RU2187456C2

RU2187456C2 - Fullerite production complex

Info

Publication number: RU2187456C2
Application number: RU2000110903/12A
Authority: RU
Inventors: А.М. Азизов; И.М. Асланов; А.Г. Курицын; А.И. Плугин
Original assignee: Плугин Александр Илларионович
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: fullerite production complex has filler hopper 4, fulleron hopper 6, binder hopper 5, reaction chamber 1, into which basic components are fed from hoppers, 4,5,6. Reaction is conducted in chamber 1 to component phase transition stage. Mixture is discharged from chamber 1 through branch pipe 9 into chamber 2 and additional components are supplied from hopper 7 into chamber 2. Upon completion of process in chamber 2, mixture is delivered through branch pipe 10 into third working chamber 3 and additional components are supplied from chamber 8 into chamber 3. Reaction is intensified through providing chambers 1,2 and 3 with additional flexible inner walls equipped with branch pipes for supplying pressurized working agent via pipelines. Pressurized working agent temperature exceeds temperature in working chambers 1,2 and 3 by 25-35 C. Simultaneously mixture in chambers 1, 2 and 3 is exposed to acoustic vibrations emitted by emitters 24. Chambers 1, 2 and 3 are equipped with gates 12, 13, and 14, which may be opened for removal of solid deposit. All said chambers are mounted in protective housing 15 connected through branch pipe 16 to vacuumizer. Complex of such construction allows elastoplastic, non-shrinking fullerites with increased acoustic and magnetic resistance to be produced. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and provision for manufacture of new materials. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к процессам получения фуллеренов и производства материалов, в композицию которых включают фуллерены, и касается технических средств для производства фуллеритов. The invention relates to processes for the production of fullerenes and the production of materials, the composition of which includes fullerenes, and relates to technical means for the production of fullerites.

В настоящее время получили активное развитие способы получения фуллеренов и технические средства для их получения. Currently, methods for producing fullerenes and technical means for their production have been actively developed.

Эти технические средства обладают достаточными тактико-технологическими характеристиками для производительного и эффективного получения фуллеренов из углеродсодержащих материалов. Однако эти установки не приспособлены для производства фуллеритов - материалов, включающих в своих композициях фуллерены, что существенно ограничивает их технологические возможности и сужает области использования. These technical means possess sufficient tactical and technological characteristics for productive and efficient production of fullerenes from carbon-containing materials. However, these plants are not suitable for the production of fullerites - materials that include fullerenes in their compositions, which significantly limits their technological capabilities and narrows the scope of use.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области использования фуллеренов. The problem to which the invention is directed, is to expand the field of use of fullerenes.

Технический результат изобретения заключается в получении материалов на основе фуллеренов - фуллеритов, устойчивых к акустическим и магнитным воздействиям, упругопластичных, безусадочных, с незначительной теплопроводностью и высокой адгезией. The technical result of the invention is to obtain materials based on fullerenes - fullerites, resistant to acoustic and magnetic influences, elastic, non-shrinking, with low thermal conductivity and high adhesion.

Это достигается техническим комплексом для производства фуллеритов, характеризуемого тем, что он содержит реактор для образования в нем массы из исходных компонентов, в качеств одного из которых используют фуллерен, бункеры с этими компонентами, один из которых заполнен фуллереном, соединенные с рабочей камерой реактора, при этом реактор имеет три рабочих камеры, каждая из которых предназначена для одной стадии смешивания исходных материалов (компонентов), внутренняя полость рабочих камер имеет эластичную дополнительную внутреннюю стенку, между которой и стенкой камеры имеется винтовая магистраль для подачи сжатой среды при температуре этой среды, превышающей температуру массы в полости рабочей камеры, при этом рабочие камеры последовательно соединены между собой с помощью патрубков по системе слив-прием текучей массы, стенки рабочих камер оснащены снаружи излучателями акустических колебаний, а корпус реактора снаружи охватывает защитный кожух, пространство под которым (кожухом и камерой) соединено с вакуум-установкой. This is achieved by the technical complex for the production of fullerites, characterized in that it contains a reactor for the formation of mass of the starting components in it, one of which is used fullerene, bunkers with these components, one of which is filled with fullerene, connected to the working chamber of the reactor, This reactor has three working chambers, each of which is designed for one stage of mixing the starting materials (components), the internal cavity of the working chambers has an additional elastic internal a thread between which and the chamber wall there is a helical line for supplying compressed medium at a temperature of this medium exceeding the temperature of the mass in the cavity of the working chamber, while the working chambers are connected in series with each other by means of nozzles through the system of discharge-receiving fluid mass, the walls of the working chambers are equipped from the outside by emitters of acoustic vibrations, and the reactor vessel from the outside covers a protective casing, the space under which (the casing and the chamber) is connected to a vacuum unit.

