PL184816B1

PL184816B1 - Kompozycja do pochłaniania gazów oraz układ do pochłaniania gazów

Info

Publication number: PL184816B1
Application number: PL96315498A
Authority: PL
Inventors: Paolo Manini; Claudio Boffito
Original assignee: Getters Spa
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2002-12-31
Also published as: UA28029C2; ES2143171T3; DE69606475D1; EP0757920A3; KR970009874A; HU9602139D0; EP0757920A2; ATE189409T1; JP3182083B2; MY130952A; CA2181623A1; KR100408327B1; JPH0947652A; DE69606475T2; HUP9602139A3; CZ233096A3; MX9603258A; CN1081485C; BR9603326A; ITMI951755A0

Abstract

1 . Kompozycja do pochlaniania gazów, znamien na tym, ze zawiera mieszanine skladajaca sie z Co3 O4 oraz metalicznego palladu, przy czym metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny tlenek Co/Pd, oraz material pochlaniajacy wilgoc, majacy cisnienie pary H2 O mniejsze niz 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybrany sposród tlenków wapnia, strontu, baru 1 fosforu lub ich mieszaniny. 18. Uklad do pochlaniania gazów, zwlaszcza w cieplnie izolujacym plaszczu z tworzywa sztucznego, znamienny tym, ze sklada sie z otwartego u góry pojemni- ka (11), z materialu nieprzepuszczajacego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego konca pojemnika, warstwe (12) mieszaniny Co3 O4 /metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych miesza- niny, oraz warstwe (13) materialu pochlaniajacego wilgoc, majacego cisnienie pary H2 O mniejsze niz 1 Pa przy tempe- raturze pokojowej, wybranego sposród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, przy czym tylko material pochlaniajacy wilgoc jest w bezposrednim kontak- cie ze srodowiskiem zewnetrznym F i g . 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja do pochłaniania gazów oraz układ do pochłaniania gazów. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest kompozycja materiałów pochłaniających gazy, nadająca się do utrzymywania próżni w urządzeniach, które nie mogą być ogrzewane do temperatur wyższych niż około 200°C.

Materiały pochłaniające gazy okazały się praktycznie niezbędne we wszystkich zastosowaniach w przemyśle i handlu, gdzie wymagane jest utrzymywanie próżni.

Znane są rozwiązania polegające na tym, że urządzenia, które do swego działania wymagały próżni, posiadały ścianki przeznaczone do ograniczania próżni wykonane z metalu lub ze szkła. Odpompowane objętości utworzone przez metalowe ścianki występują przykładowo, w termosach, w izolowanych cieplnie rurach przeznaczonych do przenoszenia płynów kriogenicznych lub akceleratorach cząstek, stosowanych do badań naukowych. Odpompowane

184 816 objętości utworzone przez ścianki szklane występują, natomiast, przykładowo, w lampach kineskopowych, odbiornikach telewizyjnych lub monitorach komputerowych oraz w żarówkach. We wszystkich tych zastosowaniach materiał pochłaniający gaz wprowadzany jest w stanie nieaktywnym w urządzenie przed jego uszczelnieniem, a potem jest uaktywniany, kiedy urządzenie jest już szczelnie zamknięte, za pomocą ogrzewania z zewnątrz, np. falami o częstotliwości radiowej. Uaktywniony materiał pochłaniający gazy adsorbuje ostatnie ślady gazu jeszcze występujące w urządzeniu i realizuje sorpcję tych gazów, które poprzez różne mechanizmy dostają się do odpompowanej objętości podczas użytkowania urządzenia. Minimalne temperatury wymagane przez konwencjonalne materiały pochłaniające gazy do uaktywnienia są rzędu 350 do 400°C, a w pewnych przypadkach osiągane są nawet temperatury około 900°C. Materiałami pochłaniającymi gazy tego typu są, przykładowo, stopy na bazie cyrkonu lub tytanu.

Zastosowanie próżni w przemyśle zostało rozszerzone na odpompowywane urządzenia wykonane przynajmniej częściowo z tworzyw sztucznych, których nie można ogrzewać do temperatur wyższych niż około 200°C. Jest tak przykładowo w przypadku cieplnie izolowanych płaszczy próżniowych, w których tworzywa sztuczne mogą być stosowane na ścianki i/lub na materiały wypełniające. Materiały wypełniające (dalej zwane wypełniaczami) są zwykle w postaci włókien, proszków lub pianek i są wykorzystywane w tych płaszczach do utrzymywania ich kształtu. Typowym przykładem takich płaszczy są odpompowane płyty, stosowane głównie w produkcji chłodziarek. Osłona tych płyt jest zwykle wykonana z laminowanych metalem folii z tworzywa sztucznego uszczelnionych cieplnie przy krawędziach przez styk tworzywo sztuczne-tworzywo sztuczne, przy czym unika się uszczelnienia metalmetal, aby przerwać mostek cieplny pomiędzy dwiema powierzchniami czołowymi płyty. Aby uniknąć pogorszenia stabilności chemicznej i mechanicznej tworzyw sztucznych nie można ich ogrzewać do temperatur wyższych niż około 200°C. Z tego powodu konwencjonalne materiały pochłaniające gazy nie nadają się do tego rodzaju zastosowania. Wywołało to zapotrzebowanie na materiały pochłaniające gazy, charakteryzujące się niską temperaturą aktywacji, a zwłaszcza na materiały nie wymagające w ogóle aktywacji cieplnej.

