Способ получения модифицированных наночастиц железа

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения модифицированных наночастиц железа, которые могут быть использованы при создании магнитоуправляемых материалов. Проводят обработку наночастиц железа в среде органического растворителя в диапазоне температур 20-60°С с использованием соединения фторорганического полисульфида со следующей структурной формулой: Rf-(S)m-Rf, где Rf: CnF2n+1, n=1-10, m=2-3(A), ClCF2CH2-, m=2-3 (Б) или CF3OCFClCF2-, m=2-3 (В). Обеспечивается получение модифицированных наночастиц железа, не склонных к агломерации, устойчивых к окислению кислородом воздуха, стойких в концентрированной соляной кислоте, обладающих седиментационной устойчивостью и которые могут быть использованы для введения в поли- и перфторированные полимерные матрицы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения модифицированных наночастиц железа, которые могут быть использованы в создании магнитоуправляемых материалов/магнитореологических жидкостей (магнитожидкостные уплотнения, амортизаторы), радиопоглощающих покрытий, уменьшающих радиолокационную заметность (УРЗ) объектов и других полимерных композиционных материалов на основе фторполимеров, обладающих такими преимуществами, как выдающаяся термо- и агрессивостойкость, масло- и бензостойкость, а также высокая гидрофобность и олеофобность.

Известен способ получения модифицированных наночастиц металлов, в том числе железа, защищенных от окисления поверхностно-активным веществом катионного типа с противоионами галогенов [Пат. РФ 2455120, опубл. 10.07.2012, B22F 9/24]. Однако данная модификация наночастиц металлов обеспечивает лишь защиту частиц от окисления кислородом воздуха, не защищая от влияния других агрессивных сред и агломерации. Кроме того, низкая седиментационная устойчивость дисперсных систем на основе данных модифицированных паночастиц металлов не позволяет вводить их в полимерные матрицы.

Известен способ адсорбционной модификации карбонильного железа раствором гексадекантиола в этаноле в бескислородных условиях [Lee D.-W., Yu J.-H., Jang Т., Kim B.-K. // J. Mater. Sci. Technol, 2010. V.26. P.706]. В данном случае сорбционный характер связи молекул реагента-модификатора с поверхностью наночастиц железа придает стойкость к атмосферной коррозии, однако, не обеспечивает удовлетворительной устойчивости к агрессивным средам. Кроме того, высокая склонность к агломерации значительно снижает область применения модифицированных таким способом наночастиц железа.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является способ получения модифицированных наночастиц железа (НЧЖ), который заключается в разложении паров пентакарбонила железа в токе инертного газа с образованием высокодисперсных НЧЖ, которые в газовой фазе подвергаются обработке бис-(3,7-окса-перфтороктил)дисульфидом [Rodin V.M., Emelianov G.A., Vasileva E.S., Voznyakovskii A.P., Kim D. - Soo. // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2008. V.16. P.706]. Получаемые таким способом модифицированные НЧЖ обладают высокой стойкостью к окислению, седиментационной устойчивостью, пониженной склонностью к агломерации, что способствует введению их в поли- и перфторированные полимерные матрицы. Однако данный способ имеет ряд серьезных недостатков: процесс проводят в газовой фазе, требующей жестких высокотемпературных условий и сложного аппаратурного оформления. Опытная установка включает в себя два испарителя с нагревателями для исходных компонентов, газопроводную систему, проточный вертикальный реактор трубчатого типа с двумя зонами нагрева (200-350°C), а также конденсационную камеру с охлаждающей системой. Кроме того, используемый фторорганический дисульфид - бис-(3,7-окса-перфтороктил)дисульфид, является труднодоступным соединением, а способ имеет низкую производительность (0,5 г в сутки модифицированных НЧЖ). Вышеуказанные недостатки не позволяют использовать его не только для серийного производства, но даже для расширенного лабораторного. Следует также отметить невысокую стойкость в концентрированной соляной кислоте модифицированных таким образом НЧЖ, потери по массе составляют до 40% (масс.).

Технической задачей данного изобретения является разработка упрощенного способа получения высокодисперсных модифицированных НЧЖ, обладающих стойкостью к окислению, седиментационной устойчивостью, низкой склонностью к агломерации, а также стойкостью в концентрированной соляной кислоте.