Такое принципиальное выполнение технического комплекса позволяет получать многокомпонентные композиции с включением фуллеренов. Such a fundamental implementation of the technical complex allows to obtain multicomponent compositions with the inclusion of fullerenes.

Описываемый технический комплекс поясняется далее со ссылкой на графический материал, где:
на фиг.1 показан общий вид технического комплекса с сечением по вертикальной плоскости;
на фиг.2 показано выполнение дополнительной стенки камеры.The described technical complex is explained below with reference to graphic material, where:
figure 1 shows a General view of a technical complex with a cross section on a vertical plane;
figure 2 shows the implementation of the additional wall of the chamber.

Технический комплекс для производства фуллеритов содержит реактор для образования в нем массы из исходных компонентов. Этот реактор имеет несколько, преимущественно три, рабочих камеры 1, 2 и 3, соединенные с бункерами 4, 5 и 6 для подачи исходных компонентов в камеру 1; камера 2 соединена с бункером 7, а камера 3 - с бункером 8. The technical complex for the production of fullerites contains a reactor for the formation in it of mass from the starting components. This reactor has several, mainly three, working chambers 1, 2 and 3, connected to the bins 4, 5 and 6 for supplying the starting components to the chamber 1; chamber 2 is connected to the hopper 7, and camera 3 is connected to the hopper 8.

Каждая камера, начиная от первой, соединена со следующей камерой по системе слив-прием текучей массы с помощью сливных патрубков 9 и 10, при этом камера 3 имеет патрубок 11 для отвода избыточной массы, например, пенной фазы, паров. Слив массы из камеры 1 в камеру 2 и из камеры 2 в камеру 3 осуществляют в момент процесса фазового перехода химико-физической структуры вещества. Each chamber, starting from the first, is connected to the next chamber through a system of discharge-reception of fluid mass using drain pipes 9 and 10, while the chamber 3 has a pipe 11 for removal of excess mass, for example, foam phase, vapor. The mass is drained from chamber 1 to chamber 2 and from chamber 2 to chamber 3 at the time of the phase transition of the chemical-physical structure of the substance.

Каждая камера 1, 2, 3 имеет днище с открываемым затвором соответственно 12, 13 и 14 для удаления твердого осадка. Each chamber 1, 2, 3 has a bottom with an openable shutter, respectively 12, 13 and 14 to remove solid sediment.

Все камеры этого технического комплекса закрыты защитным кожухом 15, из полости которого отводят летучие аэрозольные фазы по патрубку 16, соединенному с вакуум-установкой (на чертеже не показана); сброс избыточного давления под купол из камер осуществляют через клапаны 17 и соединенные с ними трубки 18, выведенные в полость вытяжного патрубка 16, для большей чистоты пространства под куполом. All chambers of this technical complex are closed by a protective casing 15, from the cavity of which volatile aerosol phases are removed through a pipe 16 connected to a vacuum unit (not shown in the drawing); overpressure is released under the dome from the chambers through the valves 17 and the tubes 18 connected to them, discharged into the cavity of the exhaust pipe 16, for greater purity of the space under the dome.

Каждая из рабочих камер, кроме основной конструкционной стенки (фиг.2), оснащена дополнительной стенкой, расположенной внутри полости камеры и ограничивающей собой внутреннее реакционное пространство камеры. Эта дополнительная стенка 19 выполнена из эластичного материала (например, из фторрезинопласта, силоксанового блок-сополимера и т.п.); эта же стенка может быть выполнена из тонкого металлического листа или тонкого металлоуглепластика. Между стенкой корпуса 1 и дополнительной эластичной стенкой 19 размещена винтовая магистраль 20, представляющая собой трубу из эластичного материала (например, из указанных выше материалов - для стенки 19), расположенную по линии винтовой спирали между этими стенками, где имеется вход 21 для подачи по этой магистрали 20 сжатой рабочей среды, поступающей по винтовой 22 окружности вокруг стенки 19 к выходному патрубку 23, замыкающему циркуляцию этой сжатой рабочей среды через насос (на чертеже не показан) на патрубок ввода 21. Each of the working chambers, in addition to the main structural wall (Fig. 2), is equipped with an additional wall located inside the chamber cavity and bounding the internal reaction space of the chamber. This additional wall 19 is made of an elastic material (for example, fluororesinoplast, siloxane block copolymer, etc.); the same wall can be made of thin metal sheet or thin metal-carbon plastic. Between the wall of the housing 1 and the additional elastic wall 19, there is a helical line 20, which is a pipe made of elastic material (for example, of the above materials for wall 19), located along a spiral spiral between these walls, where there is an input 21 for supplying this line 20 of the compressed working medium flowing along a screw 22 circle around the wall 19 to the outlet pipe 23, which circulates this compressed working medium through a pump (not shown) to the inlet pipe 21.

