Способ химической модификации графита



Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита
Способ химической модификации графита

 


Владельцы патента RU 2469951:

Учреждение Российской академии наук Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к способу химической модификации природного графита, для использования в качестве смазочного материала. Способ химической модификации графита включает взаимодействие природного графита с калийными солями перфтор(ω-хлорперфтор)карбоновых кислот в присутствии персульфата калия при температуре 90-95°С в водной среде. Выделение целевого продукта осуществляют фильтрацией и промывкой горячей водой, с последующей сушкой на воздухе при температуре 120-130°С. Технический результат - создание более технологичного процесса получения фторграфита и улучшение его антифрикционных свойств. 5 ил., 2 табл., 13 пр.

 

Графит как материал имеет огромное значение для многих областей современного производства и применяется для изготовления огнеупоров, тормозных накладок, химических источников тока, щелочных аккумуляторов, гальванических батарей, резинонаполненных смесей и др., а также является незаменимым в литейном производстве и в производстве сталей [Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. 717 с.].

Более ста лет графит является наиболее распространенным твердым смазочным материалом [Кламанн Д. Смазки и родственные продукты. М.: Химия, 1988. С.167-169]. Он имеет высокие смазочные свойства и химическую стабильность. Однако применение графита в качестве смазочного материала в чистом виде нецелесообразно, поскольку графит не соответствует многим требованиям, предъявляемым к смазочным средствам. Обычно графит используют в качестве одного из ингредиентов в составе многокомпонентных смазок [Патент №2028374 РФ, МПК6 C10M 173/02 // (C10M 173/02, 125:18, 129:16, 129:40, 125:02, 133:08, 133:16) C10N 30:06, 40:20. Смазка для холодной обработки металлов давлением / Барыкин Н.П., Сергеева З.В., Абрамов А.Н., Рябинин С.Ю. - заявл. 15.05.1992; Опубл. 09.02.1995; Патент №2170756 РФ, МПК7 C10M 169/04 // (C10M 169/04, 125:02, 125:26, 125:28, 155:02, 159:04, 101:02) C10N 50:02. Рельсовый модификатор трения / Шаповалов В.В., Щербак П.Н., Черный B.C., Майба И.А., Ильин В.И., Колесников В.И., Могилевский В.А., Лубягов A.M., Червенко А.Н., Андриевский А.П., Розман О.А. - заявл. 01.02.2000; Опубл. 20.07.2001; Патент №2214449 РФ, МПК7 C10M 161/00 // (C10M 161/00, 125:02, 145:40, 143:00, 137:10, 101:02) C10N 40:34. Пластичная смазка / Муталлим-Заде Н.Ф., Волков П.В., Егоров И.Ф., Петров Н.Г., Саркисянц Н.Р., Тиньков А.А., Тимохин И.А. - заявл. 17.08.2001; Опубл. 20.10.2003; Патент №2321619 РФ, МПК7 C10M 103/02, 103/06, 177:00. Смазочное покрытие и способ его получения / Гайдар С.М. - заявл. 06.02.2007; Опубл. 10.04.2008 и др.].

Для успешного применения графита в качестве самостоятельного смазочного средства необходимо его модифицировать, например, химическим способом. Учитывая, что предпочтительными среди органических смазочных материалов, обладающих высокой гидрофобностью и превосходными антифрикционными свойствами, являются фторсодержащие соединения, то наиболее разумным способом химической модификации графита может стать введение в структуру графита атомов фтора или различных фторсодержащих групп.

Известен способ получения фторированного графита, заключающийся в обработке графита элементным фтором, в результате которого образуются новые связи C-F (схема 1).

СХЕМА 1.

