CC BY
90
УДК 546.821-31:621.315.61
ЭФФЕКТИВНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ИЗОЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ОРГАНИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ
Л.Г. Герасимова1, А.И. Николаев1, М.В. Маслова1, В.А. Жабрее2, С.В. Чуппина2
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
2Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
Интерес к органосиликатным материалам - температуроустойчивым функциональным покрытиям, вакуумноплотным герметикам, высокотемпературным клеям - постоянно растет. Использование для их получения дешевых неорганических природных наполнителей позволяет без ущерба качеству значительно снизить их себестоимость. Ключевые слова:
наполнители, органосиликаты, защитные покрытия, прочностные и термоустойчивые свойства.
ORGANIC PHASE-BASED EFFICIENT FILLERS FOR INSULATING MATERIALS AND COATINGS
L.G. Gerasimova1, A.I. Nikolaev1, М.У. Maslova1, У.А. Zhabrev2, S.V. Chuppina2
1I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
2St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), Saint-Petersburg, Russia Abstract
Current interest in organic silicate materials, such as temperature-resistant functional coatings, leak-proof sealing agents and high-temperature glues, is quite justified. When used in manufacture of inexpensive, inorganic natural fillers, they afford to reduce the product cost without detriment for its quality.
Keywords:
fillers, organic silicates, protective coatings, strength and thermo-resistant properties.
Новые практические задачи, которые необходимо решать при создании изделий современной техники, направлены на повышение их теплостойкости, дезактивируемости, противокоррозионных, антиобледенительных и прочностных свойств. К числу материалов, с помощью которых можно решить поставленные задачи, относятся покрытия, герметики и клеи. В состав термоустойчивых защитных покрытий, высокотемпературных клеев и герметиков вводят главным образом неорганические пигменты и наполнители. На основе изучения сложных гетерогенных систем «органическое связующее - силикаты - стекловидные добавки - оксиды сеткообразователи - модификаторы - тугоплавкие оксиды» создаются новые композиции с теплостойкостью до 1100оС [1, 2]. Особый интерес представляют пигменты композиционного состава, содержащие в различном сочетании и количестве соединения титана, железа, хрома, алюминия, кремния, кальция. Свойства таких композиций определяются пигментной составляющей (оксиды титана, железа, хрома), которая окрашивает материалы, придавая им декоративный вид. Для получения ОСК могут быть использованы минеральные и синтетические техногенные отходы, которые пополняют хвостохранилища обогатительных и химических предприятий вредными для окружающей среды техногенными отходами.
В данной работе были использованы пигментные наполнители, полученные из хром-алюминиевого катализатора [3], - образец 1, железоокисный пигмент на основе тонкой фракции золоуноса - образец 2, диоксид титана получен термолизом титановой соли (NH4)2TiO(SO4)2H2O - образец 3 и титаносиликат каркасной структуры (зорит) - образец 4. Размер частиц и показатели удельной поверхности образцов приведены ниже:
№ образца Цвет Размер частиц, мкм V, м2/г
1 Светло-зеленый фракция 5-20 7.9
2 Ярко-коричневый 2-50 12.8
3 Белый 0.5-10 39.0
4 То же 5-25 120
Предварительная термообработка пигментов и приготовление модельных органических композиций. Термообработку образцов 1 и 2 проводили в течение 3 ч при 300оС и при 1000оС. Порошки сохраняли дисперсность и цвет. Приготовление модельных композиций осуществляли в шаровой мельнице, куда загружали полиорганосилоксан, силикат, исследуемый пигмент и в случае необходимости растворитель (толуол) и методом механообработки готовили экспериментальные составы в течение 2 сут (табл.).
122
Свойства модельных органических композиций
Пигмент Цвет Степень перетира, мкм Адгезия покрытия, балл Твердость покрытия, усл. ед. Угол смачивания, град Блеск, % после 450оС Теплостойкость при 450°C, 3 ч
TiO2+Cr2O3 для сравнения Ярко- зеленый 15 2 - - - +
&2O3+ образец 1 Светло- зеленый 10 2 0.92 80 20 +
&2O3+ образец 2 Светло- розовый 15 1.5 0.86 91 20 +
Опытные образцы диоксида титана и титаносиликата (зорит) вводились в рецептуры покрытий состава «полиорганосилоксанолы - слоистые гидросиликаты - неорганические пигменты»:
• атмосферостойкие органосиликатные покрытия типа ОС-12-03 (ТУ 84-725-78 «Композиции органосиликатные», Технические условия с изм. 110) белого и шарового цветов;
• антиобледенительное органосиликатное покрытие типа ОС-56-22 (ТУ 2312-007-07507601-99) холодного отверждения серого цвета.
Покрытия наносили кистью на стеклянные и металлические подложки. Отверждение проводили при температуре 20°С, влажности 80% с использованием продукта АГМ-9 (ТУ 6-02-724), представляющего собой у-аминопропилтриэтоксисилан в смеси с р-аминоизопропилтриэтоксисиланом (H2NC3H6Si(OC2H5)3.
Показано, что свойства композиций и покрытий атмосферостойкого назначения соответствуют требованиям, предъявляемым к покрытиям для данной области применения: адгезия (метод решетчатого надреза) 1-2 балла, твердость (по маятнику М-3) не менее 0.4 усл. ед., прочность на удар (по прибору У-1) не менее 30 кгссм. Покрытия выдерживают тест на теплостойкость при +300°С и стойкость к перепаду температур от +300°С до -60°С. Декоративные свойства покрытий - высокие, в случае белых покрытий -коэффициент рассеянного отражения света не менее 85.
