способ изготовления микрошариков и микросфер

Формула изобретения

Способ изготовления стеклянных шариков и микросфер, включающий подачу первичной и вторичной газовоздушных смесей и стеклопорошка в печь, нагрев стеклопорошка, последующее его оплавление до образования стеклянных шариков в закрученном огневом потоке, охлаждение и отделение стеклянных шариков от продуктов сгорания, подачу вторичной газовоздушной смеси в печь по периферии огневого потока с коэффициентом избытка воздуха меньше единицы, затем полученные продукты неполного сгорания вторичной газовоздушной смеси инжектируют потоком первичной газовоздушной смеси совместно со стеклопорошком в зоны горения по длине огневой спирали, причем максимальная температура огневого потока должна быть больше на 200-350°С температуры размягчения стекла, а отношение максимального диаметра огневого потока, закрученного в спираль, к диаметру печи составляет не более 1:2, отличающийся тем, что в керосин вводят наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом, в качестве которого используется олеиновая кислота, после чего через форсунку керосин с наночастицами карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит, распыляется каплями 20-30 мкм в камеру со спирально вращающимся магнитным полем, и в эту же камеру первичной газовоздушной смесью подается стеклопорошок, который захватывается вращающимися в магнитном поле каплями керосина с наночастицами карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, которые за счет поверхностного натяжения обволакивают частицы стеклопорошка, после чего поток первичной газовоздушной смеси поступает в огневой поток, где керосин испаряется, а наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, внедряются за счет сил поверхностного натяжения и молекулярного движения в размягченное жидкое стекло, из которого формируются микрошарики и микросферы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении из стеклопорошка стеклянных шариков как цельных, так и пустотелых, например, для фильтров различного назначения, светоотражающих устройств; для поверхностной обработки металлов; для изготовления теплоизоляционных химически стойких облегченных материалов и сферопластиков; в качестве наполнителя для термо- и реактопластов и красок; в качестве сенсибилизирующей добавки для жидких взрывчатых веществ.

Известен способ изготовления стеклянных шариков (патент США № 4385917, класс НКИ 65 - 21,3, 1983 г.), включающий подачу первичной газовоздушной смеси и стеклопорошка в нижнюю часть цилиндрической печи по ее центру, подачу вторичной газовоздушной смеси тангенциально к стенкам печи, чтобы вызвать закручивание огневого потока, нагрев стеклянных частиц и оплавление их до образования стеклянных шариков.

Недостатком рассматриваемого способа является интенсивный износ печи, возникающий от трения стеклянных частиц о ее стенки, так как стеклопорошок, двигаясь в вихревом потоке, совершает радиальное движение от центра печи с небольшим подъемом по спирали, оплавляется до образования стеклянных шариков, охлаждается и, ударяясь о стенку печи, выбрасывается через ее специальные окна за пределы печи в приемник. Также существенным недостатком является большая энергоемкость за счет применения высококалорийных газов и кислорода. Все вышеперечисленные недостатки прототипа приводят к снижению эффективности и качества изготовления стеклянных шариков.

Известен способ изготовления стеклянных шариков (прототип), включающий подачу первичной и вторичной газовоздушных смесей и стеклопорошка в печь, нагрев стеклопорошка, последующее его оплавление до образования стеклянных шариков в закрученном огневом потоке, охлаждение и отделение стеклянных шариков от продуктов сгорания. В данном изобретении вторичную газовоздушную смесь подают в печь по периферии огневого потока с коэффициентом избытка воздуха меньше единицы, затем полученные продукты неполного сгорания вторичной газовоздушной смеси инжектируют потоком первичной газовоздушной смеси совместно со стеклопорошком в зоны горения по длине огневой спирали, причем максимальная температура огневого потока должна быть больше на 200-350°С температуры размягчения стекла, а отношение максимального диаметра огневого потока, закрученного в спираль, к диаметру печи составляет не более 1:2 (смотри RU 2225850 С2, С03В 19/10, авторы Трофимов Н.Н. и др. «Способ изготовления шариков», опубл. 20.03.2004 г.).