Такой способ химической модификации графита всегда сопряжен с рядом возможных опасных инцидентов (например, взрывов), а реализовать его в лабораторных условиях практически невозможно, так как нужна сложная лабораторная техника. Результатом введения атомов фтора в структуру графита является материал фторграфит с превосходными антифрикционными свойствами как при использовании в составе смазочных композиций, так и в случае его применения в качестве самостоятельного смазочного материала [Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. С.377-419]. Наилучшие антифрикционные показатели фторграфит проявляет при атмосферных условиях эксплуатации. При использовании его в вакууме коэффициент трения значительно возрастает. Фторграфит формулы (CFx)n или (C2Fx)n обладает высокой гидрофобностью, но низкой адгезией к различным поверхностям, в том числе к металлическим. В отличие от традиционных эффективных смазочных материалов, обладающих высокой адгезией к металлам, фторграфит обеспечивает трение по когезионному механизму [Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. С.417].

Известен способ введения перфторалкильных или перфтороксаалкильных групп в структуру графита путем его взаимодействия с фторорганическими пероксидами [Sansotera М., Navarrini W., Resnati G., Metrangolo P., Famulari A., Bianchi C.L., Guarda P.A. Preparation and characterization of superhydrophobic conductive fluorinated carbon blacks // Carbon. - 2010. - Vol.48. - P.4382-4390] - прототип. Химическая суть данного способа представлена на схеме 2.

СХЕМА 2.

При взаимодействии графита 1 с пероксидом перфтор-н-бутирила 2a или с пероксидом на основе перфторполиэфира 2b образуется соответственно перфторалкилсодержащий графит 3а или перфтороксаалкилсодержащий графит 3b.

В случае пероксида 2a (схема 2, A) процесс проводят с использованием порционной загрузки пероксида (период полураспада соединения 2a при 25°C составляет 4 ч). После каждой внесенной порции стеклянный реактор охлаждают до 0°C, продувают его в течение 5 мин азотом, затем ведут перемешивание в течение 4 ч, а затем снова вносят порцию пероксида 2a и повторяют те же операции. Время реакции составляет 12 ч. По окончании процесса доводят температуру реакционной массы до 25°C, оставляют ее еще на 12 ч, затем растворители выпаривают, а твердый остаток, представляющий собой соединение 3a, промывают фторсодержащим растворителем (CF3OCFClCF2Cl), затем 2%-ным раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO3) и деионизированной водой. Далее целевой продукт 3a сушат при 180°C в течение 24 ч при давлении 10-3 мм рт. ст.

В случае пероксида 2b (схема 2, Б) процесс проводят с использованием разовой загрузки пероксида (период полураспада соединения 2b при 140-250°C составляет 30 мин). Затем нагревают реактор до 40°C до полного испарения растворителя, а далее в течение 3 ч доводят температуру до 150-195°C (скорость нагрева - 15°C/ч), разлагая пероксид 2b. По окончании нагревают реактор до 200°C и продолжают процесс еще 4 ч. Полученный твердый продукт 3b промывают 3 раза растворителем формулы CF3OCFClCF2Cl, затем 3 раза деионизированной водой и сушат 6 ч при температуре 200°C и давлении 10-2 мм рт. ст.

Необходимо отметить, что схема 2 является условной, поскольку невозможно точно указать, какое количество перфторалкильных или перфтороксаалкильных групп, ковалентно соединенных со структурой графита 1, находится в соединениях 3a, 3b соответственно. В прототипе приведены данные о том, что расход пероксида 2a составляет 6.6 мл (8.4 мас.%) на 250 мг графита 1, расход пероксида 2b - 10 мл его 2.3%-ного раствора на 500 мг графита 1.

Подтверждением того, что авторы способа-прототипа осуществили химическую модификацию графита 1, являются данные термогравиметрического и рентгено-структурного анализов и измерение контактного угла смачивания поверхности таблеток, спрессованных из соединений 3a, b.

Так, например, профили дериватограмм графита 1 и соединений 3a, b не совпадают: при температуре 800°C потеря массы образца 3a составляет около 7%, образца 3b - около 15%. При той же температуре аналогичный параметр исходного графита 1 составляет не более 2%.

