Алюминиевый газообразователь и способ его получения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Волочко Александр Тихонович Астапчик Станислав Александрович Белов Иван Афанасьевич Богданова Наталья Петровна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Алюминиевый газообразователь, содержащий алюминиевый порошок, продукт нефтепереработки и поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-10, отличающийся тем,что в качестве продукта нефтепереработки содержит уайт-спирит, бензин, лигроин, керосин или солярку и дополнительно содержит одноатомный спирт - бутиловый или изопропиловый, двухатомный спирт - этиленгликоль, диэтиленгликоль или пропиленгликоль,поверхностно-активное вещество - стеариновую и/или олеиновую кислоту, карбамид,борную кислоту, фосфат щелочного металла - тринатрийфосфат, триполифосфат натрия или триполифосфат калия и олигоэтоксисилоксан - этилсиликат или тетраэтилсиликат,при следующем соотношении компонентов, мас.продукт нефтепереработки 2-10 поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-10 1-3 одноатомный спирт 5-10 двухатомный спирт 5-20 поверхностно-активное вещество - стеариновая и/или олеиновая кислота 1-2 карбамид 1-4 борная кислота 1-3 фосфат щелочного металла 0,5-2,0 олигоэтоксисилоксан 0,5-2,0 алюминиевый порошок остальное. 2. Способ получения алюминиевого газообразователя, включающий механическое диспергирование алюминиевого порошка в жидкой среде, отличающийся тем, что пред 10854 1 2008.06.30 варительно диспергируют порошок в жидкой среде, состоящей из продукта нефтепереработки - уайт-спирита, бензина, лигроина, керосина или солярки, поверхностно-активного вещества - стеариновой и/или олеиновой кислоты, карбамида и борной кислоты, затем добавляют одноатомный спирт - бутиловый или изопропиловый, двухатомный спирт - этиленгликоль, диэтиленгликоль или пропиленгликоль, поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-10, фосфат щелочного металла - тринатрийфосфат, триполифосфат натрия или триполифосфат калия и олигоэтоксисилоксан - этилсиликат или тетраэтилсиликат, и осуществляют диспергирование. Изобретение относится к области порошковой металлургии, строительным материалам и может быть использовано для газообразователей в производстве поробетона, поризации других неорганических соединений, а также к водным алюминиевым пигментам,применяющимся в лакокрасочной промышленности. Известен пастообразный газообразователь 1 содержащий, вес.ч. алюминиевая пудра - 1, сульфанол - 0,025-0,05, вода - 0,5-1. Недостатком указанного газообразователя является то, что поробетон, приготовленный на его основе, имеет большую объемную массу, активно взаимодействует с водой и вследствие этого не хранится. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является алюминиевый газообразователь, состоящий из смеси алюминиевого порошка, уайт-спирита и поверхностноактивного вещества в виде оксиэтилированного алкифенола ОП-7, ОП-10 2. Недостатком газообразователя является его плохая смачиваемость в воде, неоднородная структура поробетона и его низкие свойства. При использовании в качестве сырья вторичных алюминиевых сплавов, содержащих в своем составе алюминий и различные легирующие элементы, а также их соединений, становится проблематичным прогнозирование свойств такого газообразователя. Наиболее часто используемые элементы для легирования алюминия медь и кремний по-разному оказывают влияние на свойства газообразователя. К примеру, медь является сильным катализатором окисления алюминия и играет при этом пассивирующую роль в процессе газовыделения. Кремний, находящийся в элементарном виде, может вызывать разрушение поробетона, вследствие его замедленной реакции со щелочью в процессе затвердевания поробетона 3. Вместе с тем использование в качестве сырья стружки алюминиевых сплавов и получение газообразователя механическим диспергированием существенно снижает энергозатраты на его получение, чем при использовании порошка, полученного распылением из расплава. Задачей предложенного изобретения является повышение качества и снижение себестоимости газообразователя. Поставленная задача в предложенном изобретении решается за счет того, что алюминиевый газообразователь, содержащий алюминиевый порошок, продукт нефтепереработки и поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-10, в качестве продукта нефтепереработки содержит уайт-спирит, бензин, лигроин, керосин или солярку и дополнительно содержит одноатомный спирт - бутиловый или изопропиловый, двухатомный спирт - этиленгликоль, диэтиленгликоль или пропиленгликоль, поверхностно-активное вещество стеариновую и/или олеиновую кислоту, карбамид, борную кислоту, фосфат щелочного металла - тринатрийфосфат, триполифосфат натрия или триполифосфат калия и олигоэтоксисилоксан - этилсиликат или тетраэтилсиликат, при следующем соотношении компонентов, мас.