Существенным недостатком способа является то, что он не позволяет производить стеклянные микрошарики и микросферы с наночастицами карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размерами 5,0-10,0 нанометров, сообщающими им новые свойства взаимодействия с магнитным полем, а это, в свою очередь, позволяет изготавливать с использованием микрошариков и микросфер с наночастицами карбонильного железа, магнетита, теплозащитные антикоррозионные покрытия и краски, позволяет с использованием управляемого магнитного поля наносить их на поверхности сложного рельефа и дифференцированной толщины.

Из области техники известно, что возможно придание магнитных свойств жидкости за счет введения в нее наночастиц карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером 5,0-10,0 нанометров (см. Бибик Е.Е. Приготовление ферромагнитной жидкости. - Коллоидный журнал. Т35 № 6, 1973, c.1141).

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления микрошариков и микросфер, взаимодействующих с магнитным полем.

Техническая задача решается тем, что в керосин вводят наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом, в качестве которого используется олеиновая кислота, после чего через форсунку керосин с наночастицами карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит, распыляется каплями 20-30 мкм в камеру со спиральным вращающимся магнитным полем, при этом в ту же камеру первичной газовоздушной смесью подается стеклопорошок, который захватывается вращающимися в магнитном поле каплями керосина с наночастицами карбонильного железа, магнетита размером от 5,0 до 10,0 нанометров, которые за счет поверхностного натяжения обволакивают частицы порошка, после чего поток первичной газовоздушной смеси поступает в огневой поток, где керосин испаряется, а наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, внедряются в размягченное жидкое стекло, из которого формируются микрошарики и микросферы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

Фиг.1 - принципиальная схема изготовления микрошариков и микросфер;

Фиг.2 - схема покрытия керосином.

Способ изготовления микрошариков и микросфер, включающий введение в керосин 1 наночастиц 2 карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, покрытых поверхностно-активным веществом, в качестве которого используется олеиновая кислота 3, последующее распыление керосина 1 с наночастицами 2 карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, покрытыми поверхностно-активным веществом - олеиновой кислотой 3, в результате керосин приобретает парамагнитные свойства и превращается в ферромагнитую жидкость, которая распыляется форсункой 4 капельками 5 размерами 20-30 мкм, которые, обладая магнитными свойствами, раскручиваются спиральным вращающимся магнитным полем 6 в камере 7, которое создается трехфазной электрообмоткой 8. Одновременно потоком первичной газовоздушной смеси частицы 9 стеклопорошка вносятся в камеру 7, где захватываются вращающимся магнитным полем 6 капелек 5 размером 20-30 мкм, содержащим наночастицы 2 карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, которые, сталкиваясь с частицами стеклопорошка 9, за счет сил поверхностного натяжения обволакивают частицы 9 стеклопорошка и далее поступают в печь 10, где переработка осуществляется по способу, описанному в прототипе (смотри RU 2225850 С2, С03В 19/10, авторы Трофимов Н.Н. и др. «Способ изготовления шариков», опубл. 20.03.2004 г.).

В печи 10 в закрученном огневом потоке 11 оболочка 1 из углеводородной жидкости, керосина с наночастицами 2 карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, испаряется с поверхности стеклопорошка 9, при дальнейшем движении в огневом потоке 11 частицы стеклопорошка 9 расплавляются, за счет сил поверхностного натяжения превращаются в микрошарики 12 с наночастицами 2 карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит, придавая микрошарикам и микросферам свойство взаимодействия с магнитным полем, что в свою очередь придает им новые и необычные свойства, а затем отделяются от продуктов сгорания в циклонных сепараторах, установленных за пределами печи 10.

Предложенный способ позволяет произвести стеклошарики и стеклосферы с наночастицами карбонильного железа, в качестве которого используется магнетит.

Стеклошарики и микросферы с наночастицами карбонильного железа, в качесве которого используется магнетит, взаимодействуют с магнитным полем, что существенно расширяет область их применения, а также повышает эффективность применения красок, теплоизоляционных обмазок при нанесении их на поверхности сложной конфигурации с использованием магнитного поля.