RU2677173C1 - Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 - Google Patents
Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677173C1 RU2677173C1 RU2018119056A RU2018119056A RU2677173C1 RU 2677173 C1 RU2677173 C1 RU 2677173C1 RU 2018119056 A RU2018119056 A RU 2018119056A RU 2018119056 A RU2018119056 A RU 2018119056A RU 2677173 C1 RU2677173 C1 RU 2677173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pigment
- nanoparticles
- modified
- temperature
- radiation
- Prior art date
Links
- 239000000049 pigment Substances 0.000 title claims abstract description 39
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 36
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 title 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 abstract 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 17
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 aluminum cations Chemical class 0.000 description 2
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 1-ethynyl-2,4-dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=C(C#C)C(OC)=C1 IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000001331 thermoregulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);disulfate Chemical compound [Zr+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/26—Thermosensitive paints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
- B64G1/54—Protection against radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/46—Sulfates
- C01F11/462—Sulfates of Sr or Ba
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
- C09C1/027—Barium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/06—Treatment with inorganic compounds
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Geology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Critical Care (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов. Пигмент для терморегулирующих покрытий класса «солнечные оптические отражатели» приготовлен из порошка сульфата бария, который модифицирован наночастицами диоксида кремния в количестве 3 мас.%. Изобретение позволяет повысить радиационную стойкость пигмента. 1 табл., 6 пр.
Description
Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям, предназначенным для поддержания температуры объектов, на которые они нанесены, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов регулирования температуры объектов, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.
Порошки сульфата бария относятся к пигментам, которые перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как обладает большой шириной запрещенной зоны, что обеспечивает малое значение интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (a s). В сочетании с большой интегральной полусферической излучательной способностью в инфракрасной области спектра (ε) они обеспечивают малое значение отношения as/ε, что позволяет отнести их к перспективным пигментам для ТРП класса «оптические солнечные отражатели». Кроме того, порошки этого соединения обладают относительно высокой радиационной стойкостью, что позволяет использовать их в качестве пигментов ТРП, работающих в условиях действия заряженных частиц космического пространства (КП).
Но под действием излучений космического пространства в сульфате бария образуются радиационные дефекты, что приводит к появлению полос поглощения, обусловленных этими дефектами, уменьшению коэффициента отражения, увеличению коэффициента поглощения as, увеличению доли поглощаемой энергии. Температура космических аппаратов при этом будет повышаться, будет нарушаться тепловые режимы работы приборов и устройств и сокращаются сроки их активного существования. Для повышения устойчивости порошков сульфата бария к действию излучений космического пространства могут быть примененным различные способы, разработанные для оксидных пигментов.
Порошки сульфата бария, как и порошки оксидов цинка и алюминия, диоксидов титана и циркония не стехиометричны по кислороду, и в них под действием излучений образуются центры окраски на биографических анионных вакансиях. Такие пигменты, помимо отражающих покрытий космических аппаратов и люминофоров, где они подвержены действию потоков заряженных частиц, широко применяются в бытовых условиях (краски, бумага, резины), в которых из ионизирующих факторов действует только солнечное электромагнитное излучение.
Выполненные ранее исследования спектров диффузного отражения (ρλ) и разностных спектров диффузного отражения (Δρλ) терморегулирующих покрытий на основе порошков-пигментов после облучения электронами с энергией 30 кэВ показали, что изменения спектров происходят, в основном, в в тех областях спектра, в которой расположены полосы поглощения дефектов анионной подрешетки-полосы F- и F+-центров.
Этими исследованиями показано, что образование фото- или радиационных дефектов происходит по ионизационному механизму. Первичные процессы взаимодействия различных видов излучения с порошками - пигментами ТРП ZnO, TiO2, ZrO2, Al2O3, и др. качественно одинаковы: образуются электроно-дырочные пары, дырки движутся к отрицательно заряженной поверхности, нейтрализуют кислород решетки, который покидает поверхность с образованием анионных вакансий сначала в поверхностных слоях, затем в объеме зерен порошков [Нещименко В.В. Исследование структуры, свойств и радиационной стойкости оксидных порошков, модифицированных наночастицами // Автореферат диссертации доктора физ.-мат. Наук, Томск, ТУСУР, 2017, 34 с.].
При малых дозах облучения вклад анионных вакансий в общую концентрацию образованных электронных центров окраски может быть определяющим и даже основным. Поэтому представляются важными исследования, направленные на разработку способов увеличения фото- и радиационной стойкости таких пигментов.