Międzynarodowe zgłoszenie patentowe WO 94/18876 opisuje zastosowanie mieszaniny tlenku metalu szlachetnego, zwłaszcza tlenku palladu (PdO) i materiału pochłaniającego wilgoć, takiego jak tlenek baru (BaO) do utrzymywania próżni w odpompowanych płaszczach naczyń Dewara, termosów itd. Jednakże, tlenek palladu w reakcji z wodorem przechodzi w metaliczny pallad w postaci drobno sproszkowanej, mający właściwości piroforyczne. W konsekwencji, stosowanie tej mieszaniny materiałów nie jest zalecane ze względów bezpieczeństwa.

Opisy patentowe US 5 312 606 oraz 5 312 607 ujawniają stopy na bazie baru i litu z dodanymi innymi pierwiastkami, takimi jak glin lub pierwiastki ziem alkalicznych. Stopy te są jedynymi materiałami pochłaniającymi gazy nadającymi się do pochłaniania praktycznie wszystkich gazów przy temperaturze pokojowej, bowiem nie wymagają termicznej aktywacji. Specyficzne zastosowania tych materiałów jest znane z opisu patentowego US 5 408 832 oraz z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO 96/01966. W szczególności, korzystnym stopem jest stop BaLi₄. Ponadto, z opisu patentowego US 5 408 832 jest znane zastosowanie BaLi₄ w połączeniu z materiałem pochłaniającym wilgoć, takim jak tlenek baru, aby zapewnić stopowi BaLi4 zdolność pochłaniania azotu, który może być wydzielany przy pochłanianiu pary wodnej. Taka kompozycja materiałów wykazuje bardzo dobre właściwości odnośnie usuwania O₂, N₂ i H₂O, a więc eliminuje podstawowe gazy atmosferyczne ze środowiska gazowego wewnątrz płaszczy. Jednakże kompozycja gazowa wewnątrz takich płaszczy zależy głównie od odgazowania materiałów tworzących wymienione płaszcze, zwłaszcza wypełniaczy, które zwykle mają postać proszku, pianki lub wełny i w konsekwencji mają dużą powierzchnię właściwą. Głównymi gazami występującymi w płaszczach wykonanych z tworzywa sztucznego są CO i CO2, w przypadku stosowania wypełniacza polimerowego, oraz H2, w przypadku stosowania waty szklanej. Zawartość tych gazów może być ważna, głównie wtedy, gdy w procesie wytwarzania płaszcza przeprowadza się ogrzewanie. Przykładem jest wytwarzanie chłodziarek, gdzie próżniowe płyty izolujące są mocowane do ścian urządzeń za

184 816 pomocą pianek polimerowych, zwykle poliuretanów, otrzymywanych przez reakcję odpowiednich związków chemicznych w procesie spieniania na miejscu, w którym temperatury bliskie 100°C mogą być osiągane przez czas rzędu kilku minut.

Innym głównym składnikiem atmosfery gazowej wewnątrz płyt z tworzywa sztucznego są związki organiczne, tzn. węglowodory lub podstawione węglowodory, w których wodór może być zastąpiony częściowo lub całkowicie przez atomy chlorowców. Związki, w których atomy chlorowców całkowicie zastępują wodór, są znane jako CFC i były przez dziesiątki lat używane w produkcji izolujących cieplnie płyt do chłodziarek, Gazy te uznano za odpowiedzialne za zjawisko zaniku ozonu, a ich produkcja i wykorzystywanie zostały przerwane. Jednakże są prowadzone badania nad wtórnym wykorzystywaniem starych płyt zawierających CFC poprzez ich rozdrobnienie do proszków pianek polimerowych i przez wykorzystanie tych proszków w produkcji nowych płyt. W ten sposób niewielkie ilości CFC mogą dostać się do świeżo wytworzonych płyt izolujących cieplnie. Węglowodory częściowo podstawione chlorowcami, zwane zwykle HCFC, oraz zwykłe węglowodory zastąpiły CFC w tej dziedzinie i są wykorzystywane jako środki spieniające zarówno w produkcji płyt, jak też w etapie mocowania tych płyt do ścianek chłodziarek za pomocą pianek całkiem podobnych do stosowanych wewnątrz tych płyt. W przypadku stosowania powyżej wymienionych związków, najważniejszymi gazami występującymi w płaszczach próżniowych są cyklopentan, C₅H_]0oraz 1,1-dwuchłoro-1-fluoroetan (Cl₂FC-CH₃), znany w technice jako ,141-b. Te ostatnie gazy mogą wchodzić w płyty poprzez krawędzie w obszarze, gdzie z laminowanych metalem folii z tworzywa sztucznego tworzona jest osłona przez termiczne uszczelnianie tworzywo sztuczne-tworzywo sztuczne. Powoduje to zwiększenie ciśnienia wewnątrz płyty i pogorszenie jej właściwości izolacji cieplnej.

Opisana powyżej mieszanina BaO/BaLi4 może pochłaniać CO, CO₂, a zwłaszcza H₂, ale ze stosunkowo niewielką prędkością. Ponadto, znane materiały pochłaniające gazy nie mogą skutecznie pochłaniać związków organicznych.

Z publikacji Bielousow i in., Ukrainskij Chimiczeskij Żurnal, 1986, 52, nr 8, są znane właściwości tlenków kobaltu, jako materiałów pochłaniających, ale tylko jeśli chodzi o pochłanianie wodoru.