Профили дифрактограмм порошка графита 1 и продуктов 3a, b также существенно отличаются, резко возрастает интенсивность пика при 2θ=25° в отличие от исходного графита 1.

Контактный угол смачивания таблетки, приготовленной из образца 3a, составляет более 150°, а для образца, приготовленного из соединения 3b, аналогичный параметр составляет примерно 170°. Данные по углу смачивания для графита 1 в статье отсутствуют из-за нестабильных свойств таблетированной формы образца.

Несмотря на достоинства способа получения перфторалкилсодержащих или перфтороксаалкилсодержащих производных графита, описанного в прототипе, он имеет ряд существенных недостатков:

- для химической модификации применяется не обычный природный графит, а графит специальной марки Cabot Vulcan XC72R. Графит марки Cabot Vulcan XC72R является искусственно получаемым материалом (производитель - Cabot Corporation) и характеризуется высокой физической и химической чистотой, пониженным содержанием серы и ионных загрязнений, высокой дисперсностью. Для его получения требуется высокотехнологичная термическая обработка обычного, в том числе природного, графита;

- используемые соединения перекисного типа являются опасными взрывчатыми продуктами и требуют при работе с ними специальных мер безопасности;

- для осуществления взаимодействия графита с фторорганическими пероксидами необходима инертная атмосфера, в частности азот;

- при малых загрузках реагентов процесс является сравнительно длительным: суммарное время реакции составляет 24 ч для пероксида 2a и 7 ч для пероксида 2b;

- сушку целевых продуктов осуществляют при пониженном давлении (10-3-10-2 мм рт. ст.) и высокой температуре (180-200°C).

Задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения перфторалкилсодержащих производных графита.

Поставленная задача решается путем взаимодействия графита с фторсодержащими реагентами с последующим выделением и сушкой целевого продукта. При этом в качестве исходного графита используют природный графит, в качестве фторсодержащего реагента - калийные соли перфтор(ω-хлорперфтор)карбоновых кислот. Процесс ведут в присутствии персульфата калия при температуре 90-95°C в водной среде. Выделение целевого продукта осуществляют фильтрацией и промывкой горячей водой, а сушку - на воздухе при температуре 120-130°C.

Химическую модификацию природного графита, согласно предлагаемому способу, осуществляют в присутствии неперекисного инициатора радикального процесса - персульфата калия. Причем, как указывается в патенте [USP 6019548, Int. Cl.7 B09B 1/00; B01D 17/06. Chemical oxidation of volatile organic compounds / G.E.Hoag, P.V.Chheda, B.A.Woody, G.M.Dobbs. - №09/073049; заявл. 05.05.98; Опубл. 01.02.2000], при нагревании персульфата калия (K2S2O8) происходит распад персульфат-иона на два ион-радикала: S2O82-→2SO4-•, что является выгодным с точки зрения расхода инициатора. Используемый персульфат калия «работает» в водной среде без применения инертной атмосферы (период полураспада K2S2O8 при 90-95°C составляет 40 мин), он взрывобезопасен, и его применение не требует специального оборудования.

Выделение модифицированного графита состоит в обычной фильтрации целевых продуктов через фильтр Шотта или воронку Бюхнера, отмывке отфильтрованного продукта от образовавшихся по реакции неорганических солей (K2SO4) и сушке на воздухе при температуре 120-130°C до постоянного веса (до полного выпаривания воды).

Химическая суть предлагаемого способа химической модификации природного графита калийными солями перфтор(ω-хлорперфтор)карбоновых кислот в присутствии персульфата калия при температуре 90-95°C представлена на схеме 3.

СХЕМА 3.

Полученные продукты 6 анализируют физико-химическими методами. Элементный анализ выполнен с помощью автоматического анализатора Perkin-Elmer «CHN РЕ 2400». ИК-спектры зарегистрированы на спектрофотометре Perkin-Elmer «Spectrum One». Термогравиметрический анализ выполнен на дериватографе Mettler Toledo TGA/DSC 1. Рентгенографические исследования проведены на автоматическом дифрактометре ДРОН-6 в монохроматизированном излучении KαCr.

