Кремнеземноміцелярне волокно та спосіб його одержання

1. Кремнеземноміцелярне волокно на основі поверхнево-активної речовини (ПАР) та кремневмістного компоненту, яке відрізняється тим, що воно містить натрієву сіль насиченої н-алкілкарбонової кислоти, вуглеводневий радикал якої має від 5 до 15 атомів вуглецю, а як кремнемісткий компонент - кремнекислий (мета) натрій при такому мольному співвідношенні компонентів: натрієва сіль насиченої н-алкілкарбонової кислоти [н-АlкС(0)(Nа] - 1¸3, кремнекислий (мета) натрій (Nа2SіОз) — 3,5¸5. 2. Спосіб одержання кремнеземноміцелярного волокна шляхом розчинення ПАР у воді і кремне A (54) КРЕМНЕЗЕМНОМІЦЕЛЯРНЕ ВОЛОКНО ТА СПОСІБ ЙОГО ОДЕРЖАННЯ 34123 гомологічного ряду іоногенних ПАР: гексаноат, октаноат або деканоат натрію. Якщо застосовують як ПАР натрієві солі насичених н-алкілкарбонових кислот, довжина вуглеводневого радикалу яких становить 11, 13 і 15 атомів вуглецю, то для таких розчинів z складає відповідно 2000, 8000 і 10000. Найбільш ефективним ПАР для одержання волокнистої речовини є деканоат натрію. Густина кремнекислого (мета) натрію і сірчаної кислоти дорівнює 1,10¸1,25 г/см3 для кожного компоненту. Температурні умови дослідів зазначені в табл. 1. Одержане вищенаведеним способом кремнеземноміцелярне волокно - це речовина білого кольору і має такі фізико-хімічні властивості: нерозчинна в органічних розчинниках (етанолі, бензолі, хлороформі, ацетоні), розчинна у воді. Не плавиться при нагріванні до 2000С в повітряному середовищі. Довжина волокон - до 5-7 см, діаметр поперечного перерізу моноволокна - від 0,1 до 0,5 мікрометрів. Отриманий технічний результат досягається за рахунок вдало підібраних ПАР, кремнемісткого компоненту та умов синтезу волокна. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок про те, що заявлений склад волокна відрізняється від відомого введенням нових ПАР, а саме: натрієвих солей насичених н-алкілкарбонових кислот, кремнемісткого компоненту, а також співвідношенням компонентів. Що стосується запропонованого способу, то крім нових компонентів вихідної сировини, відмінними від прототипу ознаками у всіх випадках виконання способу є заявлені співвідношення компонентів. Таким чином, технічні рішення, що заявляються, відповідають критерію винаходу "новизна". Аналіз відомих складів волокон та способів їх синтезу показав, що застосовані для їх одержання поверхневоактивні речовини не належать до запропонованого підкласу ПАР - іоногенних міцелоутворюючих монорадикальних поверхневоактивних речовин з компактною гідрофільною групою. Оскільки залежність відрізняючих ознак і одержаного результату з літератури не відома, то можна зробити висновок про творчий характер заявлених технічних рішень, тобто про відповідність їх критерію "винахідницький рівень". На фіг. 1 показано фотознімок міцелярного волокна, одержаного запропонованим способом, а на фіг. 2 показано фото того ж волокна при збільшенні в 60 разів під електронним скануючим мікроскопом. Суть винаходу пояснюється наступними прикладами. Приклад 1. Система Na2SiO3 : C9H19C(О)ONa : H2SO4 : H2O –4 : 3 : 0,0014 : 200. В хімічному стакані на 100 мл розчиняли в 15,5 мл дистильованої води 0,84 г деканоату натрію, розмішували на магнітній мішалці при кімнатній температурі (~20°С), добавляли по краплях 5 мл водного розчину кремнекислого (мета)натрію густиною 1,17 г/см3. Цей бінарний розчин має рН 11,2. Продовжуючи перемішування, добавляли по краплях 0,5 мл сірчаної кислоти до рН 10,7 та продовжували помірне перемішування ще 15 годин. Утворені за цей час кремнеземноміцелярні волокна збирають з водної фази, фільтрують, промивають і висушують на повітрі при кімнатній температурі, після чого піддають термообробці. Одержані порожнисті волокна мають внутрішній діаметр від 1 до 1 5 мікрометрів, а їхня довжина коливається від 100 мікрометрів до 50 міліметрів. Недоліками цих технічних рішень є складність апаратурного оформлення технологічного процесу, його довготривалість і використання дорогої сировини. Внаслідок цього одержувані волокна мають високу вартість. Задачею, на вирішення якої направлені винаходи, є синтез кремнеземноміцелярного волокна з дешевої, доступної сировини і простим способом. Застосування розробленого способу дає можливість одержати технічний результат, який полягає в спрощенні і прискоренні технологічного процесу виробництва кремнеземнеміцелярного волокна і зниженні його вартості. Для досягнення вказаного технічного результату в кремнеземноміцелярному волокні, яке містить ПАР та кремнемісткий компонент, відповідно винаходу, як ПАР використана натрієва сіль насиченої н-алкілкарбонової кислоти, вуглеводневий