Ранее были получены положительные результаты по повышению стабильности спектров диффузного отражения к облучению электронами с энергией 30 кэВ вследствие изменения гранулометрического состава и удельной поверхности другого пигмента-порошка рутила [Михайлов М.М., Власов В.А. О размерном эффекте оптических свойств порошков TiO2 // Изв. вузов. Физика, 1998, №12, с. 52-58], [Михайлов М.М. Зависимость оптических свойств от удельной поверхности и размеров зерен порошков диоксида титана. // Журнал прикладной спектроскопии, 2006, т. 73, №1, с. 73-77].
Способ №1
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении красок, т.е. таких же покрытий, как и в способах №1-№3. Пигментный композит содержит основу из диоксида титана и слои оксидов циркония и алюминия, полученную суспензию нагревают до 46,11-50°C [Патент РФ №2135536: Частицы TiO2 диспергируют в воде, добавляют диспергатор (гексаметафосфат натрия)]. Добавляют раствор H2SO4 для поддержания pH от 7 до 9. Вводят раствор сульфата циркония. Осаждают 0,1-2,5% гидроксида циркония от массы TiO2 в пересчете на ZrO2. Добавляют водный раствор NaOH для поддержания pH от 7 до 9. Вводят водный раствор алюмината натрия. Осаждают 3,5-4% гидроксида алюминия от массы TiO2 в пересчете на Al2O3. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой и сушат при 110°C. Измельчают. Пигментный композит имеет улучшенные оптические свойства, такие, как рассеяние, блеск, яркость и цвет, а также стойкость.
Недостатком данной композиции является то, что пигмент имеет большое число компонентов и большое количество технологических операций по нанесению слоев различных оксидов металла на поверхность частиц диоксида титана - основной составляющей пигмента, иных размеров.
Способ №2
Изобретение относится к пигментному рутильному диоксиду титана, к способу его получения и может быть использовано в производстве красок, пластмасс и слоистых пластинок на бумажной основе. Сущность изобретения заключается в пигменте, состоящем из частиц диоксида титана с осажденными на них оксидом церия в количестве 0,01-1 мас. % и плотным аморфным диоксидом кремния в количестве 1-8 мас. % от количества диоксида титана [Патент РФ №2099372].
Пигмент может быть дополнительно покрыт гидроксидом алюминия в количестве 2-4 мас. % от количества диоксида титана. Далее добавляют водорастворимый силикат в количестве 1-6 мас. % и минеральную кислоту для осаждения, по крайней мере, при pH 8 плотного аморфного диоксида кремния, при этом шлам непрерывно перемешивают и поддерживают температуру 60-100°C на протяжении всего процесса осаждения. Дополнительно к шламу добавляют водный раствор алюмината натрия и серную кислоту для осаждения гидрооксида алюминия. Пигмент по изобретению обладает улучшенной прочностью, улучшенной устойчивостью к фотохимическому разложению.
Недостатком данной композиции является то, что на поверхность основной составляющей пигмента - диоксида титана наносят слои диоксида церия, диоксида кремния и гидрооксида алюминия. Большое число наносимых компонентов требует большого количество технологических операций и соответственно, увеличивает время их выполнения и стоимость получаемого продукта.
Способ №3
Разработана композиция [Reflective Coating Composition. Application: 2008150546/15, 19.12.2008. Effective date for property rights: 19.12.2008. Inventor(s): Zhabrev V.A., Kuznetsova L.A., Efimenko L.P. et. al. Proprietor(s): Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk Institut khimiisilikatov imeni I.V. Grebenshchikova (IKhS RAN)] для получения светостойкого отражающего покрытия, включающая в качестве наполнителя механическую смесь оксидов металла ZrO2 (30-55 мас. %) и MgO (25-35 мас. %) с размером частиц 80-120 нм, в качестве связующего - жидкое стекло (20-25 мас. %).
Недостатком данной композиции является то, что пигмент полностью на 100% состоит из наночастиц, стоимость которых во много раз превышает стоимость этих же соединений с частицами микронных размеров. Нанопорошки используются не эффективно с точки зрения повышения светостойкости, поскольку для этих целей достаточно несколько процентов наночастиц от массы пигмента, который они обволакивают, создавая слои, выступающие в качестве центров релаксации первичных дефектов, образованных облучением.
Способ №4
Известен способ получения пигмента на основе микро- и нанопорошков оксида алюминий [Пигмент на основе микро- и нанопорошков оксида алюминия // Патент РФ №2533723 от 20.09.2014]. Изобретение относится к составам пигментов для белых красок и покрытий, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов терморегулирования объектов, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.