Согласно данным элементного анализа все синтезированные соединения 6a-g содержат фтор, а продукты 6f, g - фтор и хлор (табл.1). Кроме того, содержание галогенов в соединениях 6a-g прямо пропорционально зависит от количества введенных в реакцию солей 5a-g: чем больше солей 5 вводится, тем больше содержание фтора (или хлора) в конечном продукте 6 и тем больше его масса.

Зарегистрированные для продуктов 6 инфракрасные (ИК) спектры существенно отличаются от спектра исходного графита 1: ИК-спектр графита 1 не имеет никаких характеристических полос поглощения, а ИК-спектры соединений 6a-g, напротив, содержат по две полосы поглощения C-F - групп в области 1134-1221 см-1. Их интенсивность тем больше, чем больше количество солей 5a-g, введенных в реакцию с графитом 1. На фиг.1 представлен ИК спектр продукта 6c (пример №5, таблица 1).

Термогравиметрический анализ продуктов 6a-g и графита 1 также не совпадает: массовые потери для графита 1 при температуре 700°C составляют не более 2%, в случае соединения 6c (пример №3, табл.1) аналогичный показатель составляет более 4.5%, а для 6c (пример №5, табл.1) - более 10%. На фиг.2 представлены данные термогравиметрического анализа соединения 6c (пример №3, табл.1), на фиг.3 - соединения 6c (пример №5, табл.1). Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о присутствии в образцах продукта 6c фазы, структура которой отличается от структуры фазы классического графита 1. На это указывает присутствие дифракционных линий, наиболее сильные из которых находятся при 2θ=28.23, 46.95, 58.37, 105.57, что не свойственно дифрактограммам классического графита. На фиг.4 представлен участок дифрактограммы порошка исходного графита 1, на фиг.5 - продукта 6c (пример №5, табл.1). На фиг.5 стрелками обозначены отражения, не характерные для графита, цифрами над стрелками - межплоскостные расстояния в ангстремах.

Ниже приведены примеры получения фторсодержащих производных природного графита 6. Данные о загрузках реагентов и характеристика продуктов 6a-g приведены в таблице 1.

Пример 1. В трехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, обратным водным холодильником с отводом на ловушку, захоложенную в сосуде Дьюара, термометром и помещенную на нагревающее устройство, вносят 0.3 л воды, 16.8 г (0.3 моль) калийной щелочи (КОН) и перемешивают. Затем добавляют 49.2 г (0.3 моль) перфторпропионовой кислоты (C2F5COOH), включают нагрев и перемешивают до образования однородной прозрачной массы, поддерживая температуру реакционной массы не более 50°C. Затем охлаждают, измеряют pH среды, добавляют необходимое количество КОН до рН=7, вносят 5.0 г природного графита 1, интенсивно перемешивают и снова нагревают до 50°C. При интенсивном перемешивании засыпают в реактор 13.0 г (0.048 моль) персульфата калия (K2S2O8), доводят температуру реакционной смеси до 90°C, нагрев отключают, доводят температуру до 50°C и снова засыпают 13.0 г (0.048 моль) персульфата калия (K2S2O8). Операцию повторяют 5 раз, пока в реактор не будет внесено 62.0 г (0.23 моль) персульфата калия (K2S2O8). По окончании реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, содержимое реактора фильтруют через воронку Бюхнера или фильтр Шотта №1 и несколько раз промывают твердый остаток на фильтре горячей водой. Далее твердый темно-серый продукт 6a перекладывают в фарфоровую чашку, помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 120°C. Получают 9.1 г продукта 6a (пример №1 из табл.1).

