26.08.2017
217.015.e058

Способ получения наполнителей для строительных материалов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002625388
Дата охранного документа
13.07.2017
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению наполнителя для строительных материалов. Соль алюминия в количестве от 40 до 100 г/л растворяют в кипящем водном 10-50 мас.% растворе углевода, добавляют разрыхлитель в виде 5-50 мас.% раствора нитрата алюминия с обеспечением содержания алюминия в растворе до 70-350 г/л, затем раствор упаривают до образования коричневой массы вязкой консистенции, полученную массу помещают в тигель и прогревают в муфельной печи на воздухе при температуре 250-400°С до прекращения потери массы, после чего поднимают температуру до 800-1200°С и прокаливают ее до полного выгорания углевода. В качестве соли алюминия может быть использован оксихлорид, ацетат и сульфат алюминия, а в качестве углевода - тростниковый сахар. Обеспечивается получение наполнителя для строительных материалов в виде порошка оксида алюминия, обладающего низкой насыпной плотностью, низким значением теплопроводности и высокой пористостью. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области порошкового материаловедения с использованием химических процессов, в частности к методу синтеза порошков оксидов металлов - наполнителей для строительных материалов с низкой насыпной плотностью, низкой теплопроводностью и высокой пористостью.

Возросший интерес к порошкам оксидов металлов с низкой насыпной плотностью и низкой теплопроводностью объясняется широким спектром применения таких материалов.

Так, использование порошков оксидов металлов с низкой насыпной плотностью позволяет изготавливать из них изделия, сочетающие в себе высокую пористость и хорошие прочностные характеристики [Андреевский Р.А. Порошковое материаловедение. - М.: Металлургия, 1991, RU 2553041].

Использование порошков с низкой теплопроводностью позволяет использовать их в качестве добавок к металлам, краскам и сухим смесям, бетонам и другим строительным материалам для увеличения их теплоизоляционных свойств [RU 94039976]. Известно, что теплопроводность бетона в значительной мере определяется видом используемого наполнителя. В настоящее время в строительстве широко используются легкобетонные стеновые панели. Расчетная теплопроводность (ватт на метр-кельвин) при комнатной температуре керамзитобетона при плотности 1000 кг/м3 составляет 0,41 Вт/(м⋅К), что в 2 раза меньше теплопроводности кирпичной кладки, а при плотности 1200 кг/м3 - 0,52 Вт/(м⋅К) и т.д. Имеется определенная общая зависимость между насыпной плотностью и теплопроводностью. Чем более плотный материал, тем выше у него теплопроводность, и наоборот [http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-98-beton/27.htm].

Известно, что порошки оксидов металлов при спекании до 1200°С характеризуются однородностью размера частиц [Панасюк Г.П., Ворошилов И.Л., Белан В.Н., Козерожец И.В. Метод получения наноразмерного порошка α-оксида алюминия // Химическая технология, 2011, №4, с. 227-231].

В настоящее время известен ряд методов синтеза, например гидротермальное осаждение и золь-гель метод, позволяющих получать порошки оксидов металлов, которые обладают целым рядом уникальных свойств: габитус, контролируемый размер частиц и их однородность [Козерожец И.В. Разработка метода получения и исследование субмикронных и наноразмерных частиц оксидов алюминия с низким содержанием примесей. Диссерт. на соиск. учен. степ. канд хим. наук. 2011, 129 с]. Однако возможности целенаправленного синтеза материала с заданными техническими и потребительскими характеристиками исследованы недостаточно.

Известен способ получения нанодисперсного порошка оксида циркония, стабилизированного оксидами иттрия и/или скандия [RU 2492157], включающий получение исходной смеси нитратов соответствующих металлов и глицина, нагревание смеси до температуры 160÷250°С и выдержку при этой температуре с последующим отжигом, при этом в исходную смесь дополнительно вводят карбоновую кислоту и/или аммонийные соли карбоновой кислоты или аминоуксусной кислоты в количестве 5÷20 мас.% от содержания глицина и отжиг осуществляют при температуре 550÷570°С.

К недостаткам изобретения относится относительно высокая, от 1,1 до 1,9 г/см3, насыпная плотность получаемого продукта.