Оксид алюминия относится к пигментам, которые особенно перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как имеет большую ширину запрещенной зоны (Eg>6 эВ), поэтому не поглощает значительную часть ультрафиолетового излучения и обладает низким коэффициентом поглощения солнечного излучения as и большой излучательной способностью в инфракрасной области спектра ε.
Пигмент получают путем перемешивания смеси, содержащей 4,0 мас. % нанопорошка Al2O3 и 96,0 масс. % микропорошка оксида алюминия в магнитной мешалке с добавлением дистиллированной воды, выпаривания полученного раствора в сушильном шкафу при 150°C в течение 6 часов, перетирания в агатовой ступке и прогревания при температуре 800°C в течение 2 часов, повторного перетирания в агатовой ступке.
Способ №5
Разработан способ повышения радиационной стойкости порошков диоксида циркония, модифицированных собственными наночастицами ZrO2 [Пигмент на основе микро- и нанопорошков диоксида циркония // Патент РФ №2532434 от 08.09.2014]. Способ заключается в приготовлении смеси микропорошка диоксида циркония и нанопорошка диоксида циркония, содержащей 5-7 масс. % нанопорошка ZrO2 и 93-95 масс. % микропорошка ZrO2, которую перемешивают в магнитной мешалке с добавлением дистиллированной воды, полученный раствор выпаривают в сушильном шкафу при 150°С в течение 6 часов, перетирают в агатовой ступке и прогревают при температуре 800°С в течение 2 час. После прогрева полученную смесь повторно перетирают в агатовой ступке, добавляют поливиниловый спирт, наносят на металлические подложки для исследования радиационной стойкости.
Результаты расчетов интегрального коэффициента поглощения по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до облучения ускоренными электронами не модифицированного и модифицированного порошков показывают что концентрации наночастиц 5-7 масс. % является оптимальной. Интегральный коэффициент поглощения образцов уменьшается с увеличением концентрации наночастиц ZrO2 от нуля до 5-7 мас. % уменьшается, а в диапазоне концентрации 10-20 мас. % увеличивается.
После облучения Δas модифицированных порошков существенно меньше по сравнению с немодифицированным микропорошком диоксида циркония. Наибольшее увеличение радиационной стойкости происходит при концентрации нанопорошка 5-7 мас. %, максимальное увеличение, определяемое порошком.
Полученное уменьшение значения коэффициента поглощения до облучения при С=(1÷5 масс. %) определяются тем, что добавка наночастиц к микропорошку приводит к увеличению коэффициента диффузного отражения смеси из-за увеличения коэффициента рассеяния на более мелких наночастицах по сравнению с микрочастицам. При дальнейшем увеличении концентрации наночастицы не осаждаются на поверхности зерен и гранул из-за ее заполнения, поэтому катионы алюминия диффундируют в решетку диоксида циркония и создают центры поглощения, что приводит к увеличению интегрального коэффициента поглощения a so.
Полученное повышение радиационной стойкости определяются тем, что с увеличением концентрации наночастиц от 1 до 5-7 мас. % увеличивается число центров релаксации на поверхности зерен и гранул порошка диоксида циркония. И такого количества наночастиц (5-7 мас. %) на поверхности достаточно для образования необходимой плотности этих центров. Дальнейшее увеличение концентрации наночастиц от 7 до 20 мас. % приводит к диффузии катионов циркония в решетку диоксида циркония, к созданию междоузельных атомов, которые при облучении превращаются в центры поглощения и увеличивают значения интегрального коэффициента поглощения a s и его изменений Δa s.
Способ №6
Описан способ получения пигмента диоксида титана, модифицированного наночастицами [Пигмент на основе порошка диоксида титана, модифицированного наночастицами // Патент РФ №2555484 от 08.07.2015]. Изобретение относится к составам пигментов для белых красок и покрытий, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов терморегулирования объектов, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии и в других отраслях промышленности.
Диоксид титана относится к пигментам, которые особенно перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как обладает низким коэффициентом поглощения солнечного излучения as и большой излучательной способностью в инфракрасной области спектра ε.
Технология получения пигмента заключается в приготовлении смеси микропорошка диоксида титана и нанопорошка SiO2 при концентрации 7 мас. %, которую перемешивают в магнитной мешалке с добавлением дистиллированной воды, полученный раствор выпаривают в сушильном шкафу при 150°С в течение 6 часов, перетирают в агатовой ступке и прогревают при температуре 800°С в течение 2 час. После прогрева полученную смесь измельчают, добавляют поливиниловый спирт, наносят на металлические подложки для исследования радиационной стойкости.
