способ получения модифицированного пигмента на основе zro2
Классы МПК: | C09C1/00 Обработка специальных неорганических материалов иных, чем волокнистые наполнители C09C1/28 соединения кремния C09D5/33 краски, отражающие излучение |
Автор(ы): | Владимиров В.М., Михайлов М.М. |
Патентообладатель(и): | Томский политехнический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-10 публикация патента:
20.10.2000 |
Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при изготовлении летательных аппаратов космической техники. При помощи седиментометра определяют средний размер частиц пигмента ZrO2 и модификатора SiO2. Выбирают концентрацию модификатора исходя из условия где средний размер частиц пигмента; cм - концентрация модификатора, но не более 7%. Модификатор наносят на частицы пигмента перемешиванием и обжигом. Определяют стойкость модифицированного пигмента к действию облучения as = 0,032 - 0,129. 2 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ получения модифицированного пигмента на основе ZrO2, включающий выбор химического состава модификатора, подбор его концентрации, перемешивание и обжиг, отличающийся тем, что определяют средний размер частиц пигмента и выбор концентрации модификатора (См) ведут в пределах, так что больше 50 и меньше 215 и См меньше 7%.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к пигментам и может быть использовано для светоотражающих покрытий, применяемых в летательных аппаратах космической техники. Известен способ получения пигмента, содержащего модификатор SrSiO3 [Савельев Г.Г., Иванов Г.Ф., Стась Н.Ф. // Фотолиз оксида циркония, содержащего добавки SrSiO3. / Изв. АН СССР. Неорган. материалы 1988, т. 24, N 6, с. 960-963] в количестве 1 мас%, в котором смесь пигмента ZrO2 и модификатора перемешивают, а затем обжигают при T = 600-800oC. Но данный способ недостаточно эффективен по стойкости модифицированного пигмента к излучению. Известно [Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Рябчикова Л.Е. // Влияние размеров зерен и удельной поверхности на оптические свойства порошков ZrO2. /Изв. АН СССР. Неорган. материалы, 1988, т. 24, N 7, с. 1136-1140], что интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения (as) зависит от среднего размера зерна так, что имеется область оптимальных значений, приводящих к понижению as при облучении электронами. Известен способ получения модифицированного пигмента на основе ZrO2 [Михайлов М. М., Кузнецов Н.Я., Стась Н.Ф. и др. // Исследование светостойкости отражающих покрытий на основе модифицированного диоксида циркония / Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1990, т. 26, N 9, с. 1889-1892] путем подбора концентрации модификатора, перемешивания и обжига, выбранный в качестве прототипа. Получаемый эффект авторы объясняют наличием химически активных дырок 0-, способствующих аннигиляции возникающих при облучении дефектов. Однако при этом не учитывалось влияние размера частиц пигмента. Задачей изобретения является получение модифицированного пигмента на основе ZrO2 и повышение стойкости его к действию облучения. Указанная задача достигается тем, что в известном способе получения модифицированного пигмента на основе ZrO2, включающем выбор химического состава модификатора, подбор его концентрации, перемешивание и обжиг, согласно изобретению определяют средний размер частиц, а выбор концентрации модификатора (см) ведут в пределахгде средний размер частиц пигмента, мкм;
так чтобы количество модификатора обеспечивало создание монослоя вокруг гранулы пигмента, но не больше 7%. Известно [Савельев Г.Г., Иванов Г.Ф., Стась Н.Ф. // Фотолиз оксида циркония, содержащего добавки SrSiO3. / Изв.АН СССР. Неорган. материалы 1988, т. 24, N 6, с. 960-963], что устойчивость к действию излучения зависит от наличия мест контакта зерен модификатора и пигмента, поэтому чем больше число контактов, тем больше устойчивых центров, тем выше стойкость модифицированного пигмента. С другой стороны, устойчивость к действию излучения зависит от размера зерен [Михайлов М.М., Кузнецов Н.Я., Рябчикова Л.Е. // Влияние размеров зерен и удельной поверхности на оптические свойства порошков ZrO2. / Изв.