Известен способ получения нанокристаллов оксида алюминия, заключающийся в том, что соединение алюминия смешивают с целлюлозой в воде до образования однородной дисперсной фазы, дисперсную фазу отфильтровывают и нагревают до 500÷850°С, полученный агрегированный оксид алюминия помещают в автоклав, в котором осуществляют гидротермальную обработку в кислой среде, содержащей водный раствор кислоты с концентрацией 0,08÷2,20 мас.%, при температуре 180÷220°С в течение 4÷26 ч, полученный наноразмерный бемит сушат и прокаливают при 800÷850°С в течение 2÷3 ч [RU 242418].

Недостатком способа является то, что образующиеся кристаллы не обладают низкой насыпной плотностью и тем более высокой пористостью.

Известен способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой [RU 2534096], обладающего высокими потребительскими характеристиками, такими как насыпная плотность 0,01÷0,09 г/см3, теплопроводность 0,008÷0,025 Вт/(м⋅К). Способ включает проведение реакции синтеза аэрогеля гидроксида алюминия в герметичной емкости путем обработки бинарного расплава парогазовым потоком на основе смеси инертных и (или) малоактивных газов с водяным паром при температуре расплава 280÷1000°С, отличающийся тем, что в качестве бинарного расплава используется висмут с содержанием алюминия 0,05÷7,00 мас.%.

Сущность изобретения заключалась в том, что в реакционную емкость с бинарным расплавом подавали смесь аргона и водяного пара с содержанием пара 30 об.% и объемным расходом 3 л/ч. Через 10 часов при проведении ревизии реакционной емкости были обнаружены на поверхности висмута массивные грушевидные образования белого цвета.

Недостатком способа является сложная, дорогостоящая и продолжительная по времени технология.

Вторым недостатком является то, что полученный продукт, а именно гидроксид алюминия, является неустойчивым при хранении, а при нагревании разлагается с выделением воды. По этой причине использование гидроксида алюминия в качестве наполнителя для строительных материалов является малоперспективным.

Наиболее близким к заявляемому способу по конечному результату является способ получения железного порошка с низкой насыпной плотностью [RU 2006344] (прототип). В приведенном изобретении описан метод, включающий сушку, измельчение, полное окисление и последующее восстановление железной окалины с размолом и классификацией полученного спека губчатого железа. Перед восстановлением проводят дополнительное измельчение железной окалины до заданной крупности порошка.

По существу, в изобретении используют гематит с химической формулой Fe2O3, который измельчают механически до заданной крупности порошка с последующим его восстановлением в токе водорода до образования порошка металлического железа. Таким образом, в прототипе присутствует механическая обработка исходного порошка Fe2O3 путем перемалывания в шаровой мельнице в течение 15 мин до крупности 0,16 мм с последующим его восстановления в токе водорода.

В качестве промежуточного продукта получают порошок оксида железа, в качестве конечного продукта получают порошок железа с максимальной крупностью частиц 0,16 мм, насыпной плотностью 1,3 г/см3, выход порошка с насыпной плотностью 1,3 г/см3 составил 97,3%, удельная поверхность частиц (по прибору "Аккусорб") 2,3 м2/г. Свойства порошка железа не отличались от свойств порошка оксида железа.

Недостатком способа по прототипу является относительно высокая насыпная плотность получаемых порошков. Использование шаровой мельницы не позволяет достичь необходимой низкой насыпной плотности и однородности как оксида железа, так и металлического железа.

Как следствие грубой механической обработки в шаровой мельнице получают агломерированные порошки, что обуславливает их высокую теплопроводность.

Также к недостаткам можно отнести то, что предложенная в прототипе технология является энергозатратной и требует дорогостоящего оборудования.

Предложенное нами изобретение направлено на изыскание простого и дешевого способа получения порошков оксидов металлов с высокими потребительскими характеристиками наполнителей для строительных материалов, с низкой насыпной плотностью, низкой теплопроводностью и высокой пористостью.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения наполнителей для строительных материалов, обладающих низкой насыпной плотностью, низким значением теплопроводности и высокой пористостью, представляющих собой порошки оксидов металлов, выбранных из ряда: алюминий, магний и цинк, заключающийся в том, что соли указанных металлов в количестве от 40 до 100 г/л растворяют в кипящем водном 10÷50 мас.% растворе углевода, далее добавляют разрыхлитель в виде 5-50 мас.% раствора нитрата этого же металла в количестве, доводящем содержание металла в растворе до 70÷350 г/л, затем раствор упаривают до образования коричневой массы вязкой консистенции, которую помещают в тигель и прогревают в муфельной печи на воздухе при температуре 250÷400°С до прекращения потери массы, после чего поднимают температуру до 800÷1200°С и прокаливают ее о полного выгорания углевода.