Celem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie kompozycji do pochłaniania gazów, o lepszych właściwościach pochłaniania CO, CO2, H2 oraz zdolnej do pochłaniania związków organicznych. Ponadto, celem wynalazku jest opracowanie kompozycji niewymagającej aktywacji termicznej, a zatem, kompatybilnej z urządzeniami, w których przynajmniej jedna część składowa nie może być ogrzewana do temperatury większej niż około 200°C.

Celem wynalazku jest również opracowanie układu do pochłaniania gazów, nadającego się do utrzymania próżni, zwłaszcza w cieplnie izolującym płaszczu z tworzywa sztucznego.

Kompozycja do pochłaniania gazów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera mieszaninę składającą się z Co₃O4 oraz metalicznego palladu, przy czym metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny tlenek Co/Pd, oraz materiał pochłaniający wilgoć, mający ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybrany spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny.

Korzystnie, kompozycja zawiera mieszaninę CcęOtyPd w postaci proszku o wielkości cząstek mniejszej niż 500 pm, a zwłaszcza o wielkości cząstek w zakresie 1 do 200 pm, oraz zawiera materiał pochłaniający wilgoć o wielkości cząstek w zakresie 50 do 500 pm.

Korzystnie, materiał pochłaniający wilgoć zawiera dodatkowo sproszkowany tlenek glinowy.

Korzystnie, kompozycja zawiera, jako materiał pochłaniający wilgoć, tlenek baru lub tlenek wapnia.

Korzystnie, stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co^/Pd zaś materiałem pochłaniającym wilgoć jest w zakresie od 5:1 do 1:20, a zwłaszcza zakresie od 1:1 do 1:5.

Korzystnie, kompozycja zawiera dodatkowo stop na bazie baru i litu, o wielkości cząstek mniejszej niż 500 pm, a zwłaszcza mniejszej niż 150 pm.

Korzystnie, kompozycja zawiera BaLi4, jako stop na bazie baru i litu.

184 816

Korzystnie, stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co^/Pd a stopem na bazie baru i litu jest w zakresie od 10:1 do 1:5, a zwłaszcza w zakresie od około 5:1 do 1:2.

Korzystnie, stosunek wagowy pomiędzy materiałem pochłaniającym wilgoć a stopem baru i litu jest w zakresie od 50:1 do 1:5, a zwłaszcza w zakresie od 20:1 do 1:1.

Według wynalazku układ do pochłaniania gazów, zwłaszcza w cieplnie izolującym płaszczu z tworzywa sztucznego, charakteryzuje się tym, że składa się z otwartego u góry pojemnika, z materiału nieprzepuszczającego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego końca pojemnika, warstwę mieszaniny Co-,O₄/metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, oraz warstwę materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, przy czym tylko materiał pochłaniający wilgoć jest w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym.

Korzystnie, górna krawędź pojemnika jest zagięta do wewnątrz lub jest prosta, zaś pojemnik jest z metalu wybranego spośród stali nierdzewnej i aluminium.

Korzystnie, warstwa mieszaniny Co₃O4/metaliczny Pd oraz warstwa materiału pochłaniającego wilgoć są przedzielone przez mechaniczne elementy, poprzez które łatwo przepływają gazy.

Układ do pochłaniania gazów, według wynalazku charakteryzuje się również tym, że składa się z otwartego u góry pojemnika, z materiału nieprzepuszczającego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego końca pojemnika, warstwę mieszaniny Co₃O4/metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, warstwę materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, warstwę stopu na bazie baru i litu oraz drugą warstwę materiału pochłaniającego wilgoć, przy czym tylko materiał pochłaniający wilgoć jest w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym.

W tym układzie górna krawędź pojemnika korzystnie jest zagięta do wewnątrz lub jest prosta.

Ponadto, według wynalazku układ do pochłaniania gazów, charakteryzuje się też, że składa się z otwartego u góry z pojemnika, z materiału nieprzepuszczającego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego końca pojemnika, warstwę mieszaniny Co^/metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, drugi otwarty u góry pojemnik zawierający warstwę stopu na bazie baru i litu, przy czym wysokość tego drugiego pojemnika zsumowana z wysokością warstwy jest mniejsza niż wysokość pojemnika mierzona po jego wewnętrznej stronie, oraz warstwę materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, umieszczonego wewnątrz pierwszego pojemnika i całkowicie przykrywającąpojem.nik oraz warstwę mieszaniny tlenek Co/Pd.

Korzystnie, górna krawędź pierwszego pojemnika jest zagięta do wewnątrz lub jest prosta.

Korzystnie, pierwszy pojemnik jest z aluminium, zaś drugi pojemnik jest ze stali nierdzewnej.

Korzystnie, układ powyższy zawiera przytrzymujący mechanicznie element, umieszczony powyżej warstwy materiału pochłaniającego wilgoć.

W tlenku kobaltu mającym wzór empiryczny Co₃O4 kobalt występuje równocześnie w stanie utlenienia II i w stanie utlenienia III. Stosowany poniżej skrót MO oznacza tlenek kobaltu o wzorze Co₃O4, zaś skrót MO/Pd oznacza mieszaninę w/w tlenku i metalicznego palladu.

