| Пріоритети: | Винахід відноситься до способів модифікування рідкого скла, які можуть бути застосовані для отримання терморегулюючих покриттів, що застосовуються в авіаційній, космічній промисловості, а також в інших галузях техніки. Модифікують калієві, натрієві, літієві або калієво-літієві рідкі шибки з модулем 2,8-5,2 полімерними органічними сполуками. В якості модифікатора використовують водорозчинні або водонабухані похідні бутадієн-стирольних, стирол-акрилових, ацетат-акрилових сополімерів або поліакрилових кислот, які додають у кількості 0,1-10 мас.% до рідкого скла, що має температуру 20-90°С. Потім суміш перемішують протягом 5-10 хвилин зі швидкістю не більше 100 оборотів за хвилину, після чого витримують до повної гомогенізації композиції. Спосіб забезпечує отримання модифікованого рідкого скла, яке може бути використане для створення терморегулюючих покриттів з високими експлуатаційними властивостями. 3 з.п. ф-ли, 6 ін.
Винахід відноситься до способів отримання модифікованих високомодульних рідких калієвих, натрієвих, літієвих і калієво-літієвих стекол, що використовуються як сполучні для отримання тонких покриттів на металі, пластиці та інших матеріалах,що застосовуються в різних галузях техніки, наприклад, у будівельній, авіаційній та космічній техніці, і, переважно, для створення терморегулюючих покриттів космічних апаратів тривалих термінів експлуатації.
Як відомо, рідке скло є складовим елементом багатьох відомих композицій, що застосовуються при отриманні захисних покриттів на металі, дереві, пластику. Однак покриття, одержувані на основі звичайних рідких стекол, відрізняються високою крихкістю, низькою адгезією до підкладок з різних матеріалів (до 5 балів), низькою стійкістю до факторів космічного простору, низькою атмосферостійкістю, недовговічністю та схильністю до відлущування матеріалу підкладки. Відомо, що для розширення області застосування рідкого скла та отримання на їх основі покриттів з покращеними експлуатаційними характеристиками пропонуються рідкі стекла, модифіковані різними добавками, що володіють покращеними характеристиками порівняно з вихідним рідким склом.
Як модифікатори рідкого скла (літієвого, натрієвого, калієвого) застосовуються й інші кремнійсодержащие сполуки, наприклад силани із загальною формулою R(CH 2 ) n SiX 3 , де Х=СН 3 , ОСН 3 , ОС 2 Н 5 , ОС 3 Н 7 , Cl, R - насичений або циклічний радикал (ЕР 2154111, С01В 37/00, 33/32, 2008).
З досягнутого зараз рівня техніки відомі композиції різного застосування, що містять поряд з рідким склом та інші компоненти, у тому числі полімери. Наприклад, відома композиція, застосовувана для отримання фарби, що містить як один з компонентів модифіковане тетраетоксисиланом рідке скло, а також містить акрилатні кополімери, що входять до складу в кількості 6-9 мас.%, що грають роль емульгаторів (UA 2007430, C09D 1/04 ). Відома також іншакомпозиція для отримання ґрунтовки, що містить поряд з рідким склом, модифікованим оксидом кремнію, і бутадієнові або бутадієн-стирольні сополімери, що входять до складу в кількості, що становить 40-80 мас.%, і відіграють роль сполучного компонента (UA 2017776, C008 , 1994). Перераховані вище композиції є дисперсіями з дуже обмеженим терміном зберігання (менше 3-6 місяців).
Найбільш близьким по технічній сутності нового способу є відомий спосіб модифікування рідкого натрієвого скла органічним полімером, в якості якого пропонується поліакриламід (CN 101376503, С01В 33/32, 2009). Даний спосіб, обраний в якості прототипу нового способу, здійснюють змішуванням рідкого натрієвого скла з 0,2-0,4%-ною кількістю поліакриламіду і перемішуванням реакційної маси протягом 60 хвилин в магнітному полі при використанні трифазного моторного статора силою в 50 герц і при напрузі на вході 50 ват, з подальшим витримуванням реакційної маси протягом 12-24 годин. Модифіковане скло, отримане даним способом, має компресійну міцність, що дорівнює 0,15-2,10 Мра протягом 24 годин. Основний недолік відомого способу полягає в тому, що, по-перше, не забезпечує отримання модифікованого рідкого скла з високими експлуатаційними властивостями. Як показали додаткові дослідження, покриття, виготовлені з даного модифікованого скла, не мають високої термостійкості та стійкості в умовах жорсткого електронного, протонного та ультрафіолетового опромінення і не придатні для отримання терморегулюючих покриттів. По-друге, відомий спосіб не економічний, оскільки вимагає використання дорогого обладнання та досить великих енергетичних витрат.
