольных или стирол-акриловых или ацетат-акриловых сополимеров или водорастворимых производных полиакриловых кислот, которые в количестве, составляющем 0,1-10 мас.% по отношению к массе сухих веществ в жидком стекле, добавляют к раствору жидкого стекла, имеющего температуру 20-90°С, после чего смесь подвергают механическому перемешиванию со скоростью не более 100 об/мин в течение 5-10 мин и выдерживают при комнатной температуре до полной гомогенизации композиции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла используют натриевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 3,8.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла используют литиевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 4,2.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла используют калиевое или калиево-литиевое жидкое стекло в интервале модулей от 2,8 до 5,2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении железокремниевых флокулянтов-коагулянтов и способу обработки с его помощью сточных вод промышленных предприятий, а также ливневых вод, содержащих нефтепродукты.
Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. .

Изобретение относится к строительным материалам, преимущественно к изготовлению вяжущих, и может быть использовано при получении, в частности, конструкционного материала.
Изобретение относится к способам получения кремнеземсодержащих связующих, которые используют для получения различных строительных материалов и изделий с различными потребительскими свойствами, а также для получения красок, покрытий, пропиток.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении строительных материалов, специальных бетонов и изделий на основе растворимых силикатов.
Изобретение относится к строительству и касается промышленности строительных материалов, а именно к способу получения минеральных вяжущих кремнеземистого состава, и может быть использовано при производстве жидкого стекла, различных видов бетонов, аэродромных и дорожных покрытий, пеносиликатов и пеностеклокерамики, пеностекла, кирпича, клея, красок, а также в литейном производстве и в других областях.
Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. .

Изобретение относится к технологии производства жидкого стекла, применяемого на предприятиях машиностроения, целлюлозно-бумажных фабриках, в строительной индустрии и т.п.
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению растворимого стекла (силикат-глыбы), и может быть использовано для утилизации стеклобоя.
Изобретение относится к способам получения жидкого литиевого стекла, используемого для создания терморегулируемых покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий
Изобретение относится к изготовлению твердых гелей на основе сложных смесей гидросиликатов щелочных металлов

Изобретение относится к области открытия способа (технологического процесса) получения твердых кристаллов/гранул вещества динатриевой соли кремниевой кислоты пятиводной, шестиводной, девятиводной (натрия метасиликата, торговое название) из такого сырья, как диоксид кремния (кварц, а также любое кремнесодержащее сырье, кремневые отходы иных производств) и карбоната натрия (соды кальцинированной - торговое название)
Изобретение относится к технологии получения жидкого натриевого стекла, применяемого в строительстве, металлургии, в производстве бумаги, синтетических моющих средств, клеев, пропиток, замазок, катализаторов, электродов, адсорбентов, в процессах флотации, а также, для получения кремнекислотных наполнителей и высокодисперсного диоксида кремния
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Жидкое стекло получают взаимодействием в замкнутом контуре водосодержащего потока с потоком расплава силиката натрия с силикатным модулем 2,0-3,5. Поступление потока расплава силиката натрия в автоклав с водой осуществляют путем открытия затвора плавильного агрегата, расположенного над автоклавом. Процесс растворения интенсифицируют с помощью мешалки, а образовавшийся пар отводят по трубопроводу на внешнее использование. Предложенное изобретение позволяет уменьшить энергозатраты на процесс растворения силиката натрия в воде.