Podczas przygotowania tlenku kobaltu prekursor metalicznego palladu dodaje się do tego ostatniego w takiej ilości, aby otrzymać końcową mieszaninę zawierającą do około 2% wagowych mieszaniny MO/Pd. Pallad może być równocześnie wytrącany wraz z tlenkiem kobaltu przy jego wprowadzaniu w ten sam roztwór macierzysty w postaci rozpuszczalnej soli, np. PdCf. Alternatywnie, pallad może być osadzany z roztworu na poprzednio utworzonych ziarnach tlenku kobaltu. Tlenek jest w postaci sproszkowanej z wielkością ziaren mniejszą niż 500 pm, korzystnie w zakresie 1 do 200 pm.

184 816

Materiał pochłaniający wilgoć można wybrać spośród chemicznych pochłaniaczy wilgoci. Materiały te, znane w technice, wiążą wodę w sposób nieodwracalny przez reakcję chemiczną. Odpowiednie do tego zastosowania są chemiczne związki suszące mające ciśnienie pary wodnej mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, które ujawniono w opisie US 5 408 832. Przykładowo, tlenki wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich kombinacje uważane są za odpowiednie materiały pochłaniające wilgoć w kompozycji według wynalazku. Szczególnie korzystne jest stosowanie tlenku baru lub tlenku wapnia. Materiał pochłaniający wilgoć jest korzystnie stosowany w postaci proszku o wielkości ziaren w zakresie 50 do 500 pm. Przy większych ziarnach występuje nadmierne zmniejszenie pola powierzchni proszku, natomiast przy mniejszych ziarnach istnieje ryzyko, że na skutek pochłaniania wilgoci proszki staną się nadmiernie zgęszczone, utrudniając przechodzenie gazów przez te proszki. Aby przezwyciężyć problem zgęszczania wilgotnych proszków, można również dodawać do materiału pochłaniającego wilgoć proszek obojętnego materiału, takiego jak tlenek glinowy, który został ujawniony w powyżej wymienionym międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO 96/01966.

Stosunek wagowy pomiędzy poszczególnymi materiałami w kompozycji według wynalazku może zmieniać się w szerokich granicach, zależnie od typu zastosowania, które jest przewidywane, a w szczególności od mieszaniny gazów, które bęidą pochłaniane. Jednakże na ogół stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną MO/Pd a materiałem pochłaniającym wilgoć jest w zakresie 5:1 do 1:20, a zwłaszcza 1:1 do 1:5.

W przypadku, jeżeli w określonym zastosowaniu przewiduje się, że podciśnienie początkowo występujące w płaszczu może ulec zmniejszeniu również na skutek udziału gazów atmosferycznych, takich jak O2 i N2, do kompozycji zawierającej mieszaninę MO/Pd i materiał pochłaniający wilgoć, jak opisano powyżej, można dodać również stop na bazie baru i litu, wybrany spośród stopów znanych z opisów US 5 312 606 oraz 5 312 607, ujawniających metody ich wytwarzania i właściwości. Stop na bazie baru i litu jest korzystnie stosowany w postaci sproszkowanej, mający wielkość cząstek mniejszą niż około 500 pm, a korzystnie mniejszą niż około 150 pm, aby zwiększyć pole powierzchni. Proszek może być również nieco ściśnięty, jak podano w wymienionym zgłoszeniu WO 96/01966. Korzystnym stopem jest stop o składzie BaLi4.

Stopy na bazie baru i litu oraz tlenki kobaltu wchodzą w reakcję ze sobą, a więc powinny być one oddzielone od siebie, aby działanie kompozycji było możliwie najkorzystniejsze. W przypadku, gdy zajdzie reakcja miedzy stopem na bazie baru i litu oraz tlenkiem kobaltu, właściwości kompozycji według wynalazku mogą ulec pogorszeniu.

Stosunki wagowe pomiędzy stopem na bazie baru i litu a innymi składnikami kompozycji według wynalazku mogą zmieniać się w szerokich granicach. Stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną. MO/Pd a stopem na bazie baru i litu może zwykle zmieniać się w zakresie od 10:1 do 1:5, korzystnie, od 5:1 do 1:2. Stosunek wagowy pomiędzy materiałem pochłaniającym wilgoć a stopem na bazie baru i litu może zmieniać się w przybliżeniu od 50:1 do 1:5, korzystnie, od 20:1 do 1:1.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że kompozycja według wynalazku skutecznie pochłania wszystkie gazy, co do których oczekiwane jest ich wejście w płaszcze izolujące cieplnie, a zwłaszcza w płyty chłodziarek, podczas ich działania. W szczególności, stwierdzono, że gazy, takie jak wodór i tlenek węgla, są pochłaniane w ciągu kilku minut, tj. w krótszym czasie niż przez znane pochłaniacze gazów o niskiej temperaturze aktywacji. Stwierdzono również, że kompozycja według wynalazku nadaje się do pochłaniania gazów organicznych, takich jak węglowodory, częściowo i całkowicie podstawione chlorowcami węglowodory, pośrednie gazy HCFC oraz gazy CFC, przy czym pochłanianie azotu, który jest reprezentantem gazów zawartych w atmosferze, nie zostaje pogorszone przez uprzednie (lub w trakcie działania równoczesne) pochłonięcie gazów organicznych.

Kompozycja według wynalazku i układ zawierający tę kompozycję pozwalają zatem na rozwiązanie problemu utrzymywania żądanego stopnia próżni wewnątrz płaszcza izolacji cieplnej, który nie może wytrzymać obróbki cieplnej powyżej 150°C, i który pracuje w temperaturze pokojowej.