продукт нефтепереработки 2-10 поверхностно-активное вещество ОП-7 или ОП-10 1-3 одноатомный спирт 5-10 двухатомный спирт 5-20 поверхностно-активное веществостеариновая и/или олеиновая кислота 1-2 2 10854 1 2008.06.30 карбамид 1-4 борная кислота 1-3 фосфат щелочного металла 0,5-2,0 олигоэтоксисилоксан 0,5-2,0 алюминиевый порошок остальное. Поставленная задача в предложенном способе решается за счет того, что способ получения алюминиевого газообразователя, включающий механическое диспергирование алюминиевого порошка в жидкой среде, предварительно диспергируют порошок в жидкой среде, состоящей из продукта нефтепереработки - уайт-спирита, бензина, лигроина,керосина или солярки, поверхностно-активного вещества - стеариновой и/или олеиновой кислоты, карбамида и борной кислоты, затем добавляют одноатомный спирт - бутиловый или изопропиловый, двухатомный спирт - этиленгликоль, диэтиленгликоль или пропиленгликоль, поверхностно-активное вещество - ОП-7 или ОП-10, фосфат щелочного металла - тринатрийфосфат, триполифосфат натрия или триполифосфат калия и олигоэтоксисилоксан - этилсиликат или тетраэтилсиликат, и осуществляют диспергирование. Сущность изобретения заключается в следующем. За счет составляющих компонентов в газообразователе осуществлена интенсификация диспергирования алюминиевых частиц не в ущерб их активности, достигнута смачиваемость газообразователя и активизирован процесс газовыделения, создан кислотно-щелочной баланс пасты, обеспечивающий длительность ее хранения. В итоге за счет выбора недорогих и недефицитных составляющих получен газообразователь (паста), удобная в применении с прогнозируемыми и стабильными свойствами. Использование в качестве жидкой среды продуктов нефтепереработки(например уайт-спирта - продукта вазгонки бензина) 2, хотя и служит защитной средой от окисления алюминиевых частиц при их диспергировании, однако газообразователь в дальнейшем не смачивается водой, как показали эксперименты (сост. 1, 2, таблица), даже в присутствии гидрофилизатора ОП-10. Эффективность ввода в состав газообразователя продуктов нефтепереработки из-за их доступности и невысокой стоимости может быть положительной (2-10 ) на первой стадии диспергирования для более равномерного наволакивания ПАВ (гидрофабизаторов в виде стеариновой и/или олеиновой кислоты), карбамида и борной кислоты. При содержании нефтепродуктов, выходящих за граничные условия, свойства газообразователя невысокие (сост. 3, 4, таблица). Многоатомный спирт (глицерин, этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль,триэтаноламин и др.), вводимый в газообразователь, является жидкой средой для эффективной активации алюминиевых порошков, является регулятором структуры поробетона. При использовании их с такими ПАВ, как сульфанол, ОП-7, ОП-10 способствует снятию жировой пленки стеариновой и/или олеиновой кислоты, обеспечивает смачивание газообразователя при растворении водой. Одноатомный спирт (бутиловый, изопропиловый), выполняя роль защитной от окисления жидкой среды, также интенсифицирует процесс диспергирования. В нем легко растворяются другие компоненты пасты, может легко подвергаться возгонке при снижении влажности пасты. Многоатомный спирт (глицерин), также как и одноатомный (бутиловый спирт), обеспечивают устойчивость окисной пленки в нейтральной среде и кислой с рН (6-4,5). Использование в качестве жидкой среды смесей из одно- и многоатомных спиртов в заявливаемых количествах в наибольшей степени способствуют как интенсификации помола, так и формированию свойств газообразователя, чем использование каждого типа спирта в отдельности (сост. 4, 5, таблица). При меньшем, выходящем за граничные условия содержании спиртов, свойства газообразователя невысокие. Введение большего количества (выходящего за граничные условия) содержания спиртов экономически нецелесообразно. 