Поставленная задача достигается тем, что обработку НЧЖ фторорганическим полисульфидом проводят в среде органического растворителя при температурах 20-60°C с использованием в качестве фторорганического полисульфида соединений общей формулы:

R f -(S) m -R f , (I)

где Rf:

C n F 2n + 1 , n = 1-10 , m = 2-3 (A);

ClCF 2 CH 2 - , m = 2-3 ( Б ) ;

CF 3 OCFClCF 2 - , m = 2-3 ( B ) .

Сущность изобретения заключается в смешении в стандартном реакторе, снабженном перемешивающим устройством, полидисперсных порошков НЧЖ с фторорганическими полисульфидами (I) в среде органического растворителя при умеренных температурах (20-60°C).

В качестве исходных порошков для получения НЧЖ могут быть использованы порошки следующих марок, выпускаемые в промышленном масштабе: карбонильное радиотехническое Р-10 (ГОСТ 13610-79), карбонильное Пс (ГОСТ 13610-79), карбонильное техническое ЖКВ (ТУ 6-050210316-007-88).

При модификации могут быть использованы фторорганические полисульфиды следующих структурных формул:

C n F 2n + 1 -(S) m -C n F 2n + 1 , n = 1-10 , m = 2-3 (A);

ClCF 2 CH 2 -(S) m -CH 2 CF 2 Cl , m = 2-3 (Б);

CF 3 OCFClCF 2 -(S) m -CF 2 CFClOCF 3 , m = 2-3 (B) .

Оказалось, что количество фторорганического полисульфида, необходимого для обработки порошков железа, в диапазоне температур 20-60°C может составлять всего от 2 до 10 м.ч. на 100 м.ч. железа.

В качестве органического растворителя могут быть использованы: трет-бутилметиловый эфир, четыреххлористый углерод, диметилформамид, диглим, гексан, метилфениловый эфир, этилфениловый эфир, этилацетат, бутилацетат, хладон 113, хладон 114B2, перфторметилдекалип, перфторметилциклогексан.

Способ модификации осуществляется смешением в металлическом реакторе в диапазоне температур 20-60°C в течение 3-5 часов порошка железа и фторорганического полисульфида в среде растворителя. Наиболее предпочтителен температурный диапазон 25-50°C. Далее осуществляется вакуумная отгонка растворителя и сушка модифицированных НЧЖ, которые затем хранятся в пластиковой таре.

Получаемые таким способом НЧЖ исследуют па стойкость к окислению кислородом и другими агрессивными компонентами воздуха методом термогравиметрического анализа; на склонность к снижению агломерации во времени методом динамического светорассеяния; на седиментационную устойчивость после обработки ультразвуком в поли- и перфторированных полимерных матрицах; на стойкость в концентрированной соляной кислоте при нагревании от 20 до 45°C в течение суток.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной, продутой аргоном пластиковой таре.

Пример 1

В реактор из нержавеющей стали объемом 0,2 л, снабженный мешалкой, двумя вентилями, манометром, карманом для термопары, загружают в токе аргона 100 г НЧЖ марки Р-10 (средний диаметр частиц 3,5 мкм), вакуумируют и охлаждают до -45°C охлаждающей смесью этанол - азот. Далее в реактор подают 130 мл этилацетата и 0,7 г полисульфида (Б, где m=2). Смесь доводят до 25°C и выдерживают в течение 5 ч. Далее в токе аргона реакционную смесь выгружают из реактора и переносят ее в круглодонную колбу и осуществляют вакуумную отгонку растворителя и избыточного полисульфида. Затем производят сушку модифицированного НЧЖ при 5 мм рт.ст. и 150°C в течение 2 часов. В результате опыта получено 98 г модифицированного НЧЖ.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной, продутой аргоном пластиковой таре.

Пример 2

В реактор из нержавеющей стали объемом 0,2 л, снабженный мешалкой, двумя вентилями, манометром, карманом для термопары, загружают в токе аргона 130 г НЧЖ марки Пс (средний диаметр частиц 2,2 мкм), вакуумируют и охлаждают до -40°C охлаждающей смесью этанол - азот. Далее в реактор подают 120 мл хладона 113 и 1,7 г полисульфида (В, где m=3). Смесь доводят до 50°C и выдерживают в течение 4 ч. Далее в токе аргона реакционную смесь выгружают из реактора и переносят ее в круглодонную колбу, осуществляют вакуумную отгонку растворителя и избыточного полисульфида. Затем производят сушку модифицированного НЧЖ при 10 мм рт.ст. и 160°C в течение 2 часов. В результате опыта получено 128 г модифицированного НЧЖ.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной, продутой аргоном пластиковой таре.