184 816

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ do pochłaniania gazów, fig. la - odmianę układu pokazanego na fig. 1, fig. 2 - układ z mieszaniną trzech składników: MO/Pd, materiału pochłaniającego wilgoć i stopu na bazie baru i litu, fig. 3 - odmianę układu pokazanego na fig. 2.

Wykresy pochłaniania mieszaniny gazów przez układ, zawierający kompozycję według wynalazku również przedstawiono na rysunku, na którym fig. 4 przedstawia wykres pochłaniania mieszaniny gazów przez układ, zawierający kompozycję według wynalazku, w porównaniu z pochłanianiem tej samej mieszaniny gazów przez znany układ pochłaniający gazy, na fig. 5 - wykres pochłaniania mieszaniny gazów przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, zawierającą ewentualnie stop na bazie baru i litu, na fig. 6 - porównanie pomiędzy pochłanianiem dwutlenku węgla (CO₂) przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, zawierającą ewentualnie stop na bazie baru i litu, i przez znany układ pochłaniający gazy, na fig. 7 - wykres pochłaniania cyklopentanu przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, na fig. 8 - wykres pochłaniania gazu (HCFC) przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, na fig. 9 - wykres pochłaniania gazu (CFC) przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, zaś na fig. 10 - wykres pochłaniania azotu przez układ zawierający kompozycję według wynalazku, zawierającą ewentualnie stop na bazie baru i litu, po pochłonięciu cyklopentanu.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku, zawierająca materiały pochłaniające gazy, jest umieszczana wewnątrz pojemnika w celu uzyskania układu (urządzenia) do pochłaniania gazów o zwartej konstrukcji, łatwego do manipulowania nim. Pojemnik jest korzystnie wykonany z materiału, który jest nieprzepuszczalny dla gazów i ma otwór o takiej wielkości, że gazy mają dostęp do różnych materiałów pochłaniających gazy zgodnie z określoną kolejnością. Jest tak dlatego, ponieważ stwierdzono, że para wodna pogarsza właściwości mieszaniny MO/Pd.

Pojemnik jest zwykle wykonany z metali, które są nieprzepuszczalne dla gazów. Korzystnymi metalami są aluminium, które jest lekkie i daje się łatwo obrabiać skrawaniem tanim kosztem, oraz stal nierdzewna, kiedy potrzebna jest większa wytrzymałość mechaniczna, głównie przy automatycznym manipulowaniu urządzeniami pochłaniającymi gazy.

Przykład realizacji wynalazku przedstawiono na fig. 1, gdzie pochłaniający gazy układ 10 jest złożony z obudowy 11 z aluminium, której dolna część zawiera warstwę mieszaniny 12 MO/Pd, a górna część warstwę proszku z materiału 13 pochłaniającego wilgoć. Materiały poszczególnych warstw mogą być wprowadzone w obudowę różnymi sposobami, np. przez wsypanie proszku w obudowę i poddanie go niewielkiemu zagęszczeniu, albo przez wprowadzenie w obudowę wstępnie ukształtowanych tabletek. W obu przypadkach możliwe jest również, że na powierzchni międzyfazowej pomiędzy warstwami różnych materiałów usytuowane są elementy mechanicznego rozdzielania, które umożliwiają łatwe przechodzenie gazów, takie jak siatki z tworzywa sztucznego, gaza, krążki porowatego papieru (nie pokazano na rysunku). Elementy te pomagają w utrzymaniu materiałów oddzielonych od siebie i w utrzymywaniu fragmentów materiału, które mogą być wytworzone w konsekwencji uderzeń lub np. przez pęcznienie proszków na skutek wchłaniania gazu. Wreszcie górna krawędź obudowy 11 jest nieco zagięta do wewnątrz, tworząc przytrzymujący element 14, który utrzymuje strukturę pochłaniającą gazy w żądanym położeniu.

W innym możliwym przykładzie realizacji górna krawędź obudowy nie jest zagięta do wewnątrz. Ten przykład realizacji jest korzystny wtedy, gdy układ (urządzenie) pochłaniające gazy jest przeznaczone do użycia w takich zastosowaniach, gdzie wypełniaczem jest pianka polimerowa, np. poliuretanowa. W takim przypadku prosta krawędź górna umożliwia działanie tnące i ułatwia wprowadzenie układu w płytę piankową przez ściskanie, głównie w produkcji automatycznej. Ten przykład realizacji pokazano na fig. la, gdzie elementy tworzące to urządzenie są oznaczone takimi samymi oznaczeniami jak na fig. 1, ale przez 15 oznaczono niezagiętą krawędź górną.