Пример 2. В трехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, обратным водным холодильником с отводом на ловушку, захоложенную в сосуде Дьюара, термометром и помещенную на нагревающее устройство, вносят 0.3 л воды, 16.8 г (0.3 моль) калийной щелочи (КОН) и перемешивают. Затем добавляют 64.1 г (0.3 моль) перфтормасляной кислоты (C3F7COOH), включают нагрев и перемешивают до образования однородной прозрачной массы, поддерживая температуру реакционной массы не более 50°C. Затем охлаждают, измеряют pH среды, добавляют необходимое количество КОН до рН=7, вносят 5.0 г природного графита 1, интенсивно перемешивают и снова нагревают до 50°C. При интенсивном перемешивании засыпают в реактор 13.0 г (0.048 моль) персульфата калия (K2S2O8), доводят температуру реакционной смеси до 90°C, нагрев отключают, доводят температуру до 50°C и снова засыпают 13.0 г (0.048 моль) персульфата калия (K2S2O8). Операцию повторяют 5 раз, пока в реактор не будет внесено 62.0 г (0.23 моль) персульфата калия (K2S2O8). По окончании реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, содержимое реактора фильтруют через воронку Бюхнера или фильтр Шотта №1 и несколько раз промывают твердый остаток на фильтре горячей водой. Далее твердый темно-серый продукт 6b перекладывают в фарфоровую чашку, помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 130°C. Получают 11.2 г продукта 6b (пример №2 из табл.1).

Пример 3. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 4.5 г (0.08 моль) калийной щелочи (КОН), 21.1 г (0.08 моль) перфторвалериановой кислоты (C4F9COOH) и 16.0 г (0.06 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 7.0 г продукта 6с (пример №3 из табл.1).

Пример 4. Аналогично примеру 2 из 5 г природного графита, 8.4 г (0.15 моль) калийной щелочи (КОН), 39.6 г (0.15 моль) перфторвалериановой кислоты (C4F9COOH) и 31.0 г (0.1 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 10.0 г продукта 6с (пример №4 из табл.1).

Пример 5. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 16.8 г (0.30 моль) калийной щелочи (КОН), 79.2 г (0.30 моль) перфторвалериановой кислоты (C4F9COOH) и 65.0 г (0.24 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 13.3 г продукта 6с (пример №5 из табл.1).

Пример 6. Аналогично примеру 2 из 5 г природного графита, 8.4 г (0.15 моль) калийной щелочи (КОН), 54.6 г (0.15 моль) перфторэнантовой кислоты (C6F13COOH) и 30.0 г (0.11 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 12.0 г продукта 6d (пример №6 из табл.1).

Пример 7. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 16.8 г (0.30 моль) калийной щелочи (КОН), 109.2 г (0.30 моль) перфторэнантовой кислоты (C6F13COOH) и 60.0 г (0.22 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 17.5 г продукта 6d (пример №7 из табл.1).

Пример 8. Аналогично примеру 2 из 5 г природного графита, 16.8 г (0.30 моль) калийной щелочи (КОН), 139.2 г (0.30 моль) перфторпеларгоновой кислоты (C8F17COOH) и 65.0 г (0.24 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 13.5 г продукта 6e (пример №8 из табл.1).

Пример 9. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 5.6 г (0.10 моль) калийной щелочи (КОН), 38.0 г (0.10 моль) ω-хлорперфторэнантовой кислоты (ClC6F12COOH) и 13.5 г (0.05 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 7.5 г продукта 6f (пример №9 из табл.1).

Пример 10. Аналогично примеру 2 из 5 г природного графита, 8.4 г (0.15 моль) калийной щелочи (КОН), 57.0 г (0.15 моль) ω-хлорперфторэнантовой кислоты (ClC6F12COOH) и 21.6 г (0.08 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 8.8 г продукта 6f (пример №10 из табл.1).

Пример 11. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 16.8 г (0.30 моль) калийной щелочи (КОН), 114.0 г (0.30 моль) ω-хлорперфторэнантовой кислоты (ClC6F12COOH) и 54.0 г (0.20 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 11.4 г продукта 6f (пример №11 из табл.1).