Пример 3

В реактор из нержавеющей стали объемом 0,2 л, снабженный мешалкой, двумя вентилями, манометром, карманом для термопары, загружают в токе аргона 120 г НЧЖ марки ЖКВ (средний диаметр частиц 3 мкм), вакуумируют и охлаждают до -50°C охлаждающей смесью этанол - азот. Далее в реактор подают 150 мл этилфенилового эфира и 1,3 г полисульфида (А, где n=1, m=3). Нагревают до 50°C и выдерживают при данной температуре 3 часа. Далее в токе аргона реакционную смесь выгружают из реактора и переносят ее в круглодонную колбу, осуществляют вакуумную отгонку растворителя и избыточного полисульфида. Затем производят сушку модифицированного НЧЖ при 5-7 мм рт.ст. и 150°C в течение 2 часов. В результате опыта получено 118 г модифицированного НЧЖ.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной, продутой аргоном пластиковой таре.

Пример 4

В реактор из нержавеющей стали объемом 0,2 л, снабженный мешалкой, двумя вентилями, манометром, карманом для термопары, загружают в токе аргона 130 г НЧЖ марки ЖКВ (средний диаметр частиц 3 мкм), вакуумируют и охлаждают до -45°C охлаждающей смесью этанол - азот. Далее в реактор подают 140 мл метилфенилового эфира и 2,3 г полисульфида (А, где n=6, m=2). Нагревают до 40°C и термостатируют при данной температуре 4 часа. Далее в токе аргона реакционную смесь выгружают из реактора и переносят ее в круглодонную колбу, осуществляют вакуумную отгонку растворителя и избыточного полисульфида. Затем производят сушку модифицированного НЧЖ при 7 мм рт.ст. и 155°C в течение 2 часов. В результате опыта получено 131 г модифицированного НЧЖ.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной, продутой аргоном пластиковой таре.

Пример 5

В реактор из нержавеющей стали объемом 0,2 л, снабженный мешалкой, двумя вентилями, манометром, карманом для термопары, загружают в токе аргона 105 г НЧЖ марки Р-10 (средний диаметр частиц 3,5 мкм), вакуумируют и охлаждают до -45°C охлаждающей смесью этанол - азот. Далее в реактор подают 130 мл бутилацетата и 3 г полисульфида (А, где n=10, m=3). Нагревают до 25°C и выдерживают при данной температуре 5 часов. Далее в токе аргона реакционную смесь выгружают из реактора и переносят ее в круглодонную колбу, осуществляют вакуумную отгонку растворителя и избыточного полисульфида. Затем производят сушку модифицированного НЧЖ при 10 мм рт.ст. и 160°C в течение 2 часов. В результате опыта получено 106 г модифицированного НЧЖ.

Полученный сухой модифицированный порошок НЧЖ переносится и хранится в заранее подготовленной продутой аргоном пластиковой таре.

Исследования распределения размера исходных и модифицированных образцов НЧЖ проводились методом динамического светорассеяния на анализаторе ZetasizerNano. Данные распределения размера частиц по объему (пример 1-5) приведены в таблице 1.

Условия съемки: гидрированная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ) - η=1,28 Пз, ε=2,55; навеска образцов железа 0,1% (масс.) от ГКЖ, n=1,425; ультразвуковая обработка в течение 2 минут.

Таблица 1
Пример № Исходные НЧЖ Модифицированные НЧЖ
Макс.1, нм Макс.2, нм Макс.3, нм Макс.1, нм Макс.2, нм
1 3380 (85%) 1440 (6%) 790 (8%) 1150 (52%) 430 (46%)
2 2270 (89%) 1270(5%) 840 (4%) 950 (55%) 470 (42%)
3 2860 (88%) 1720(7%) 980 (4%) 1280 (57%) 520 (41%)
4 2940 (84%) 1710(10%) 920 (5%) 1070 (61%) 510 (38%)
5 3440 (87%) 1450 (6%) 780 (6%) 1110 (54%) 500 (44%)

В таблице 2 приведены данные по стойкости исходных и модифицированных НЧЖ (пример 1-5) в концентрированной соляной кислоте при температуре 35°C в течение суток и выражены в массовых процентах потерь по массе.