Технический результат достигаются также тем, что в качестве солей металлов используют оксихлориды, ацетаты и сульфаты алюминия, магния и цинка.

Целесообразно, что в качестве углевода используют тростниковый сахар.

Выбор диапазона концентрации соли металла в исходном растворе обусловлен тем, что при массовой доле соли металла менее 40 г/л процесс синтеза порошка оксида металла становится более энергоемким на стадии упаривания. При массовой доле соли металла более 100 г/л не происходит равномерного распределения ионов металлов в растворе углевода, и получение порошков оксидов металлов с требуемыми свойствами становится затруднительным.

Выбор диапазона концентрации углевода в горячем водном растворе определен экспериментальным путем и является оптимальным для получения конечного продукта с заявленными техническими характеристиками, то есть с низкой насыпной плотностью, низкой теплопроводностью при комнатной температуре и высокой пористостью. Так, при значениях концентрации углевода ниже 10 мас.% вспенивание раствора недостаточно интенсивное для образования порошков оксидов металлов с заданными свойствами, а при концентрации выше 50 мас.% не удается полностью растворить исходные соли металлов.

Выбор диапазона концентрации нитрата металла 5÷50 мас.% в качестве разрыхлителя для доведения содержания металла в растворе до 70÷350 г/л обусловлен, с одной стороны, минимизацией энергозатрат, а с другой стороны - пределами растворимости солей.

Сущность изобретения состоит в том, что обнаружено свойство нитратов металлов выполнять функцию разрыхлителя в оксихлоридах, ацетатах и сульфатах тех же металлов за счет разложения нитрата в присутствии углевода по следующей схеме:

MNO3→МО+NO2+O2.

В процессе упаривания вышеуказанного раствора происходит активация разрыхлителя, что приводит к образованию коричневой массы вязкой консистенции, которую помещают в тигель и прогревают в муфельной печи на воздухе при температуре 250÷400°С до прекращения потери массы. Выбранный диапазон является оптимальным с точки зрения энергозатрат.

Температуру прокаливания в муфельной печи на воздухе выбирают из тех соображений, что при температуре меньше 800°С не происходит полного выгорания углевода, а при температуре выше 1200°С наблюдается укрупнение частиц и образование агломератов порошков оксидов металлов.

Изобретение позволяет получать порошки оксидов металлов с высокими потребительскими и техническими характеристиками.

Заявляемое изобретение поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями.

Фиг. 1. ПЭМ-изображение порошка оксида алюминия, полученного по заявленному изобретению.

Фиг. 2. ПЭМ-изображение порошка оксида магния, полученного по заявленному изобретению.

Фиг. 3. ПЭМ-изображение порошка оксида цинка, полученного по заявленному изобретению.

Изображения получены с помощью просвечивающего электронного микроскопа на приборе Jem-1001.

Ниже приведены примеры реализации заявляемого способа. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.

Пример 1. Получение порошка оксида алюминия

Оксихлорид алюминия массой 45 г растворяли в 1 литре кипящего водного 40 мас.% раствора тростникового сахара при равномерном перемешивании, затем добавляли разрыхлитель в виде 40 мас.% водного раствора нитрата алюминия, содержащий 45 г нитрата алюминия, с тем чтобы довести содержание металла в растворе до 90 г/л. Затем раствор упаривали до образования коричневой массы вязкой консистенции, которую помещали в тигель и прогревали в муфельной печи на воздухе при температуре 350°С до прекращения потери массы и затем при температуре 800°С до полного выгорания углевода. Получили порошок γ-Al2O3 с насыпной плотностью 0,018 г/см3, с теплопроводностью (ватт на метр-кельвин) при комнатной температуре 0,03 Вт/(м⋅К), пористостью 99,5% и значением удельной поверхности 160 м2/г.