Результаты расчетов изменений коэффициента поглощения Δas по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до и после облучения флюенсом электронов 2⋅1016 см-2 с энергией 30 кэВ. Увеличение радиационной стойкости, определяемое по изменению интегрального коэффициента поглощения не модифицированного и модифицированного пигментов составляет 37%.
В предлагаемом изобретении с целью увеличения радиационной стойкости осуществлено модифицирование пигмента BaSO4 наночастицами SiO2 различной концентрации и произведен выбор оптимального значения концентрации по величине изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения после облучения электронами с энергией 30 кэВ.
Данные способ повышения стойкости к действию излучений порошков диоксида титана отличается простотой исполнения, не требует сложного и дорогостоящего оборудования, малыми материальными затратами при исполнении и высокой эффективность. Он выбран в качестве прототипа.
Пример 1
К порошку BaSO4 добавляют дистиллированную воду, перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Пример 2
К порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 в количестве 1 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Пример 3
К порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 в количестве 3 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Пример 4
К порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 в количестве 5 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°C, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Пример 5
К порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 в количестве 7 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Пример 6
К порошку BaSO4 добавляют наночастицы SiO2 в количестве 10 масс. % и дистиллированную воду. Приготовленную смесь перемешивают в магнитной мешалке в течение 10-12 час, выпаривают в сушильном шкафу при температуре 150°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении, Р=1 МПа.
Полученные в примерах 1-6 образцы устанавливают на предметном столике установки-имитатора условий КП «Спектр», в установке получают вакуум Р≤10-6 тор, измеряют спектры диффузного отражения в солнечном диапазоне - от 0,25 до 2,5 мкм в исходном состоянии (ρλ0). Затем все образцы последовательно облучают электронами с энергией 30 кэВ флюенсом 1⋅1016 см-2 и после облучения измеряют спектры облученных образцов (ρλt) в вакууме на месте облучения (in situ). По полученным спектрам ρλo рассчитывают интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения до облучения (aso) и после облучения (ast) каждого порошка. Коэффициент поглощения as рассчитывают по формуле (1):
где Rs - среднеарифметическое значение коэффициента диффузного отражения, рассчитанное по 24 точкам на длинах волн, соответствующих равноэнергетическим участкам спектра излучения Солнца; Iλ - спектральная интенсивность излучения солнца; (λ1-λ2) - спектральный диапазон излучения Солнца; n-число точек на шкале длин волн, в которых рассчитывали значения коэффициента диффузного отражения.
Изменение коэффициент поглощения as после облучения определяют по разности его значений до (as0) и после (asф) облучения: Δas=as0-asф. Получают зависимость значений Δas от времени облучения, что является мерой радиационной стойкости порошков.
Результаты расчетов изменений коэффициента поглощения Δas по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до и после облучения ускоренными электронами с энергией 30 кэВ флюенсом 1⋅1016 см-2 при температуре 25°C порошков №1-№6 приведены в таблице.
Из таблицы следует, что значения Δas различных порошков-пигментов BaSO4 при одинаковых значениях флюенса электронов существенно отличаются. Наименьшей радиационной стойкостью обладают не модифицированный порошок №1 и порошок №6 с концентрацией наночастиц 10 масс. %. Наибольшей радиационной стойкостью обладает порошок, модифицированный наночастицами SiO2 с концентрацией 3 масс. %.
Таким образом, предлагаемый в качестве пигмента терморегулирующих покрытий порошок BaSO4, модифицированный наночастицами SiO2 при концентрации 3 масс. %, обладает большей радиационной стойкость по сравнению с не модифицированным порошком.