Пример 12. Аналогично примеру 2 из 5 г природного графита, 16.8 г (0.30 моль) калийной щелочи (КОН), 144.0 г (0.30 моль) ω-хлорперфторпеларгоновой кислоты (ClC8F16COOH) и 54.0 г (0.20 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 12.7 г продукта 6g (пример №12 из табл.1).

Пример 13. Аналогично примеру 1 из 5 г природного графита, 5.6 г (0.10 моль) калийной щелочи (КОН), 48.0 г (0.10 моль) ω-хлорперфторпеларгоновой кислоты (ClC8F16COOH) и 13.5 г (0.05 моль) персульфата калия (K2S2O8) получают 11.0 г продукта 6g (пример №13 из табл.1).

ТАБЛИЦА 1
Данные о загрузке реагентов для синтеза фторсодержащих производных графита 6a-g и элементного анализа на галогены
№ п./п. № соед. Загрузка реагентов, г (моль) Данные элементного анализа, % Масса выделенного продукта (6a-g), г
графит соль (5a-g) персульфат калия (K2S2O8) F Cl
1. 6a 5 60.6 (0.30) 62.0 (0.23) 22.78 - 9.1
2. 6b 5 75.6 (0.30) 62.0 (0.23) 28.37 - 11.2
3. 6c 5 25.0 (0.08) 16.0 (0.06) 14.27 - 7.0
4. 6c 5 46.5 (0.15) 31.0 (0.11) 23.85 - 10.0
5. 6c 5 92.0 (0.30) 65.0 (0.24) 33.21 - 13.3
6. 6d 5 60.3 (0.15) 30.0 (0.11) 30.68 - 12.0
7. 6d 5 120.6 (0.30) 60.0 (0.22) 45.52 - 17.5
8. 6e 5 150.6 (0.30) 65.0 (0.24) 54.78 - 13.5
9. 6f 5 41.8 (0.10) 13.5 (0.05) 19.69 5.51 7.5
10. 6f 5 62.7 (0.15) 21.6 (0.08) 27.57 6.53 8.8
11. 6f 5 83.6 (0.30) 54.0 (0.20) 55.88 6.87 11.4
12. 6g 5 103.6 (0.30) 54.0 (0.20) 62.77 7.04 12.7
13. 6g 5 51.8 (0.10) 13.5 (0.05) 31.35 3.56 11.0

Таким образом, химическое взаимодействие природного графита с калийными солями перфтор(ω-хлорперфтор)карбоновых кислот в присутствии персульфата калия приводит к модификации графита с образованием новых C-C-связей за счет ароматического углерода графитовой структуры и углерода перфтор(ω-хлорперфтор)алкильного фрагмента RF.

Полученные фторсодержащие производные графита 6 подвергают испытаниям в качестве твердых смазочных материалов.

Исследование величины коэффициента трения (f) и интенсивности изнашивания (Ih) проведено при комнатной температуре по схеме «палец-пластина» в условиях трения скольжения при возвратно-поступательном движении пальца по пластине.

Палец и пластина представляют собой параллелепипеды, изготовленные из одноименной аустенитной стали 12Х18Н9. Размеры пальца - 7×7×20 мм, пластины - 60×40×10 мм. Скорость скольжения пальца по пластине - 0.07 м/с, длина пути трения пальца - 80 м (~1000 двойных ходов пальца).

Рабочие поверхности пальцев и пластин прошлифованы механически, класс шероховатости - 8. Перед испытанием пальцы и пластины тщательно обезжирены. Навеску соединений 6 (50 мг) втирали в рабочую поверхность образцов с помощью ткани. Коэффициент трения (f) определен как отношение силы трения (F) к нормальной нагрузке (N) по формуле:

f=F/N

Сила трения (F) измерена с помощью упругого элемента (стального кольца) с закрепленными на нем тензометрическими датчиками. Показания записаны на ленте электронного потенциометра КСП-4. Нормальная нагрузка (N) - 294 Н. Интенсивность изнашивания (Ih) пальцев рассчитана по формуле:

Ih=ΔQ/ρ·L·S,

где ΔQ - потеря массы образца-пальца, г; ρ - плотность материала образца, г/см3; L - путь трения, см, S - геометрическая площадь контакта, см2.

