Спосіб отримання нанодисперсних металів як наповнювачів полімерних систем

Реферат: Спосіб отримання нанодисперсних металів як наповнювачів полімерних систем полягає у розпиленні металевих гранул під дією електричного розряду в рідині. Попередньо осаджують метал з розчину методом відновлення в ультразвуковому полі. Отриманий осад обробляють шляхом пропускання електричного струму з перемішуванням при накладанні ультразвукового поля між зануреними електродами і частками подрібнювального металу, введеного у міжелектродний простір. UA 80987 U (12) UA 80987 U UA 80987 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу отримання нанодисперсних металів в рідкій фазі (воді, органічних розчинниках і ін.). Нанодисперсні метали в рідкій фазі знаходять широке вживання для створення різних каталітичних систем, модифікації полімерних волокнистих і плівкових матеріалів з метою надання їм зокрема бактерицидних властивостей. Текстильні матеріали, виготовлені з волокнистих матеріалів, модифікованих нанодисперсними металами, можуть знайти вживання як ефективні екрани від електромагнітного випромінювання, тощо. На даний час запропоновані різноманітні методи отримання нанодисперсних металів. Так, наприклад, отримання нанодисперсних металів за допомогою лазерного плавлення більш великих частинок (Патент США № 5585020, МПК В23К 26/00). Хімічний метод отримання неорганічних частинок в емульсії з їх подальшим концентруванням за допомогою фільтруючої мембрани (Патент США № 5879750, МПК Н01В 1/08). В основі іншого методу лежить каталітичне відновлення металевих частинок із відповідних іонів (Патент США № 6540495, МПК В29С 31/08 2003р.). Однак перераховані методи доцільні лише в лабораторних умовах, а їх промислове застосування при виробництві нанодисперсних металів досить утруднене. Так, при використанні хімічних методів продукт забруднюється вихідними реагентами. Відомий метод отримання срібних нанодисперсних металів з розмірами часток від 2 до 9 нм на високовольтній електролітичній установці змінного струму (http://www.csprosystems.com). Процес проводять при напрузі 10 кВ між срібними електродами у воді. Отримані частинки володіють антимікробними властивостями; зменшення розмірів часток суспензії приводить до збільшення її стабільності по відношенню до процесів агломерації частинок і посилення антимікробної дії суспензії. Відомий також метод отримання нанодисперсних металів (Авторське свідоцтво СРСР № 117562, МПК B01J 3/00), де синтез здійснюють за рахунок електрогідравлічного удару, що виникає в середовищі рідини між макрочастками вихідного матеріалу. Спосіб реалізують в ємності різної форми, куди поміщений шар макрочасток вихідного металу, з яким контактують два електроди, приєднані до полюсів розрядного контуру. Практична реалізація даного способу полягає в наступному. На дно ванни, через яку пропускають воду або органічні рідини, насипають шар подрібненого металу. До контактів підключають високовольтний коливальний контур потужністю 10 Вт при напрузі 45 кВ з ємністю порядку 2000 мкФ. Протягом години роботи ванни отримують декілька десятків грамів повітряно-сухого порошку, як результат випаровування дисперсного розчину. Звертається увага на те, що легше утворюють колоїдні розчини м'яких металів: олова, свинцю, алюмінію і більш важче - твердих металів і сплавів: сталь, хром, осмій та ін. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб отримання колоїдних розчинів наночасток металів в рідкій фазі (Патент України № 24391, МПК В01J 13/00 від 25.06.2007), вибраний як прототип. Спосіб ґрунтується на розпиленні металевих гранул і електродів в результаті ерозії під дією електричних розрядів у воді. Вода в реакторі має питому провідність не більше 0,1 мкС м/см. Вода з суспензією наночастинок, що мають, як правило, розміри менше 100 нм, багато разів спрямовується в реактор, не допускаючи збільшення концентрації іонів в розчині. У реакторі наночастинки заряджаються в полі електричного розряду з великим градієнтом потенціалу. Процес проводять в режимі вібрації для перемішування реакційного середовища. Даний спосіб є енергоємним, крім того шум від вібрації значно погіршує умови праці. Пропонована корисна модель направлена на збільшення величини питомої поверхні подрібнювального матеріалу, що значно збільшує величину взаємодії металевого наповнювача з полімерною матрицею. Загальними ознаками прототипу і пропонованого технічного рішення є пропускання електричного струму між електродами, зануреними в рідку фазу, і частками металу, введеними в міжелектродний простір, при перемішуванні рідкої фази. Поставлена задача вирішується тим, що попередньо осаджені хімічним способом в ультразвуковому полі металеві гранули обробляють шляхом пропускання електричного струму з перемішуванням при накладанні ультразвукового поля між зануреними електродами і частками подрібнювального металу, введеного у міжелектродний простір. Синтез нанодисперсного металу проводиться в два етапи. На першому етапі синтез первинного нанодисперсного металу реалізується хімічним методом шляхом відновлення металу з солі в ультразвуковому полі з подальшим промиванням отриманого осаду. Даний метод дозволяє отримати металевий осад з розмірами часток менше 100 нм. Причому хімічну пару реагентів підбираємо таким чином, щоб всі інші продукти реакції були легко розчинні. Це дає можливість ефективно проводити первинне очищення продукту. 1 UA 80987 U 5 10 На другому етапі отримана суспензія поміщається в реактор, де проводиться отримання нанодисперсних металів в рідкій фазі шляхом пропускання змінного електричного струму між зануреними електродами і частками подрібнюваного металу, введеного в міжелектродний простір. Напруга електричного струму та частота встановлюється такими, при яких між електродами встановлюються періодичні електричні розряди. В процесі таких розрядів продовжується процес електроерозійного подрібнення та електрогідравлічної дисипації агломератів нанодисперсного металу. Перемішування суспензії проводять ультразвуковим полем, яке сприяє однорідності системи та створює мікробульбашки газу для активізації процесу подрібнення. Форма робочого об'єму реактора забезпечує утворення стійкої циркуляції робочої суміші між електродами. Дана модель була апробована при отриманні нанодисперсної міді. Встановлено, що за одну годину роботи була отримана суспензія з розмірами частинок міді 31-39 нм. Причому частинки Сu2О, які присутні у висушеному осаді зумовлені окисленням вихідного порошку Сu, вміст якого не перевищує 10 %. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб отримання нанодисперсних металів як наповнювачів полімерних систем, який полягає у розпиленні металевих гранул під дією електричного розряду в рідині, який відрізняється тим, що попередньо осаджують метал з розчину методом відновлення в ультразвуковому полі, отриманий осад обробляють шляхом пропускання електричного струму з перемішуванням при накладанні ультразвукового поля між зануреними електродами і частками подрібнювального металу, введеного у міжелектродний простір. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2