способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния ультразвуком

Формула изобретения

Способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния (SiO₂) в жидкой среде, включающий введение в жидкость нанопорошка диоксида и воздействие на нее ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что в жидкость вводят нанопорошок диоксида кремния марки Таркосил Т05В 06, а воздействие ультразвуковыми колебаниями осуществляют в течение 3 мин с обеспечением в обрабатываемой среде режима акустической кавитации на резонансной частоте 23 кГц.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния марки Таркосил разновидности Т05В 06 в жидкой среде, полученный при этом состав может быть использован в качестве функциональной (модифицирующей) добавки в лакокрасочные и другие строительные материалы (бетоны, клеи для укладки керамической плитки и т.д.) для повышения их прочности и износостойкости.

Задачей изобретения является высокоэффективный способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния в жидкость с использованием энергии ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации.

Известен способ получения пористого углеродного материала на основе терморасширенного оксида графита и материал (RU 2009140063А; С04В 35/52, 10.05.2011), согласно которому частицы оксида графита используют в виде суспензии. При этом частицы оксида графита в суспензии до смешивания с солями и оксидами подвергают диспергированию путем воздействия ультразвуком, а затем смешивание суспензии с комплексной солью также осуществляют под воздействием ультразвука. Пористый углеродный композиционный материал на основе терморасширенного оксида графита содержит наночастицы переходных металлов или оксидов переходных металлов с размером, не превышающим 30 нм.

Известен также состав и способ получения нанодисперсного противоизносного состава (НСПС) (RU 2008151517А; С10М 177/00, В82В 1/00, 10.07.2010), причем НДПС представляет собой суспензию из жидкого смазочного материала и взвеси высокодисперсных минералов, при этом взвесь получается следующим образом, - набор природных минералов предварительно измельчают в мельнице до порошка, проводят его магнитную сепарацию, вводят в жидкий смазочный материал, дезинтегрируют до размера частиц минералов не более 1 мкм, полученную смесь отстаивают, а образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки к смазочному материалу, причем набор природных минералов имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Серпентин (лизардит и хризотил)	80-87
Хлорит	2-3
Магнетит	1-2
Амакинит	1-2
Кальцит	0,5-1
Рентгеноаморфная фаза	8,5-12

а непосредственно перед дезинтеграцией в жидкий смазочный материал вводятся поверхностно-активные вещества, образующие с частицами минералов в процессе их диспергирования коллоидный раствор. Перед дезинтеграцией в жидком смазочном материале порошок помещают в технологическую жидкость и проводят обработку полученной суспензии порошка и технологической жидкости с помощью ультразвука при мощности излучения не менее 5 кВт при длительности не менее 10 мин, а затем производят удаление технологической жидкости, после чего проводят диспергирование в жидком смазочном материале.

И в первом и во втором способе используется диспергирование ультразвуком. В состав предлагаемых материалов входят наноразмерные вещества.

Наиболее близким к заявленному изобретению относится изобретение США «Наноструктурные сырьевые материалы для термического напыления», запатентованное в России (RU 98111495А; С23С 4/12, В82В 1/00, В82В 3/00, 10.06.2000; заявители: Юниверсити Коннектикут (US); Рутгерс, Стейт Юниверсити Нью-Джерси (US); авторы: Питер Р.Стратт (US), Бернард Х.Кир (US), Росс Ф.Боуленд (US). Формула изобретения состоит из множества пунктов:

1. Способ получения агломерированных наноструктурных частиц, включающий: (а) диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука; (б) добавление органического связующего к среде с получением раствора; и (в) сушку распылением раствора с получением, агломерированных наноструктурных частиц.

10 (17). Способ получения наноструктурных покрытий, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) добавление органического связующего к упомянутой среде с образованием раствора; (в) сушку распылением раствора, вследствие чего образуются агломерированные наноструктурные частицы; и (г) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

12. Способ получения наноструктурного покрытия, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) инжектирование упомянутого дисперсного раствора непосредственно в питание распылителя для термического напыления; и (в) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

В последнем варианте используется ультразвук для диспергирования наноструктурного порошка в жидкую среду. Но в нем не указываются:

- устройства для проведения ультразвукового диспергирования;

- использование акустической кавитации для деагломерирования и диспергирования;

- в качестве наноструктурного материала не используется диоксид кремния марки Такркосил.

Суть изобретения:

Предполагаемое изобретение относится к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния марки Таркосил разновидности Т05В 06 в жидкой среде (средний размер частиц порошка Таркосил 53 нм). После смачивания порошка жидкостью процесс деагломерации и диспергирования осуществляется с помощью энергии ультразвуковых колебаний диспергатора ИЛ100-6/1, создающего режим акустической кавитации в обрабатываемой среде на резонансной частоте 23 кГц. Мощность ультразвуковой установки 630 Вт. Время озвучивания 3 минуты.

Наноразмерный порошок диоксида кремния марки Таркосил получают на базе ИТПМ и ИЯФ СО РАН. Средний размер частиц порошка Таркосил разновидности Т05В 06 составляет 53 нм. Он используется, в частности, в качестве функциональной добавки в краску.

Для интенсификации процесса диспергирования наночастиц в жидкую среду был использован ультразвуковой диспергатор, работающий в режиме эффекта акустической кавитации, возникающей при распространении ультразвука в среде. Ультразвуковая установка ИЛ 100/6 (ООО «Ультразвуковая техника - Инлаб» г. Санкт-Петербург) предназначена для исследования воздействия ультразвука на жидкие среды в кавитационном и до кавитационном режиме. Акустическая кавитация представляет собой мощное средство преобразования энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков.

Установка состоит из: ультразвукового генератора ИЛ 10-0,63; магнитострикционного преобразователя; сменных волноводов. В случае диспергирования наночастиц диоксида кремния был использован цилиндрический волновод.

Процесс протекает следующим образом:

- в емкость заливается жидкость;

- подбирается резонансная частота для данной жидкости;

- добавляется порошок диоксида кремния (SiO₂) марки Таркосил разновидности Т05В 06 в необходимом количестве;

- волновод полностью погружается в жидкость;

- проводится процесс диспергирования;

- время озвучивания 3 минуты.

В результате получается устойчивое к расслоению состояние смеси жидкости с нанопорошком диоксида кремния. Например, с водой образуется непрозрачная жидкость («состав»), в которой отсутствуют видимые твердые частицы. При этом жидкость нельзя назвать «раствором», так как диоксид кремния в воде нерастворим, но и «суспензия» также не совсем подходит, так как равномерно распределенные частицы диоксида кремния в жидкости носят наноразмерную величину.

Таким образом, техническим результатом можно считать получение с помощью представленного способа диспергирования высококачественного состава нанопорошка диоксида кремния, равномерно распределенного в жидкости с помощью режима акустической кавитации. Установлены режимы проведения процесса диспергирования - время воздействия и резонансная частота ультразвуковых колебаний. При этом другие способы смешивания не достигают такого качества продукта за указанное в предлагаемом способе время.