W przypadku zastosowania czteroskładnikowej kompozycji, zawierającej również stop na bazie baru i litu, przy wytwarzaniu układu trzeba zwrócić uwagę na to, że stopy te mogą reagować z mieszaniną MO/Pd i dlatego oba te materiały trzeba trzymać oddzielnie, a ponadto, podobnie jak mieszanina MO/Pd, również stopy na bazie baru i litu są wrażliwe na

184 816 wodę, w związku z czym należy je chronić przed nią. Aby osiągnąć te warunki, możliwe są różne konstrukcje układów do pochłaniania gazów. W najprostszym przykładzie realizacji, jak pokazano na fig. 2, stosuje się urządzenie 20 złożone z obudowy 21, zawierającej wewnątrz, idąc od dołu do góry, warstwę 22 mieszaniny MO/Pd, warstwę 23 materiału pochłaniającego wilgoć, warstwę 24 stopu na bazie baru i litu i wreszcie, w kontakcie z zewnętrznym środowiskiem, drugą warstwę 25 materiału pochłaniającego wilgoć. Podobnie jak w układzie z fig. 1 górna krawędź obudowy 21 może być zagięta do wewnątrz, tworząc przytrzymujący element 26, który trzyma warstwy różnych materiałów w żądanym położeniu. Alternatywnie, górna krawędź obudowy może nie być zagięta, jak na fig. 1a (nie pokazano). Warstwy materiału 22-25 mogą być albo wprowadzone w postaci luźnych proszków w obudowę 21, gdzie mogą być one ewentualnie poddane działaniu niewielkiego ciśnienia, by polepszyć mechaniczną stabilność warstwy, albo tabletki materiałów mogą być przygotowane oddzielnie w celu późniejszego wprowadzenia w obudowę 21. W obu przypadkach możliwe jest rozdzielenie różnych warstw za pomocą elementów mechanicznego rozdzielania, takich jak polimerowa gaza, itp., nie pokazana na rysunku, np. jak opisano w przypadku układu pokazanego na fig. 1.

Korzystny przykład realizacji układu pochłaniającego gazy, zawierającego również stop na bazie baru i litu, przedstawiono na fig. 3. W tym przypadku układ 30 jest złożony z pierwszego pojemnika (obudowy) 31, wykonanej ze stali nierdzewnej lub aluminium, zawierającej na swym dnie warstwę lub tabletkę 33 sproszkowanej mieszaniny MO/Pd, a drugi pojemnik 32, wykonany ze stali nierdzewnej, jest umieszczony nad warstwą 33 i jest wypełniony stopem 34 na bazie baru i litu. Zespół utworzony ze sproszkowanej mieszaniny 33 MO/Pd, pojemnika 32 i sproszkowanego stopu 34 na bazie baru i litu, jest następnie powlekany proszkiem z materiału 35 pochłaniającego wilgoć. Na górnej części tego proszku 35, odsłoniętej na zewnątrz, umieszczony jest korzystnie element mechanicznego przytrzymywania, aby umożliwiać łatwe przechodzenie gazów, taki jak polimerowa siatka lub gaza 36. Podobnie jak w konstrukcji układu pokazanego na fig. 1, taka polimerowa gaza może być również umieszczona na warstwie MO/Pd i na proszku ze stopu na bazie baru i litu, aby uniemożliwić mieszanie się proszków i zwiększyć mechaniczną, stabilność wynikowej struktury (te dodatkowe gazy polimerowe nie są pokazane na rysunku). Wreszcie górna krawędź pojemnika (obudowy) może być nieco zagięta do wewnątrz, aby utworzyć przez to przytrzymujący element 37, by utrzymywać układ pochłaniający gazy na miejscu, albo też może nie, być zagięta, by pomóc przy wprowadzaniu układu w płyty z pianki polimerowej, jak pokazano na fig. la (tej ostatniej możliwości nie pokazano na rysunku).

Wytworzenie i działanie układu według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład 1

Przykład ten ilustruje przygotowanie układu według wynalazku.

g mieszaniny Co₃O4/Pd zawierającej 10 mg Pd umieszczono na dnie cylindrycznego pojemnika ze stali nierdzewnej o średnicy 28 mm i o wysokości 4 mm i lekko ściśnięto, na tak uzyskanej warstwie Co^/Pd umieszczono gazę z polimerowego materiału, aby przytrzymywać proszek w żądanym położeniu. 4,5 g BaO wprowadzono do pojemnika na tę pierwszą warstwę i następnie lekko ściśnięto. Górna krawędź pojemnika została w końcu odkształcona przez zagięcie do wewnątrz w taki sposób, aby przytrzymywać obie warstwy w ich początkowej konfiguracji, otrzymując przez to urządzenie analogiczne do pokazanego na fig. 1.

Przykład 2

Przykład ten ilustruje przygotowanie układu według wynalazku, zawierającego oprócz mieszaniny MO/Pd i materiału pochłaniającego wilgoć również stop na bazie baru i litu.

g mieszaniny Co^/Pd, zawierającej 10 mg Pd, umieszczono na dnie pierwszego cylindrycznego pojemnika ze stali nierdzewnej, mającego średnicę 28 mm i wysokość 6 mm i lekko śt^i^r^i^t^. Na obrzynanej warstwie Co₃O₄/Pd u mieszczono gazę z poł imerowego maacriału, aby utrzymywać proszek w żądanym położeniu. Drugi cylindryczny pojemnik ze stali o średnicy 15 mm i o wysokości 3 mm przygotowano oddzielnie i napełniono 0,25 g stopu BaLi4 lekko ściśniętego i pokrytego gazą z polimerowego materiału. Pojemnik ze stopem BaLi4 wprowadzono w pierwszy pojemnik nad gazę przytrzymującą mieszaninę Co^/Pd.

184 816 g sproszkowanego BaO wprowadzono następnie do pierwszego pojemnika aż do całkowitego przykrycia zarówno mieszaniny Co₃O4/Pd jak i pojemnika ze stopem BaLi4 Sproszkowany BaO wypoziomowano, lekko ściśnięto i przykryto gazą z polimerowego materiału, aby utrzymywać go w tym położeniu. Wreszcie górną krawędź pierwszego pojemnika nieco zagięto do wewnątrz, aby utrzymywać całą konstrukcję na miejscu, otrzymując przez to układ pochłaniający gazy analogiczny do pokazanego na fig. 3.