Потери массы (ΔQ) определены взвешиванием обезжиренных после испытаний образцов-пальцев на аналитических весах с точностью до 0.0001 г.

По результатам испытаний установлено, что по своим антифрикционным характеристикам производные графита 6 выгодно отличаются от исходного природного графита 1 и от коммерческого фторграфита (табл.2): установившийся коэффициент трения (f) для всех приведенных соединений серии 6 ниже, чем f графита и фторграфита, а в случае нехлорсодержащих соединений 6с интенсивность изнашивания (Ih) снижена на порядок.

ТАБЛИЦА 2
Антифрикционные параметры фторсодержащих производных графита
№ п./п. № соед. Коэффициент трения Интенсивность изнашивания образца-пальца, Ih
пусковой (f0) установивший-ся (f)
1. Природный графит 0.62 0.57 1.9·10-6
2. Фторграфит 0.28 0.42 1.3·10-6
3. 6c (пример №3 из табл.1) 0.15 0.28 2.2·10-7
4. 6c (пример №4 из табл.1) 0.13 0.28 1.9·10-7
5. 6c (пример №5 из табл.1) 0.10 0.28 1.6·10-7
6. 6g (пример №12 из табл.1) 0.12 0.35 1.2·10-6

Суммируя имеющиеся сведения, можно отметить следующие преимущества предлагаемого способа химической модификации графита:

- для химической модификации используют обычный природный графит, который не требует дополнительной подготовки;

- процесс протекает в водной среде;

- модификация проводится при атмосферном давлении, без применения инертной атмосферы и опасных соединений;

- загрузки реагентов для осуществления предлагаемого способа модификации природного графита в несколько раз превышают загрузки в способе-прототипе;

- выделение модифицированного графита не требует специальных процедур и долгой сушки при пониженном давлении и состоит в многократной промывке горячей водой и сушке при температуре 120-130°C до постоянной массы.

Способ химической модификации графита, включающий взаимодействие графита с фторсодержащим реагентом, выделение и сушку целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве исходного графита используют природный графит, в качестве фторсодержащего реагента - калийные соли перфтор(ω-хлорперфтор)карбоновых кислот, процесс ведут в присутствии персульфата калия при температуре 90-95°С в водной среде, выделение целевого продукта осуществляют фильтрацией и промывкой горячей водой, а сушку ведут на воздухе при температуре 120-130°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической, химико-металлургической отраслям промышленности. .

Изобретение относится к технологии углеграфитовых материалов и может быть использовано при изготовлении гибкой фольги, анодных масс алюминиевых электролизеров, уплотняющих прокладок, в качестве сорбентов для очистки воды, сбора нефтепродуктов.

Изобретение относится к технологии получения интеркалированного химическим методом с применением сильных кислот графита и может быть использовано при получении терморасширенного графита, уплотнительной, теплоизоляционной или огнезащитной продукции.

Изобретение относится к области получения монокристаллических слоистых пленок графита на полупроводниковых подложках, представляющих интерес для использования в производстве приборов оптоэлектроники.

Изобретение относится к способам получения углеграфитовых материалов и может быть использовано при изготовлении гибкой фольги, анодных масс алюминиевых электролизеров, уплотняющих прокладок, в качестве сорбентов для очистки воды, сбора нефтепродуктов.
Изобретение относится к приготовлениям смазочных композиций и может использоваться для получения универсальной смазочной композиции, используемой в области машиностроения, бурения, строительстве.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения графитовой фольги, адсорбентов, термостойких подложек для катализаторов.
Изобретение относится к технологии термической очистки графита или изделий на его основе и может использоваться в атомной энергетике, для синтеза искусственных алмазов, в полупроводниковой технике, для нужд химической промышленности, в производстве электрохимических источников тока.