Таблица 2
Пример № Исходные НЧЖ Модифицированные НЧЖ
Потери по массе, % (масс.) Потери по массе, % (масс.)
1 99 3
2 99 3
3 100 5
4 100 4
5 99 2

Как видно из данных, приведенных в таблицах, размер частиц после модификации значительно снижается, что свидетельствует об отсутствии агломерации модифицированных НЧЖ, при этом дисперсность не меняется при хранении.

Следует отметить также, что обнаруженный эффект повышенной стойкости модифицированных НЧЖ в концентрированной соляной кислоте является неожиданным, т.к. при проведении процесса модификации НЧЖ с использованием вышеуказанных фторорганических полисульфидов в среде органического растворителя при температурах более 100°C стойкость в концентрированной соляной кислоте модифицированных НЧЖ была значительно ниже и потери по массе составляли 25-35% (масс.).

Полученные в примерах (1-5) модифицированные НЧЖ были использованы в качестве наполнителя дисперсий для создания магнито-реологических жидкостей. Приготовление дисперсии на основе модифицированных НЧЖ и поли- или перфторированной полимерной матрицы (например, фторсилоксанов или фторуглеродов) сводилось к замешиванию компонентов в низкооборотном диспергаторе и обработке ультразвуком. После чего на протяжении нескольких месяцев наблюдалась однородная дисперсия, которая не расслаивается и не теряет своих высоких магнито-реологических свойств, что подтверждает седиментационную устойчивость модифицированных НЧЖ в поли- или перфторированных полимерных матрицах.

Таким образом, как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ технически прост, не требует специального оборудования, проведение процесса при невысоких температурах исключает возможность окисления частиц на воздухе и дальнейшей агломерации, обладает высокой производительностью, при этом получаемые модифицированные НЧЖ являются высокодисперсными и не склонны к агломерации, устойчивы к окислению кислородом воздуха, стойки в концентрированной соляной кислоте, обладают седиментационной устойчивостью и могут быть использованы для введения в поли- и перфторированные полимерные матрицы.

1. Способ получения модифицированных наночастиц железа, включающий обработку наночастиц железа фторорганическими полисульфидами, отличающийся тем, что обработку проводят в среде органического растворителя в диапазоне температур 20-60°C с использованием в качестве фторорганических полисульфидов соединения со следующей структурной формулой:
Rf-(S)m-Rf, (I),
где Rf:
CnF2n+1, n=1-10; m=2-3(A),
ClCF2CH2-, m=2-3 (Б) или
CF3OCFClCF2-, m=2-3 (В).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических растворителей используют: трет-бутилметиловый эфир, четыреххлористый углерод, диметилформамид, диглим, гексан, метилфениловый эфир, этилфениловый эфир, этилацетат, бутилацетат, перфторметилдекалин, перфторметилциклогексан, хладон 113, хладон 114B2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осуществляют фторорганическими полисульфидами в количестве от 2 до 10 м.ч. на 100 м.ч. железа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу нанесения наноалмазного материала комбинированной электромеханической обработкой и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения модифицированного олигомерно-сернистого битума. Для получения модифицированного битума осуществляют подготовку сырья путем вакуумной перегонки мазута в вакуумной колонне при остаточном давлении верха колонны 15-25 мм рт.ст.

Изобретение может быть использовано при изготовлении носителей катализаторов, сорбентов, электрохимических конденсаторов и литий-ионных аккумуляторов. Взаимодействуют при 700-900 °C соль кальция, например, тартрат кальция или тартрат кальция, допированный переходным металлом, являющаяся предшественником темплата, и жидкие или газообразные углеродсодержащие соединения или их смеси в качестве источника углерода.