Przykład 3

Przykład ten ilustruje działanie układu z przykładu 1.

Układ według przykładu 1 umieszczono w komorze pomiarowej o pojemności 1,5 1, która była dołączona do ciśnieniomierza oraz poprzez zawory odcinające z przewodami wlotu i wylotu gazu. Do komory pomiarowej wprowadzono mieszaninę gazową, która zawiera 50% CO i 50% H2, dla symulacji możliwego środowiska gazowego w wykonanym z tworzywa sztucznego płaszczu zawierającym wypełniacz, aż do osiągnięcia całkowitego ciśnienia w komorze 0,32 hPa (hektopaskali). Wreszcie komorę zamknięto i kontrolowano zmiany ciśnienia w funkcji czasu (minuty). Wynik tego testu, który przeprowadzono przy temperaturze pokojowej, pokazano na fig. 4 w postaci krzywej 1.

Przykład 4 (porównawczy)

Powtórzono test według przykładu 3, ale stosując układ pochłaniający gazy według stanu techniki zamiast układu według wynalazku. Porównawczy układ miał konstrukcję podobną do konstrukcji układu z przykładu 1, ale zawierał 0,25 g BaLi4 i 4,5 g BaO. Wynik tego testu wykreślono na fig. 4 jako krzywą 2.

Przykład 5

Przykład ten ilustruje działanie układu według przykładu 2.

Test z przykładu 3 powtórzono za wyjątkiem wprowadzenia do komory pomiarowej gazowej mieszaniny zawierającej 33,3% CO, 33,3% H2 i 33,3% N2. Zmiany ciśnienia w komorze kontrolowano w funkcji czasu w obecności układu z przykładu 2. Wynik badania pokazano na fig. 5 w postaci krzywej 3, podającej całkowite ciśnienie w komorze (hPa) w funkcji czasu (minuty).

Przykład 6

Przykład ten ilustruje działanie układu podobne do układu z przykładu 1, w którym BaO zastąpiono przez CaO.

Układ zawierający 2 g CaO, 1 g Co₃O4 i 10 mg Pd, wprowadzono do komory pomiarowej podobnej do komory z przykładu 3, o całkowitej pojemności 0,74 1. Komorę tę odpompowano do ciśnienia 1,33x10’ hPa. Następnie do komory tej wpuszczono CO2 aż do osiągnięcia ciśnienia 0,86 hPa, i kontrolowano zmiany ciśnienia w funkcji czasu (minuty). Wynik tego badania pokazano na fig. 6 w postaci krzywej 4.

Przykład 7 (porównawczy)

Test z przykładu 6 powtórzono, ale stosując znany układ pochłaniający gazy z przykładu 4. Wynik tego badania pokazano na fig. 6 w postaci krzywej 5.

Przykład 8

Przykład ten ilustruje działanie układu według przykładu 2.

Powtórzono test z przykładu 2 za wyjątkiem wprowadzania do komory pomiarowej cyklopentanu jako gazu testowego. Zmiany ciśnienia w komorze kontrolowano w funkcji czasu w obecności układu z przykładu 2. Wynik badania pokazano na wykresie semilogarytmicznym na fig. 7, jako krzywą 6 zmiany ciśnienia (hPa) w funkcji czasu (minuty).

Przykład 9

Przykład ten ilustruje działanie układu z przykładu 1.

Powtórzono test według przykładu 3 z wyjątkiem wprowadzania do komory pomiarowej gazu 141-b. Zmiany ciśnienia w komorze kontrolowano w funkcji czasu w obecności układu z przykładu 1. Wynik badania pokazano w postaci wykresu semilogarytmicznego na fig. 8, jako krzywą 7 zmiany ciśnienia (hPa) w funkcji czasu (minuty).

184 816

Przykład 10

Przykład ten ilustruje działanie układu z przykładu 1.

Powtórzono test z przykładu 3 za wyjątkiem wprowadzania do komory pomiarowej gazu CFC znanego jako CFC 11. Zmiany ciśnienia w komorze kontrolowano w funkcji czasu w obecności układu z przykładu 1. Wynik testu pokazano w postaci semilogarytmicznego wykresu na fig. 9, jako krzywą 8 zmiany ciśnienia (hPa) w funkcji czasu (minuty).

Przykład 11

Przykład ten ilustruje działanie układu z przykładu 2.

Po zakończeniu testu według przykładu 8 do komory wprowadzano azot, aż do osiągnięcia ciśnienia około 1,45 hPa. Komorę zamknięto i kontrolowano zmiany ciśnienia (hPa) w funkcji czasu (minuty). Wynik tego testu przedstawiono na fig. 10 w postaci krzywej 9.