Для створення модифікованогорідкого скла, що відповідає вимогам, що пред'являються до терморегулюючим покриттям космічних апаратів тривалих термінів експлуатації, пропонується новий спосіб модифікування рідкого скла органічними полімерними сполуками, при цьому модифікації піддають калієве, або натрієве, або літієве, або калієво-літієве рідке скло 8, а як модифікатор використовують полімерні сполуки, вибрані з групи водорозчинних або водонабухуваних похідних бутадієн-стирольних, або стирол-акрилових, або ацетат-акрилових сополімерів або водорозчинних похідних поліакрилових кислот, які в кількості 0,1-10 мас.% по відношенню до маси сухих речовин у рідкому склі додають до розчину рідкого скла, що має температуру 20-80°С, і перемішують зі швидкістю не більше 100 оборотів за хвилину протягом 5-10 хвилин, після чого витримують при кімнатній температурі до гомогенізації композиції.
Для модифікування використовують рідке натрієве скло в інтервалі модулів від 2,8 до 3,8, або літієве рідке скло в інтервалі модулів від 2,8 до 4,2, або калієве рідке скло, або калієво-літієве рідке скло в інтервалі модулів від 2 8 до 52.
Новий спосіб істотно відрізняється від способу-прототипу як вихідними компонентами (типом рідкого скла та обраним модифікатором), так і умовами модифікування рідкого скла.
Як сказано вище, в способі-прототипі в якості модифікатора використовується органічна полімерна сполука - поліакриламід, а в новому аналізованому способі в якості модифікатора використовуються розчинні або водонабухані похідні бутадієн-стирольних, або стирол-акрилових, або ацетат-акрилових сополімерів . Застосування саме цихполімерів забезпечує отримання гомогенних складів, життєздатних більше 3 років, а покриття на їх основі відрізняються високою адгезією до підкладок з металів, спеціальних сплавів, скла, полімерів та інших спеціальних матеріалів, застосовуваних в авіаційній та космічній техніці, підвищеної еластичність і стійкість до факторів. .
Якість одержуваного модифікованого скла також істотно залежить від кількості модифікатора, що вводиться, яке становить 0,1-10 мас.% по відношенню до маси сухих речовин в рідкому склі. У разі зменшення його нижче за допустиму кількість зберігаються крихкість і низька адгезія до підкладок з різних матеріалів, що характерно для немодифікованого скла, а у разі завищення кількості модифікатора вище за допустиму кількість відбувається небажане гелеутворення композиції.
Як вихідне рідке скло у способі-прототипі використовують натрієве рідке скло, а в новому способі застосовують калієве, або натрієве, або літієве, або калієво-літієве рідке скло, одержуване за відомими технологіями, наприклад, з аморфного діоксиду кремнію і гідроксиду лужного металу ( SU 1533222, С01В 33/32, 1987), що дозволяє розширити діапазон міцності, що досягається, і довговічності покриттів при жорсткому космічному опроміненні.
Відомо, що підвищення модуля рідкого скла є основою підвищення міцності покриттів силікатних. Істотною ознакою є використання як вихідний продукт високомодульного рідкого скла в інтервалі модулів від 2,8 до 5,2.
Вибрані полімерні добавки дозволяють вести процес модифікування рідкого скла у більш м'яких умовах, ніж у способі-прототипі, а саме без застосування магнітного поля та за більш короткий час.
Дляздійснення процесу модифікування необхідно, щоб модифікатор додавався до рідкого скла, що має температуру 20-90°С, що забезпечує швидке утворення гомогенних композицій. У разі здійснення модифікування при температурі нижче 20°С процес сильно сповільнюється, а у разі завищення температури вище за верхню межу (вище 90°С) має місце утворення нерозчинних в рідкому склі згустків модифікатора.