радикал якої має від 5 до 15 атомів вуглецю, а як кремнемісткий компонент – кремнекислий (мета) натрій при такому мольному співвідношенні компонентів: ПАР 1¸3, кремнекислий (мета) натрій - 3,5¸5. Вказаний технічний результат досягається також заявленим способом одержання кремнеземноміцелярного волокна. Суть його полягає в тому, що у відомому способі одержання такого волокна, що включає розчинення ПАР у воді і кремнемісткого компоненту у розчиннику, змішування одержаних розчинів введенням краплями розчину кремнемісткого компоненту в водний розчин ПАР, витримування цього розчину до утворення кремнеземноміцелярних волокон і висушування волокна на повітрі при кімнатній температурі, причому в процесі розчинення компонентів вводять водний розчин мінеральної кислоти, згідно винаходу, як ПАР використовують натрієву сіль насиченої налкілкарбонової кислоти з числом вуглецевих атомів у вуглеводневому радикалі від 5 до 15, як кремнемісткий компонент - розчинений у воді кремнекислий (мета) натрій, а змішування розчинів ПАР, кремнемісткого компоненту та мінеральної кислоти і витримування трьохкомпонентного розчину ведуть при перемішуванні, причому компоненти розчину беруть у такому мольному співвідношенні: натрієва сіль насиченої н-алкілкарбонової кислоти 1¸3 кремнекислий (мета) натрій 3,5¸5 мінеральна кислота 0,001¸0,003 вода дистильована 200¸10 000 Як мінеральну кислоту використовують переважно сірчану. Найбільш оптимальні мольні співвідношення вихідних компонентів при синтезі міцелярних волокон такі: Кремнекислий (мета) натрій [Na2SiO3] : ПАР [AlkC(O)ONa] : H2S04 : Н20 = 4 : y : x : z, де у = 1¸3, х = 0,001¸1,003, a z = 200 (±10) для трьохкомпонентних розчинів з першими трьома членами 2 34123 За цей проміжок часу формувався та ущільнювався гель, який переносили на скляну поверхню та сушили його при кімнатній температурі, не перемішуючи при цьому. Через 3 дні утворилися білі іскристі жгути волокон довжиною 5-7 см, котрі при подальшому висиханні розшаровувалися на моноволокна. Приклад 2. Відрізняється від прикладу 1 тим, що до водного розчину ПАР та кремнекислого натрію добавляли більше сірчаної кислоти - 1 мл. Розчин має рН = 9,6. Термін формування волокна при цьому скорочується до 2-х діб, але довжина волокна зменшується (2-3 см). Як ПАР був застосований деканоат натрію. Приклад 3. Відрізняється від прикладу 1 тим, що в водний розчин ПАР та кремнекислого натрію не добавляли сірчану кислоту. В цьому випадку термін формування волокон збільшився в 5 разів і становив ~15 діб. Умови синтезу волокон для інших гомологів (приклади 4-8) наведені в таблиці. Джерела інформації 1. J.-H.Fuhrhop, C.Demoulin, J.Rosenberg, C.Boettcher, Journal American Chemical Society, 1990, 112. - P.2827-2829. 2. Y.Ono, K.Nakashima, M.Sano, Y.Kanekiyo, K.Inoue, J.Hojo, S.Shinkai, Chemical Communication, 1998. - P. 1427-1478. 3. J.-H.Fuhrор, P.Schnieder, J.Rosenberg, E.Boekema, Chemical Society, 1987, 109. - P.33873390. 4. N.Nakashima, S.Asakuma, T.Kunitake, Journal American Chemical Society, 1985, 107. - P.509-510. 5. Q.Huo, D.Zhao, J.Feng, K.Weston, S.K.Buratto, G.D.Stucky, Advanced Materials, 1997, 9, № 12, P.974-978 – прототип. Оптимальні мольні співвідношення компонентів для одержання волокна та температурні умови дослідів. № при Назва ПАР кла ду 1 Деканоат натрію Мольні співвідношення вихідних компонентів Т,°С 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04 : 200Н20 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0028H2S04 : 200Н20 4Na2Si03 : 3 ПАР : 200Н20 20 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04 : 200Н20 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04: 200Н20 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04:2000H20 20 2 Деканоат натрію 3 Деканоат натрію 4 Гексаноатнатрію 5 Октаноат натрію 6 Додеканоат натрію 7 Тетрадеканоат натрію 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04 : 8000Н20 40 8 Гексадеканоат натрію 4Na2Si03 : 3 ПАР : 0,0014H2S04 : 10000Н20 50 3 20 20 20 30 Умови формування волокна та його зовнішній вигляд 3 гелю формуються волокна переважно довжиною 5-7 см 3 гелю формуються волокна переважно довжиною 2-3 см 3 гелю формуються волокна переважно довжиною 2-3 см 3 гелю формуються короткі пушинки ~1 см 3 гелю формуються короткі пушинки та волокна ~3-5 см В розчині формуються волокна довжиною до 8 см, існують декілька діб, потім набухають В розчині формуються волокна довжиною до 8 см, існують декілька діб, потім набухають В розчині формуються волокна довжиною до 8 см, існують декілька діб, потім набухають 34123 Фіг.1 Фіг.2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4