Пример 2. Получение порошка оксида магния

Ацетат магния массой 100 г растворяли в 1 литре кипящего водного 40 мас.% раствора тростникового сахара при равномерном перемешивании, затем добавляли разрыхлитель в виде 10 мас.% водного раствора нитрата магния, содержащего 250 г нитрата магния, с тем чтобы довести содержание металла в растворе до 350 г/л. Затем раствор упаривали до образования коричневой массы вязкой консистенции, которую помещали в тигель и прогревали в муфельной печи на воздухе при температуре 350°С до прекращения потери массы и затем при 800°С до полного выгорания углевода. Получили порошок MgO с насыпной плотностью 0,060 г/см3 с теплопроводностью (ватт на метр-кельвин) при комнатной температуре 0,095 Вт/(м⋅К), пористостью 98,3% и значением удельной поверхности 120 м2/г.

Пример 3. Получение порошка оксида цинка

Сульфат цинка массой 70 г растворяли в 1 литре кипящего водного 40 мас.% раствора тростникового сахара при равномерном перемешивании, затем добавляли разрыхлитель в виде 45 мас.% водного раствора нитрата цинка, содержащего 100 г нитрата цинка, с тем чтобы довести содержание металла в растворе до 170 г/л. Затем раствор упаривали до образования коричневой массы вязкой консистенции, которую помещали в тигель и прогревали в муфельной печи на воздухе при температуре 350°С до прекращения потери массы и затем при 1200°С до полного выгорания углевода. Получили порошок ZnO с насыпной плотностью 0,200 г/см3, пористостью 98,3%, теплопроводностью (ватт на метр-кельвин) при комнатной температуре 0,350 Вт/(м⋅К) и значением удельной поверхности 100 м2/г.

Во всех примерах значение удельной поверхности значительно превышает аналогичный показатель в прототипе, что также может оказаться важным показателем в номенклатуре характеристик строительных материалов.

Предложенное изобретение позволяет получать порошки оксидов металлов с высокими потребительскими характеристиками, а именно низкими насыпной плотностью и теплопроводностью и высокой пористостью, достаточно простым и дешевым способом.


Способ получения наполнителей для строительных материалов
Способ получения наполнителей для строительных материалов
Способ получения наполнителей для строительных материалов
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 47 items.
27.07.2013
№216.012.59d6

Противогололедная композиция

Изобретение относится к области разработки противогололедных реагентов и может быть использовано для борьбы с гололедом на дорожных и аэродромных покрытиях. Противогололедная композиция состоит из реагента на основе нитрата металла, содержащего либо гранулированный обезвоженный нитрат кальция,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488619
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e1e

Способ определения монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством

Изобретение относится к контролю качества автомобильного бензина. Содержание монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством определяют по его цветовому переходу после контактирования с пробой анализируемого бензина. В качестве индикатора используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489715
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.691e

Композиционный катодный материал

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства катодного материала литий-ионных аккумуляторных батарей для питания портативной электроники, электроинструмента, электротранспорта. Предложен композиционный катодный материал, состоящий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492557
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.01.2014
№216.012.9426

Способ получения стабилизированного водного золя нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием

Изобретение относится к технологии производства наноматериалов для получения оксидных топливных элементов, тонких покрытий, пленок, обладающих высокой ионной проводимостью. Способ включает приготовление водного раствора солей церия и гадолиния, в котором суммарная концентрация редкоземельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503620
Дата охранного документа: 10.01.2014
27.03.2014
№216.012.ae90

Способ получения проницаемого ионообменного материала

Изобретение относится к способу получения проницаемого ионообменного материала, который может быть использован в качестве сырья для изготовления мембран, пленок, гранул и модифицирующих покрытий, обладающих ионообменными свойствами и способностью к быстрому переносу ионов. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510403
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.06.2014
№216.012.d926

Реагентная индикаторная трубка на основе хромогенных дисперсных кремнеземов

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов. В качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521368
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.da39

Способ получения наноструктурированных покрытий оксидов металлов

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы. Способ заключается в том, что готовят спиртовой раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521643
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.08.2014
№216.012.eed0