Процес модифікування рідкого скла через природу вибраних модифікаторів не потребує інтенсивного перемішування, тому процес може бути завершений за 5-10 хвилин при невисокій швидкості перемішування вихідних продуктів (не більше 100 обертів на хвилину). Після перемішування витримують реакційну масу при кімнатній температурі до повної гомогенізації композиції, яка визначається візуально.
Дотримання всіх ознак нового способу модифікування рідкого калієвого, або натрієвого, або літієвого, або калієво-літієвого скла заявленими полімерними модифікаторами забезпечує отримання нового силікатного сполучного, призначеного для терморегулюючих покриттів космічних апаратів тривалих термінів експлуатації (до 15 років) в умовах жорсткого електронного ультрафіолетового опромінення, а також різкого коливання температур від -150 до +150°С. Покриття на основі отриманих розглянутим способом модифікованого скла можуть бути застосовані і в інших галузях техніки, в яких пред'являються підвищені вимоги до експлуатаційних властивостей матеріалів, що використовуються.
Розглянутий винахід ілюструється наведеними нижче прикладами.
Приклад 1. У калієво-літієве рідке скло, що містить 19,1% SiO 2 , 5,41% До 2 O і 0,25% Li 2 O, з модулем 4,8 при температурі 20°С вводять похідне водорозчиннебутадієн-стирольного кополімеру в кількості 0,1%, ведуть перемішування протягом 5 хвилин і потім витримують при кімнатній температурі до утворення прозорого розчину.
Приклад 2. У рідке натрієве скло, що містить SiO 2 і Na 2 O з модулем 3,5 при температурі 80°С вводять похідне водорозчинне стирол-акрилового сополімеру в кількості 10% і перемішують при цій температурі 10 хвилин.
Приклад 3. У рідке калієве скло з модулем 3,5 містить 19,5% SiO 2 , 8,7% K 2 O, вводять 2% поліакрилату амонію і перемішують 5 хвилин.
Приклад 4. У рідке калієве скло з модулем 3,5, що містить 19.5% SiO 2 і 8,7% K 2 O, при температурі 20-25°С вводять 0,2% бутадієн-стирольного кополімеру і перемішують 10 хвилин.
Приклад 5. У рідке калієве скло з модулем 5,2, що містить 19,4% SiO 2 і 5,85% K 2 O, при температурі 80°С вводять 0,5% ацетат-стирольного кополімеру, перемішують 5 хвилин.
Приклад 6. У рідке літієве скло з модулем 2,8, що містить 22,3% SiO 2 і 3,96% Li 2 O вводять 0,5% поліакрилату натрію при 60°С, перемішують 5 хвилин.
Примітки до прикладів 1-5
1. Відсоткова частка модифікатора наведено у перерахунку масу сухих речовин, у рідкому склі, тобто. суму оксидів SiO 2 +Me 2 O, де Me - К, Na, Li.
2. Композиції після введення модифікаторів і перемішування витримують до гомогенізації, яка відбувається мимовільно протягом 1-6 годин при кімнатній температурі з утворенням прозорих розчинів.
3. Покриття на основі пігментно-наповнених модифікованих рідких стекол мають адгезію до різних підкладок не більше 1-2 балів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб модифікування рідкого скла полімерною органічною сполукою, що включає стадії змішування рідкого скла зорганічною полімерною сполукою, перемішування отриманої суміші і витримування утвореного продукту, що відрізняється тим, що в якості рідкого скла використовують калієве, або натрієве, або літієве, або калієво-літієве скло з модулем не менше 2,8, а в якості модифікатора використовують водорозчинні або водонабухані похідні бутадієн-стирольних або стирол-акрилових або ацетат-акрилових сополімерів або водорозчинних похідних поліакрилових кислот, які в кількості, що становить 0,1-10 мас.% по відношенню до маси сухих речовин в рідкому склі, додають до розчину рідкого скла, що має температуру 20-90°З, після чого суміш піддають механічному перемішування зі швидкістю не більше 100 об/хв протягом 5-10 хв і витримують при кімнатній температурі до гомогенізації композиції.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як рідке скло використовують рідке натрієве скло в інтервалі модулів від 2,8 до 3,8.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як рідке скло використовують літієве рідке скло в інтервалі модулів від 2,8 до 4,2.
4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як рідке скло використовують калієве або калієво-літієве рідке скло в інтервалі модулів від 2,8 до 5,2.