Изобретение относится к нанотехнологии. Графеновые структуры в виде плоских углеродных частиц с поверхностью до 5 мм2 получают путем сжигания в атмосфере воздуха или инертного газа композитного пресс-материала, полученного из микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий, нанодисперсных порошков кремния или боридов алюминия, взятых в количестве 10-35 мас.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанокристаллических магнитомягких порошковых материалов. Может использоваться для создания эффективных систем электромагнитной защиты на основе радиопоглощающих материалов.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения железного порошка включает подготовку железоуглеродистого расплава с содержанием углерода 3,9-4,3 мас.%, распыление его сжатым воздухом в воду, обезвоживание, сушку с получением порошка-сырца с отношением концентрации кислорода к углероду, равным 1,1-2,0, и измельчение до крупности частиц не более 0,250 мм.

Изобретение относится к композиции матриксного носителя для применения в фармацевтической системе доставки для перорального введения, которая является суспензией состоящего из частиц материала в непрерывной масляной фазе.

Изобретение может быть использовано при получении материалов для электронной промышленности, в частности для литий-ионных аккумуляторов. Способ получения титаната лития включает получение смеси, содержащей соединения титана и лития, и термообработку полученной смеси с последующим обжигом продукта термообработки.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения композитов, которые применяются в фотокаталитических процессах, в качестве катализаторов олигомеризации олефинов и полимеризации этилена.

Светоизлучающий прибор согласно изобретению содержит связанные друг с другом светоизлучающий элемент и элемент, преобразующий длину волны, при этом светоизлучающий элемент содержит со стороны элемента, преобразующего длину волны, первую область и вторую область, а элемент, преобразующий длину волны, содержит со стороны светоизлучающего элемента третью область и четвертую область, причем первая область имеет нерегулярное расположение атомов по сравнению со второй областью, а третья область имеет нерегулярное расположение атомов по сравнению с четвертой областью, при этом первая область и третья область связаны напрямую.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных наночастиц железа. Может использоваться для изготовления магнитоуправляемых материалов/магнитореологических жидкостей, радиопоглощающих покрытий, уменьшающих радиолокационную заметность объектов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферромагнитной порошковой композиции. Может использоваться в качестве сердечника в катушках индуктивности, статорах и роторах электрических машин, силовых приводах, датчиках и сердечниках трансформаторов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковой композиции на основе железа и используемой в ней композитной смазке. Порошковая композиция содержит железный порошок или порошок на основе железа и частицы композитной смазки.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных нанопорошков оксида цинка. Может использоваться в качестве строительных герметиков, работающих при высоких деформирующих нагрузках и требующих повышенных значений обратимых относительных удлинений.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройству для нанесения покрытий на порошки. .

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способу плазменной обработки дисперсного материала. .

Изобретение относится к получению стабилизированного порошка металлического лития. .

Изобретение относится к плазменной обработке поверхности частиц с помощью диэлектрических барьерных разрядов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных порошковых материалов с металлической матрицей, армированной тугоплавкими наполнителями методом сверхскоростного механосинтеза.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для повышения термической стабильности порошкообразного гидрида титана. .
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к способу перемешивания в вакууме частиц электрокатализаторов на углеродной основе, заключающемуся в том, что перемешивание производят в вакуумной рабочей камере, снабженной устройством подачи инертного газа и держателем порошка частиц электрокатализаторов. При этом перемешивание осуществляют путем создания псевдокипящего слоя. Способ характеризуется тем, что для размещения порошка электрокатализатора используют установленную в держателе пористую подложку с открытой пористостью, выполненную из инертного материала, пневматически связанную с устройством автономной подачи газа, а через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц электрокатализатора. Использование настоящего изобретения позволяет повысить эффективность его применения для электрохимических катализаторов на углеродных носителях, таких как сажа, нанотрубки или нановолокна, обладающих высокоразвитой поверхностью, путем снижения слипания частиц и обеспечения их вращения в псевдокипящем слое. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения модифицированных наночастиц железа, которые могут быть использованы при создании магнитоуправляемых материалов. Проводят обработку наночастиц железа в среде органического растворителя в диапазоне температур 20-60°С с использованием соединения фторорганического полисульфида со следующей структурной формулой: Rf-m-Rf, где Rf: CnF2n+1, n1-10, m2-3, ClCF2CH2-, m2-3 или CF3OCFClCF2-, m2-3.Обеспечивается получение модифицированных наночастиц железа, не склонных к агломерации, устойчивых к окислению кислородом воздуха, стойких в концентрированной соляной кислоте, обладающих седиментационной устойчивостью и которые могут быть использованы для введения в поли- и перфторированные полимерные матрицы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Наверх