АН СССР. Неорган. материалы, 1988, т. 24, N 7, c. 1136-1140]. Нами получена обратно пропорциональная зависимость as от размера зерна (фиг. 1), что связано с увеличением рассеивающей способности света выбранного пигмента. Таким образом, устойчивость к действию излучения для выбранного пигмента и модификатора зависит, по крайней мере, от двух факторов: концентрации пигмента cn и среднего размера частиц пигмента так что одновременное изменение двух факторов в сторону увеличения их значений приводит к повышению стойкости, но до определенного предела, связанного с созданием монослоя зерен модификатора вокруг частиц пигмента. Из фиг. 2, на которой представлена зависимость величины деградации as от концентрации модификатора cм в зависимости от размера гранул (9,25; 51,72; 100 мкм) выбирается предел концентрации см < 7% для получения оптимальных свойств. Для частиц сферической формы образование монослоя модификатора будет выполняться при условии равенства площадей занимаемой модификатором вокруг пигмента,
Sп = Sм. (1)
При этом формулу для концентрации модификатора можно записать
rп, rм - диаметр частицы пигмента и модификатора соответственно,
n, м - плотности потока и модификатора. Из (2) следует
Для определения пределов заметим, что введение модификатора в общем случае приводит к изменению коэффициента экстинции (), который выражается формулой
где me - константа,
r - диаметр частицы. [Иванов А.П., Предко К.Г. Оптика люминесцентного экрана. Минск: Наука и техника, 1984, 271 с.]. Изменение светового потока при введении модификатора будет равно
I = Io(-Z)exp(-Z). (5)
В нашем случае величина Z связана с вводимым диаметром частиц модификатора
Z = rм. (6)
Из формул (4-6) при условий постоянства рассеяния света при введении модификатора получаем еще односоотношение
Выражая из (7) и подставляя в (2), получаем уравнение для расчета
Величина k2 получается в результате обработки экспериментальных данных k2 = 2,21 10-4 мкм3. Система уравнений (8) достаточна для определения оптимального размера пигмента (rп) и концентрации модификатора (cм). Для определения пределов изменения см и rп выбираем значения k1 из формулы изобретения и решаем систему уравнений (8). Расчет показывает
k1 = 50; rп = 66,5 мкм; cм = 0,75%;
k1 = 215; rп = 32,0 мкм; cм = 6,7%. Для того чтобы найти оптимальную область следует одновременно увеличивать концентрацию модификатора и размер частиц, что и представлено в виде экспериментальных данных в таблице 1. Величину определяли прибором "Analizette-20" фирмы Friche (Германия), а величину деградации - на установке "Спектр-1" [Косицын Л.Г., Михайлов М.М. , Кузнецов Н.Я., Дворецкий М.И. Установка для исследования спектров диффузного отражения и люминесценции твердых тел в вакууме. // ПТЭ. 1985, N 4, с. 1976-1980]
as = 1 - Rs, (9)
где Rs - диффузное отражение солнечного излучения. Результаты эксперимента показали, что за счет подбора концентрации, при котором размер зерен пигмента оптимален, получен эффект повышения устойчивости модифицированного пигмента к ультрафиолетовому излучению в 1,5 раза. На фиг. 1 показано влияние среднего размера частиц порошка ZrO2 на величину as при облучении электронами (30 кэВ,Ф = 1 1017 см-2). На фиг. 2 показано влияние концентрации модификатора (cм) на величину as.
В таблице 1 показано влияние среднего размера частиц пигмента и концентрации модификатора (см) на величину as пигмента на основе ZrO2. В таблице 2 показан интервал размеров реальных порошков пигмента ZrO2. Практический пример. При помощи седиментометра фирмы "Analizette" определяли функцию распределения зерен по размерам и вычисляли их средний размер исходного пигмента и модификатора (4). В зависимости от времени размола получены 3 варианта. Для случая 1 выбрана добавка модификатора SiO2 в количестве 1-2 мас.% и на валковой мельнице с уралитовыми шарами производили одновременно смешение и измельчение смеси в течение 0,5 - 3 часов, а затем измеряли измельчение вели до тех пор, пока не выполнилось условие 2. Для случая 2 добавку модификатора выбирали в интервале 1 < cн < 5 мас.% и производили только перемешивание смеси без измельчения в течение 0,5 -1,0 ч на валковой мельнице. Для случая 3 количество модификатора составляло см > 6% и производили перемешивание смеси, как в случае 2. Рассмотрим средний интервал для k1
Рассчитываем размер частиц пигмента по формуле (8)
На фиг. 2 такой состав обозначен квадратиком и дает деградацию as= 0,08.
Таким образом, берется модификатор SiO2 в количестве 3,25%, смешивается с пигментом ZrO2 на валковой мельнице в течение 30-60 мин, а затем модифицированный пигмент используется для изготовления покрытий.
Класс C09C1/00 Обработка специальных неорганических материалов иных, чем волокнистые наполнители
Класс C09C1/28 соединения кремния
Класс C09D5/33 краски, отражающие излучение