Изобретение относится к получению материалов, характеризующихся наноразмерной структурой, в частности пористым углеродным материалом, содержащим наночастицы металлов, и может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, фильтров, материалов для хранения водорода, покрытий для защиты от электромагнитного излучения и любых других изделиях, характеризующихся наличием наночастиц металлов или оксидов металлов.

Изобретение относится к способам изготовления герметичных изделий, предназначенных для работы в химической, химико-металлургической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к способу низкотемпературной графитации углеродного материала

Изобретение относится к области неорганического материаловедения, к способам получения материалов - бета-излучателей на основе ориентированного пиролитического графита

Изобретение относится к области получения соединений графита со слоистой структурой, которые могут быть использованы в электрохимических элементах, в суперконденсаторах, при изготовлении сенсоров, оптических элементов и т.п

Изобретение относится к тем областям химической промышленности, в которых применяются технологии, обеспечивающие протекание процесса синтеза графита из исходного содержащего углерод сырья, а также устройства, с помощи которых эти технологии и становятся выполнимыми
Изобретение относится к технологии получения изделий из мелкозернистого графита, используемого для производства углеродных и углеродсодержащих материалов, а также в качестве конструкционного материала для изделий различного назначения, в том числе работающих в условиях высоких температур, нейтронного облучения, эрозии, агрессивных сред и режимного трения

Изобретение может быть использовано в электронике, солнечной энергетике, атомной промышленности, гетероструктурной электронике, машиностроении, металлургии. Пековый кокс прокаливают при 1200-1300°С в течение 2-3 часов. Затем осуществляют его вибропомол до получения среднего размера частиц в пределах 5-20 микрон. Каменноугольный пек модифицируют смешением с углеродистой нанодобавкой в количестве 0,2-1,2 мас.%, нагревают при перемешивании до 280-300°С, охлаждают до температуры окружающей среды и дробят до крупности 2 мм. Кокс, пек с нанодобавкой и стеариновую кислоту дозируют и смешивают в смесильной машине при 210-270°С. Полученную массу охлаждают до температуры окружающей среды, дробят на щековой и молотковой дробилках, размалывают на вибромельнице до получения пресспорошка требуемой крупности, который затем прессуют на изостатическом прессе. Полученные заготовки обжигают, пропитывают, повторно обжигают, графитируют и механически обрабатывают. Изобретение позволяет получить изделия больших размеров с высокими физико-химическими характеристиками. 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в электротехнике. Во внутренней полости емкости 3 размещают водяную суспензию, содержащую, об.%: частицы кокса 4 с размерами 1-8 мкм - 50-70%; остальное - вода. В суспензию дополнительно вводят частицы окиси алюминия и/или окиси кремния с такими же размерами в количестве 1-10 об.%. На суспензию воздействуют переменным вращающимся магнитным полем напряженностью 5×104÷1×106 А/м и частотой 40-70 Гц, которое формируют рабочие элементы 1, выполненные в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала, образующих замкнутый прямоугольный контур. В теле составляющих контур отдельных деталей размещены три обмотки-катушки 2, каждая из которых соединена с соответствующей фазой внешнего трехфазного источника электрического питания. На верхнем торце емкости 3 установлена изолирующая крышка 8. На дне емкости 3 проложен заглушенный с торца патрубок 6, в стенках которого выполнены отверстия перфорации 7 для подачи в придонные слои струй сжатого воздуха под избыточным давлением 0,1÷0,6 кгс/см2, создающих «кипящий слой». Время обработки 6-20 минут. Изобретение позволяет получать различные композиционные материалы из дешевого и доступного сырья, снизить затраты, упростить конструкцию устройства и процесс за счет сокращения количества стадий. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 6 пр.
Наверх