Изобретение относится к получению композиций гидратированных силикатов щелочных металлов для изготовления разбухающих слоев огнестойкого остекления. Предложен способ получения композиций гидратированных силикатов щелочных металлов, содержащих SiO2/M2O в мольном отношении в интервале между 3 и 7, в котором они превращаются в твердый гель без сушки, из стабильного и жидкого раствора дегидратацией, снижающей содержание воды по весу на 14% максимум, проводимой при температуре не выше 60ºС при давлении от 1 до 100 гПа. В конечной композиции содержание воды находится в интервале между 35% и 43%. Технический результат - формирование твердого геля заявленным способом происходит быстрее, чем отверждение массы конечной композиции, получаемой известным способом, что позволяет снизить стоимость производства без снижения качества продукта. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии получения высокомодульного жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных изделий и в производстве цинк-силикатных антикоррозионных покрытий. В нагретый до 80-99°C раствор гидроксида щелочного металла с концентрацией 1,5-4,0% по массе вводят 15-25% аэросила по массе с размером частиц от 5 до 20 мкм, перемешивают ультразвуком с частотой от 15 до 45 кГц, гомогенизируют и диспергируют раствор, многократно пропуская его через магнитное поле с индукцией в рабочей зоне 0,05-0,4 Тл, и охлаждают до комнатной температуры. Техническим результатом изобретения является повышение эластичности жидкого стекла, его стойкости к соленой воде и воздействию соляного тумана. 1 ил.

Изобретение может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, в сельском хозяйстве, строительстве, энергетике, добыче полезных ископаемых, а также в объектах военного и космического назначения. Высокомодульное жидкое натриевое стекло с модулем 3,8-4,5 получают гидротермальной обработкой суспензии едкой щелочи и кремнезема с размером частиц (10-40)*10-6 м при атмосферном давлении и температуре 97-99°C при перемешивании раствора с одновременной циркуляцией. На первом этапе процесс ведут при температуре 70-75°C и плотности 1,22-1,26 г/см3 в течение 30-40 минут, а на втором - при температуре 97-99°C и плотности 1,18-1,22 г/см3 в течение 20-30 минут. Устройство для получения высокомодульного жидкого стекла выполнено в виде прямоугольной ванны 1, дно 2 которой служит «рубашкой» с теплоносителем и нагревательными элементами 4. Для перемешивания устройство оборудовано погружным ультразвуковым излучателем 6 и насосом 5, обеспечивающим циркуляцию. Поверхность нагрева и дно ультразвукового излучателя 6 параллельны и выполнены с углом наклона, тангенс которого равен 0,075-0,100. Изобретения позволяют сократить длительность процесса и упростить его, а также уменьшить энергозатраты при высоком качестве высокомодульного жидкого натриевого стекла. 2 з.п. флы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности к системе для антикоррозионного покрытия морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра. Композиция для нанесения антикоррозионного покрытия содержит в качестве связующего материала - высокомодульное жидкое натриево-литиевое с силикатным модулем 3,5-4,5 или калиево-литиевое стекло с силикатным модулем 4,5-6,5, с соотношением лития и натрия или калия в пропорции 0,05-0,25 по молярной массе и цинковый наполнитель в виде смеси цинковой пыли с размером частиц 3-10 мкм сферической формы с пластинчатой пылью. Изобретение позволяет упростить технологию и состав покрытия, повысить эластичность покрытия, его водостойкость, стойкость к воздействию соляного тумана. 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных и других изделий. Приготавливают суспензию из кремнеземсодержащего аморфного материала в растворе гидроксида натрия с концентрацией 150-250 г/дм3, причем раствор гидроксида натрия предварительно готовят на электроактивированной воде - католите с параметром pH 12-13, при этом в качестве кремнеземсодержащего аморфного вещества используют отход производства растительного масла - фильтровальный диатомитовый порошок кизельгура, регенерированный путем прокаливания порошка до полного удаления органических остатков и свободной влаги. После чего осуществляют гидротермальную обработку суспензии паром, полученным из электроактивированной воды - католита с pH 10-11. Затем полученное жидкое стекло фильтруют и концентрируют. В этих условиях уменьшается расход использования щелочи и увеличивается модульное число жидкого стекла. Получаемое при этом жидкое натриевое стекло имеет широкий диапазон плотности и может быть использовано для производства строительных материалов, а также при изготовлении теплоизоляционных и других изделий. 5 прим.
Наверх