3 10854 1 2008.06.30 Стеариновая и/или олеиновая кислоты являются сильными ПАВ, используемыми в качестве гидрофобизаторов на стадии предварительного диспергирования. Они существенно интенсифицируют процесс диспергирования, защищают поверхность алюминиевых частиц от окисления, снижают опасность взрыва. Наиболее высокие свойства газообразователя достигаются при содержании ПАВ в виде гидрофобизаторов (стеариновой и/или олеиновой кислоты) - 1-2 , гидрофилизаторов (ОП-7, ОП-10) - 1-3 . Причем распределение ПАВ, выполняющих роль гидрофобизаторов, и ПАВ, выполняющих роль гидрофилизаторов, должно быть в пропорции 11, 12(таблица). Дальнейшее их увеличение не приводит к заметному повышению свойств. Целесообразным является их применение в виде концентрата при смешивании с небольшим количеством продуктов нефтепереработки - углеводородов в виде уайт-спирита,бензина, лигроина, керосина, солярки, что обеспечивает более равномерное защитное покрытие поверхности окисления. Силикаты и фосфаты (тринатрийфосфат, триполифосфат натрия), а также силикаты(этилсиликат, тетраэтилсиликат) являются ингибиторами коррозии алюминиевых частиц. При заявляемом их содержании обеспечивается кислотно-щелочной баланс с рН 7. Они также, как и карбамид, нейтрализуют кислотный баланс, устраняют брожение, обеспечивают газообразователю длительность хранения. Фосфаты активизируют процесс газовыделения. Чрезмерное (более 2 ) их содержание незначительно уменьшает активность газообразователя. Для более эффективного процесса ингибирования содержание фосфатов и силикатов составляет 0,5-2,0 . Карбамид является интенсификатором диспергирования не в ущерб его активности. Ускоряет твердение бетона. При смешивании с многоатомными спиртами (этиленгликоль) отмечено повышение активности алюминиевого газообразователя, что возможно связано с его дополнительным прямым взаимодействием с этиленгликолем с повышением температуры 600 , дополнительным образованием газов с виде СО 2. С использованием карбамида повышается рН, что делает среду газообразователя нейтральной. Добавки борной кислоты Н 3 ВО 2 способствуют охрупчиванию алюминиевых порошков на стадии предварительного диспергирования (за счет образования борной фазы АВ 2,12). Оптимальным содержанием карбамида и борной кислоты, вводимых на первой стадии диспергирования, следует считать 1-4 и 1-3 . Их отсутствие и содержание ниже граничных значений не дают эффекта при диспергировании частиц требуемого размера. Более высокое содержание не приводит к улучшению свойств газообразователя. Для получения алюминиевого газообразователя заявляемого состава предлагается опробованный на практике способ. Алюминиевые порошки, полученные из стружки АК 5 М 4 ГОСТ 1583-93, размером менее 500 мкм, стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, карбамид, борную кислоту последовательно вводили в нагретое до 40-60 С соляровое масло(солярку), затем загружали в шаровую мельницу МБЛ-2. Одновременно загружали стальные шары (сталь ШХ) диаметром 20-40 мм. Процесс диспергирования вели в течение 2-5 часов. Затем полученную массу загружали в бисерную мельницу с диаметром шаров 3-10 мм, добавляли глицерин, изопропиловый спирт, ПАВ-ОП-10, триполифосфат натрия,этилсиликат и подвергали диспергированию в течение 1-5 часов. После удаления шаров полученный газообразователь (паста) исследовался на активность и кинетику газовыделения, с ее использованием получали образцы поробетона. Поробетон получали формовкой следующего состава, мас.известково-песчаное вяжущее - 83, цемент - 9, песок - 8. Расход газообразователя из вторичных алюминиевых сплавов составлялся из расчета содержания активного алюминия пудры ПАП-2, добавляемой в поробетон в количестве 0,45 массы сухих компонентов 3. Свойства алюминиевой пасты - время выделения водорода (мин) и предел прочности при сжатии (МПа) получаемого поробетона сведены в таблице. 4 Содержание компонентов, мас.Свойства Стадии ПродукОдноПАВ 2 Время Предел МногоБорная Алюми- дисперты нефатом- гидро- гидроКарба- Фосфа- Силивыде- прочн. Примечания атомный кислониевый гироватепереный фобиза- филизамид ты кат ления сжатия,спирт та порошок ния работки спирт Н 2, мин МПа торы торы 10 2 64 1 10,7 1,7 20 5 2 1 2 1 1 2 2 2 75 1 9,1 1,6 5 10 2 1 2 1 1 2 1 2 84 1 15,4 1,1 4 4 2 1 2 1 1 2 15 2 51 1 13,1 1,2 25 2 1 2 1 1 2 15 2 63 1 12,9 1,2 15 2 0,5 0,5 1 1 2 5 1 1 1 59 1 10,1 1,6 15 10 4 2 2 2 5 3 3 4 58 1 9,7 1,7 Неоднор. 15 10 1 0,5 0,5 2 структ. 5 3 60 1 9,9 1,5 15 10 3 1,5 2 0,3 0,2 2 5 47 1 10,0 1,3 Плохо 15 10 6 4 6 4 3 2 смачив. 5 0,5 2 63 1 13,8 1,7 15 10 0,5 2 1 1 2 5 1 1,5 2 52 8,9 1,9 15 10 1 1,5 1 50 2 48 14,8 1,5 Не смачив. 10854 1 2008.06.30 Источники информации 1. А.с. СССР 425872, 1972. 2. Патент 2134665, МПК С 04 В 22/04. Способ производства водной алюминиевой пасты. - Опубл. 1999 // Бюл.23. 3. Волочко А.Т., Богданова Н.П. Исследование свойств газообразователя на основе вторичных алюминиевых сплавов для производства поробетона // Весц НАН Беларус. Сер. фз.-тэхн. навук. - 2004. -3. - С. 44-48. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.