Claims (1)
- Пигмент для терморегулирующих покрытий класса «солнечные оптические отражатели», приготовленный из порошка сульфата бария, отличающийся тем, что с целью увеличения радиационной стойкости порошок модифицируют наночастицами диоксида кремния в количестве трех массовых процентов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119056A RU2677173C1 (ru) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119056A RU2677173C1 (ru) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677173C1 true RU2677173C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018119056A RU2677173C1 (ru) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677173C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702688C1 (ru) * | 2019-03-25 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ Al2O3 |
| RU2716436C1 (ru) * | 2019-05-16 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246687A (en) * | 1991-04-01 | 1993-09-21 | Hughes Aircraft Company | Solid-state preparation of high purity barium sulfate |
| RU2395547C2 (ru) * | 2008-10-03 | 2010-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент для светоотражающих покрытий |
| RU2421490C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели" |
| EP2348075B1 (de) * | 2005-12-21 | 2015-11-11 | Eckart GmbH | WEIßES, IR-STRAHLUNG REFLEKTIERENDES PIGMENT, DESSEN HERSTELLUNG UND VERWENDUNG |
| RU2574620C1 (ru) * | 2014-09-01 | 2016-02-10 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Терморегулирующее покрытие класса "солнечный отражатель" для изделий из углепластика (варианты) |
| US20170204273A1 (en) * | 2014-07-07 | 2017-07-20 | University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin | Thermal control coatings |
-
2018
- 2018-05-23 RU RU2018119056A patent/RU2677173C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5246687A (en) * | 1991-04-01 | 1993-09-21 | Hughes Aircraft Company | Solid-state preparation of high purity barium sulfate |
| EP2348075B1 (de) * | 2005-12-21 | 2015-11-11 | Eckart GmbH | WEIßES, IR-STRAHLUNG REFLEKTIERENDES PIGMENT, DESSEN HERSTELLUNG UND VERWENDUNG |
| RU2395547C2 (ru) * | 2008-10-03 | 2010-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент для светоотражающих покрытий |
| RU2421490C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели" |
| US20170204273A1 (en) * | 2014-07-07 | 2017-07-20 | University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin | Thermal control coatings |
| RU2574620C1 (ru) * | 2014-09-01 | 2016-02-10 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Терморегулирующее покрытие класса "солнечный отражатель" для изделий из углепластика (варианты) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702688C1 (ru) * | 2019-03-25 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ Al2O3 |
| RU2716436C1 (ru) * | 2019-05-16 | 2020-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Size dependent reflective properties of TiO2 nanoparticles and reflectors made thereof | |
| Tavares et al. | TiO2/PDMS nanocomposites for use on self-cleaning surfaces | |
| Lakshminarasappa et al. | Synthesis characterization and luminescence studies of 100 MeV Si8+ ion irradiated sol gel derived nanocrystalline Y2O3 | |
| Chen et al. | Optical properties and radiation stability of SiO2/ZnO composite pigment prepared by co-sintering method | |
| RU2677173C1 (ru) | Пигмент на основе порошка BaSO4, модифицированного наночастицами SiO2 | |
| RU2527262C2 (ru) | Пигмент на основе модифицированного порошка диоксида титана | |
| Neshchimenko et al. | Radiation stability of TiO2 hollow particles pigments and coatings synthesis by hydrothermal methods from TTIP | |
| Ali et al. | Structural and optical properties of heat treated Zn2SiO4 composite prepared by impregnation of ZnO on SiO2 amorphous nanoparticles | |
| JP7606105B2 (ja) | 硫化ビスマス粒子及びその製造方法並びにその用途 | |
| RU2678272C1 (ru) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ ZrO2 | |
| Chen et al. | Synthesis of ZnO@ SiO2 core-shell structure-based thermal control coatings with enhanced UV irradiation stability | |
| Mikhailov et al. | On the radiation stability of BaSO4 pigment modified with SiO2 nanoparticles and applied for spacecraft thermal control coatings | |
| Mikhailov et al. | Optical properties degradation of wollastonite powders under the electron irradiation in vacuum | |
| Mikhailov et al. | Effect of SiO2 nanoparticles sizes on the optical properties and radiation resistance of powder mixtures ZrO2 with micron sizes | |
| Chen et al. | Full solar-spectral reflectance and radiation stability of NaZnF3 QDs/SiO2 composite pigments as thermal control pigment | |
| Mikhailov et al. | Effect of Al2O3 nanoparticle modification on increase in reflectivity of BaSO4 pigment | |
| RU2656660C1 (ru) | ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ РАДИАЦИОННОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ BaTiZrO3 | |
| Mikhailov et al. | Optical properties and photostability of silicon dioxide powders modified with SiO2 hollow particles and nanoparticles of various oxides | |
| RU2555484C2 (ru) | Пигмент на основе порошка диоксида титана, модифицированного наночастицами | |
| RU2702688C1 (ru) | СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ Al2O3 | |
| Lakshmi et al. | Band gap tuning and improved optical properties of ZrO2-SnO2 nanocomposite thin films prepared by sol-gel route | |
| RU2716436C1 (ru) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 | |
| Mikhailov et al. | Optical properties and radiation stability of BaSO4 powders modified with ZrO2 nanoparticles | |
| Mikhailov et al. | Radiation stability of optical properties of Wollastonite powder with SiO2 nanoparticle addition | |
| Neshchimenko et al. | Features of Degradation of the Optical Properties of Hollow Particles TiO 2, ZnO, and SiO 2 under the Influence of Ionizing Radiations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200514 Effective date: 20200514 |