184 816

P (hPa) ρ (hPa)

184 816 ^p (hPa) Ρ (hPa)

184 816

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja do pochłaniania gazów, znamienna tym, że zawiera mieszaninę składającą się z Co₃O₄ oraz metalicznego palladu, przy czym metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny tlenek Co/Pd, oraz materiał pochłaniający wilgoć, mający ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybrany spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera mieszaninę CojO₄/Pd w postaci proszku o wielkości cząstek mniejszej niż 500 pm.
3. Kompozycja według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera mieszaninę Co₃O₄/Pd w postaci proszku o wielkości cząstek w zakresie 1 do 200 pm.
4. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera materiał pochłaniający wilgoć o wielkości cząstek w zakresie 50 do 500 pm.
5. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że materiał pochłaniający wilgoć zawiera dodatkowo sproszkowany tlenek glinowy.
6. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że jako materiał pochłaniający wilgoć zawiera tlenek baru.
7. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że jako materiał pochłaniający wilgoć zawiera tlenek wapnia.
8. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co₃O₄/Pd a materiałem pochłaniającym wilgoć jest w zakresie od 5:1 do 1:20.
9. Kompozycja według zastrz. 8, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co^/Pd a materiałem pochłaniającym wilgoć jest w zakresie od 1:1 do 1:5.
10. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto stop na bazie baru i litu.
11. Kompozycja według zastrz. 10, znamienna tym, że stop na bazie baru i litu ma wielkość cząstek mniejszą niż 500 pm.
12. Kompozycja według zastrz. 11, znamienna tym, że stop na bazie baru i litu ma wielkość cząstek mniejszą niż 150 pm.
13. Kompozycja według zastrz. 10, znamienna tym, że jako stop na bazie baru i litu zawiera BaLi4.
14. Kompozycja według zastrz. 10, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co^/Pd a stopem na bazie baru i litu jest w zakresie od 10:1 do 1:5.
15. Kompozycja według zastrz. 14, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy mieszaniną Co^/Pd a stopem na bazie baru i litu jest w zakresie od około 5:1 do 1:2.
16. Kompozycja według zastrz. 10, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy materiałem pochłaniającym wilgoć a stopem baru i litu jest w zakresie od 50:1 do 1:5.
17. Kompozycja według zastrz. 16, znamienna tym, że stosunek wagowy pomiędzy materiałem pochłaniającym wilgoć a stopem baru i litu jest w zakresie od 20:1 do 1:1.
18. Układ do pochłaniania gazów, zwłaszcza w cieplnie izolującym płaszczu z tworzywa sztucznego, znamienny tym, że składa się z otwartego u góry pojemnika (11), z materiału nieprzepuszczającego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego końca pojemnika, warstwę (12) mieszaniny Co^/metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, oraz warstwę (13) materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂0 mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, przy czym tylko materiał pochłaniający wilgoć jest w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym.
19. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że górna krawędź (14) pojemnika (11) jest zagięta do wewnątrz.

184 816
20. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że górna krawędź (15) pojemnika (11) jest prosta.
21. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że pojemnik (11) jest z metalu wybranego spośród stali nierdzewnej i aluminium.
22. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że warstwa (12) mieszaniny Co,O₄/m.etaliczny Pd oraz warstwa (13) materiału pochłaniającego wilgoć są przedzielone przez mechaniczne elementy, poprzez które łatwo przepływają gazy.
23. Układ do pochłaniania gazów, zwłaszcza w cieplnie izolującym płaszczu z tworzywa sztucznego, znamienny tym, że składa się z otwartego u góry pojemnika (21), z materiału nieprzepuszczającego gazu, który to pojemnik zawiera kolejno, od dna do otwartego końca pojemnika, warstwę (22) mieszaniny Co₃O₄/'metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, warstwę (23) materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, warstwę (24) stopu na bazie baru i litu oraz drugą warstwę materiału pochłaniającego wilgoć (25), przy czym tylko materiał pochłaniający wilgoć jest w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym.
24. Układ według zastrz. 23, znamienny tym, że górna krawędź (26) pojemnika (21) jest zagięta do wewnątrz.
25. Układ według zastrz. 23, znamienny tym, że górna krawędź pojemnika (21) jest prosta.
26. Układ do pochłaniania gazów, zwłaszcza w cieplnie izolującym płaszczu z tworzywa sztucznego, znamienny tym, że składa się z otwartego u góry z pojemnika (31), z materiału nieprzepuszczającego gazu, który zawiera kolejno, od dna pojemnika do otwartego końca pojemnika, warstwę (33) mieszaniny Co₃O4/metaliczny Pd, w której metaliczny Pd stanowi do 2% wagowych mieszaniny, drugi otwarty u góry pojemnik (32) zawierający warstwę (34) stopu na bazie baru i litu, przy czym wysokość tego drugiego pojemnika zsumowana z wysokością warstwy (33) jest mniejsza niż wysokość pojemnika (31) mierzona po jego wewnętrznej stronie, oraz warstwę (35) materiału pochłaniającego wilgoć, mającego ciśnienie pary H₂O mniejsze niż 1 Pa przy temperaturze pokojowej, wybranego spośród tlenków wapnia, strontu, baru i fosforu lub ich mieszaniny, umieszczonego wewnątrz pierwszego pojemnika (31) i całkowicie przykrywającą pojemnik (32) oraz warstwę (33) mieszaniny tlenek Co/Pd.
27. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że górna krawędź (37) pojemnika (31) jest zagięta do wewnątrz.
28. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że górna krawędź pojemnika (31) jest prosta.
29. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że pojemnik (31) jest wykonany z aluminium, a pojemnik (32) jest wykonany ze stali nierdzewnej.
30. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że zawiera przytrzymujący mechanicznie element (36), umieszczony powyżej warstwy (35) materiału pochłaniającego wilgoć.