Добавка опытного образца «чистого» диоксида титана в рецептуру антиобледенительного покрытия (вместо традиционного рутила) замедляет расслаивание полимерной смеси «полидиметилсилоксанол -полидиметилфенилсилаксанол» и приводит к снижению адгезии покрытия к подложке и его гидрофобности, что обусловлено высокой поверхностной активностью частиц TiO2 по отношению к органическому связующему. Титаносиликатный продукт с более низким показателем масляного числа показал положительную тенденцию для его использования в составе антиобледенительного покрытия.
Литература
1. Чуппина С.В. Современное состояние материаловедения органосиликатных композиций // Физика и химия стекла. 2006. Т. 32, № 2. С. 339-351.
2. Харитонов Н.П., Кротиков В.А., Островский В.В. Органосиликатные композиции: каталог-справочник. Л.: Наука, 1980. 91 с.
3. Герасимова Л.Г., Котельников Г.Р., Шевырева Е.В. Антикоррозионные пигменты из отходов производства хромсодержащего катализатора // ЛКМ. 1998. № 6. С. 7-9.
Сведения об авторах
Герасимова Лидия Георгиевна,
д.т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, [email protected] Николаев Анатолий Иванович,
д. т.н., член-корреспондент РАН, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected]
Маслова Марина Валентиновна,
к.т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, [email protected] Жабрев Валентин Александрович,
д. х.н., член-корреспондент РАН, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), г. Санкт-Петербург, Россия
Чуппина Светлана Викторовна,
д.х.н., Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), г. Санкт-Петербург, Россия
Gerasimova Lidia Georgievna,
Dr.Sc. (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements
and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected]
123
Nikolaev Anatoly Ivanovich,
Dr.Sc. (Engineering), Corresponding Member of the RAS, I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected] Maslova Marina Valentinovna,
PhD (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected] Zhabrev Valentin Aleksandrovich,
Dr.Sc. (Chemistry), Corresponding Member of the RAS, St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), Saint-Petersburg, Russia
Chuppina Svetlana Viktorovna,
Dr.Sc. (Chemistry), St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), Saint-Petersburg, Russia
УДК 546.881
НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТИТАНОМАГНЕТИТОВ
Н.Н. Гришин,1 Ю.Н. Нерадовский12, А.Г. Касиков,1 Ю.Л. Войтеховский,2 Е.Ю. Ракитина1
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева
Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Теологический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Технологические испытания, проведенные в ИХТРЭМС КНЦ РАН, показали, что из высокотитанистого концентрата возможно получение порошка железа с содержанием Feмет до 99%. Технология предложена для Хибинского титаномагнетита [1]. Принципиальная схема технологии опубликована в трудах международных совещаний [2-4]. Разработан вариант технологии получения Feмет и титановых прекурсоров путем прямого восстановления титаномагнетитов. В отличие от других технологий, в которых продукт, полученный после восстановления железа, плавится с получением ванадиевого чугуна и титанового шлака, в предлагаемой технологии восстановленное железо в твердой фазе отделяется от соединений титана, которые концентрируются в титанооксидной фракции, а ванадий после выщелачивания переходит в жидкую фазу. В результате получается порошок железа с содержанием Fe до 99% и титанооксидный полупродукт с содержанием оксидов титана разной степени восстановления до 85%. Ключевые слова:
титаномагнетит, титаномагнетитовая руда, диоксид титана, титанистый шлак, титан, титанооксидная фракция, прямое получение железа, восстановление железа, ванадиевый чугун, переработка титаномагнетитовых руд.
NOVEL POWDER MATERIALS FROM TITANOMAGNETITE
N.N. Grishin1, Yu.N. Neradovsky12, А.в. Kasikov1, Yu.L. Voitekhovsky2, Е^и. Rakitina1
1I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
2Geological Institute of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
As demonstrated by proof testing, carried out at the ICTREMRM KSC RAS, high-titanium concentrates can yield iron powders with Femet contents of up to 99%. The technology has been proposed for the Khibiny titanomagnetite [1]. The principal flow diagram has been reported at international conferences [2-4]. An alternative version of Femet and titanium precursors production, involving a direct reduction of titanomagnetites, has been developed. Unlike other technologies, involving smelting of the product of iron reduction and obtaining of vanadium cast iron and titanium slag, the reduced iron is proposed to isolate in the solid phase from titanium compounds concentrating in the titanium-oxide fraction, with vanadium passing to the liquid phase after leaching. The resulting iron powder contains up to 99% Fe and a titanium-oxide semiproduct containing up to 85% of dissimilarly reduced titanium oxides.
Keywords:
titanomagnetite, titanomagnetite ore, titanium dioxide, titaniferous slag, titanium, titanium-oxide fraction, direct reduction of iron, iron reduction, vanadium cast iron, titanomagnetite ore processing.
Коренные месторождения титаномагнетитовых руд являются важным ресурсом титана, железа, ванадия, никеля, меди и кобальта. Отношение к этим месторождениям в настоящее время неоднозначное, и они не в полной мере используются промышленностью в силу различного содержания титана. За рубежом с этим
124