Способ получения фторидных стекол с широким ик диапазоном пропускания

Изобретение относится к технологии получения фторидных хлор- и бромсодержащих стекол с широким ИК-диапазоном пропускания и повышенной прозрачностью. Способ получения фторидных стекол включает плавление шихты из исходных компонентов в инертной атмосфере в платиновом или углеродном тигле с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526955
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.efe9

Композиционная ионообменная мембрана

Изобретение относится к технологии изготовления композиционных ионообменных мембран, обладающих свойством селективности сорбции или переноса нитрат-аниона. Предложена композиционная ионообменная мембрана, характеризующаяся повышенной подвижностью нитрат-анионов и повышенной константой ионного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527236
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.05.2015
№216.013.48d9

Борсодержащий нейтронозащитный материал

Изобретение относится к нейтронозащитным материалам и может быть использовано, в частности, при капсулировании радиоактивных отходов, при создании защитных щитов. Борсодержащий материал с деформационной устойчивостью ΔL/L=3,0÷7,5% при 600°С получают взаимодействием силиката натрия NaO(SiO) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550156
Дата охранного документа: 10.05.2015
Showing 1-10 of 32 items.
27.07.2013
№216.012.59d6

Противогололедная композиция

Изобретение относится к области разработки противогололедных реагентов и может быть использовано для борьбы с гололедом на дорожных и аэродромных покрытиях. Противогололедная композиция состоит из реагента на основе нитрата металла, содержащего либо гранулированный обезвоженный нитрат кальция,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488619
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e1e

Способ определения монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством

Изобретение относится к контролю качества автомобильного бензина. Содержание монометиланилина в автомобильном бензине индикаторным тестовым средством определяют по его цветовому переходу после контактирования с пробой анализируемого бензина. В качестве индикатора используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489715
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.691e

Композиционный катодный материал

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства катодного материала литий-ионных аккумуляторных батарей для питания портативной электроники, электроинструмента, электротранспорта. Предложен композиционный катодный материал, состоящий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492557
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.01.2014
№216.012.9426

Способ получения стабилизированного водного золя нанокристаллического диоксида церия, допированного гадолинием

Изобретение относится к технологии производства наноматериалов для получения оксидных топливных элементов, тонких покрытий, пленок, обладающих высокой ионной проводимостью. Способ включает приготовление водного раствора солей церия и гадолиния, в котором суммарная концентрация редкоземельных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503620
Дата охранного документа: 10.01.2014
27.03.2014
№216.012.ae90

Способ получения проницаемого ионообменного материала

Изобретение относится к способу получения проницаемого ионообменного материала, который может быть использован в качестве сырья для изготовления мембран, пленок, гранул и модифицирующих покрытий, обладающих ионообменными свойствами и способностью к быстрому переносу ионов. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510403
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.06.2014
№216.012.d926

Реагентная индикаторная трубка на основе хромогенных дисперсных кремнеземов

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов. В качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521368
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.da39

Способ получения наноструктурированных покрытий оксидов металлов

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы. Способ заключается в том, что готовят спиртовой раствор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521643
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.08.2014
№216.012.eed0

Способ получения фторидных стекол с широким ик диапазоном пропускания

Изобретение относится к технологии получения фторидных хлор- и бромсодержащих стекол с широким ИК-диапазоном пропускания и повышенной прозрачностью. Способ получения фторидных стекол включает плавление шихты из исходных компонентов в инертной атмосфере в платиновом или углеродном тигле с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526955
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.efe9

Композиционная ионообменная мембрана

Изобретение относится к технологии изготовления композиционных ионообменных мембран, обладающих свойством селективности сорбции или переноса нитрат-аниона. Предложена композиционная ионообменная мембрана, характеризующаяся повышенной подвижностью нитрат-анионов и повышенной константой ионного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527236
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.05.2015
№216.013.48d9

Борсодержащий нейтронозащитный материал

Изобретение относится к нейтронозащитным материалам и может быть использовано, в частности, при капсулировании радиоактивных отходов, при создании защитных щитов. Борсодержащий материал с деформационной устойчивостью ΔL/L=3,0÷7,5% при 600°С получают взаимодействием силиката натрия NaO(SiO) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550156
Дата охранного документа: 10.05.2015

Похожие РИД в системе