Для улучшения динамичности процессов в камерах на их наружных стенках закреплены излучатели акустических колебаний 24, выбранные, преимущественно, из типа магнитострикционных, так как магнитостриктор имеет широкий регулируемый диапазон частот акустических волн и является малогабаритным компактным узлом, почти не занимающим пространства на стенке камеры. To improve the dynamics of processes in the chambers, acoustic emitters 24 are mounted on their outer walls, selected mainly from the magnetostrictive type, since the magnetostrictor has a wide adjustable frequency range of acoustic waves and is a compact compact unit that almost does not occupy space on the chamber wall.

Далее преимущества изобретения раскрываются при изложении работы технического комплекса для производства фуллеритов. Производят настройку технической части комплекса: дозированность подачи исходных компонентов из бункеров 4. ..8; надежность вытяжки по патрубку 16; работу магнитострикционных излучателей акустических колебаний; надежность циркуляции сжатой рабочей среды по магистрали 20. Further, the advantages of the invention are disclosed when describing the work of a technical complex for the production of fullerites. The technical part of the complex is set up: the dosage of the feed of the initial components from the bunkers 4. ..8; reliability of the exhaust pipe 16; operation of magnetostrictive emitters of acoustic vibrations; reliability of the circulation of compressed working medium along the highway 20.

После этого в камеру 1 подают исходные компоненты: из бункера 4 - наполнитель, из бункера 5 - вяжущее и возбудитель реакции, из бункера 6 - фуллерены (или фуллереновую композицию: смесь фуллеренов с промежуточными продуктами его получения - пироуглеродом и фуллеренсодержащей массой (сажей)). В качестве наполнителя используют, например, фенилтрихлорсилан, в качестве вяжущего и возбудителя реакции - дигидроксиолигоорганосилоксан с неионогенным поверхностно-активным веществом. Реакцию в камере 1 ведут до стадии фазового перехода смеси, на этой стадии смесь сливают в камеру 2 в виде вспененной текучей массы, а для увеличения ее подвижности включают в работу излучатели 24. Для ведения процесса включают в работу циркуляцию сжатого рабочего агента подачей по патрубку 21 магистрали 20. Температуру среды (агента) выбирают превышающей на 25-35^oС температуру массы в камере (около 120^oС). Эффекты: температурный и акустических колебаний, передаваемые на эластичную стенку 19, возбуждают значительно более активное протекание реакции в камере 1, а подача рабочей среды по винтовой линии 22 снизу вверх позволяет задавать необходимый плавный градиент температурно-вибрационных воздействий на объем массы в полости камеры и существенно интенсифицирует протекание реакции в сторону фазового преобразования получаемой композиции исходных материалов.After that, the initial components are fed into chamber 1: from filler 4 — filler, from hopper 5 — binder and reaction agent, from hopper 6 — fullerenes (or fullerene composition: a mixture of fullerenes with intermediate products of its production - pyrocarbon and fullerene-containing mass (soot)) . Phenyltrichlorosilane, for example, is used as a filler, and dihydroxyoligoorganosiloxane with a nonionic surfactant is used as a binder and a causative agent of the reaction. The reaction in the chamber 1 is carried out until the phase transition stage of the mixture, at this stage the mixture is poured into the chamber 2 in the form of a foamed fluid mass, and emitters 24 are included in the work to increase its mobility. highway 20. The temperature of the medium (agent) is chosen to be 25-35 ^° C higher than the temperature of the mass in the chamber (about 120 ^° C). Effects: temperature and acoustic vibrations transmitted to the elastic wall 19, excite a much more active reaction in the chamber 1, and the flow of the working medium along the helical line 22 from the bottom up allows you to set the necessary smooth gradient of temperature-vibration effects on the mass volume in the chamber cavity and substantially intensifies the course of the reaction in the direction of phase transformation of the resulting composition of the starting materials.

Аналогичный процесс протекает в камере 2, но при подаче дополнительного материала из бункера 7, с помощью которого интенсифицируют последующий фазовый переход и улучшают те или иные заданные физико-химические-механические характеристики получаемого вещества, которое направляют в третью (последнюю) камеру 3 и, добавляя последний компонент из бункера 8, доводят смесь компонентов до массы, обладающей при формовании безусадочным эффектом или эффектом увеличения объема при твердении (при заполнении пор). Неотреагировавшие осадки удаляют через днища и используют как наполнитель для пластической объемной продукции. A similar process takes place in chamber 2, but when additional material is supplied from hopper 7, with the help of which the subsequent phase transition is intensified and certain specified physicochemical and mechanical characteristics of the obtained substance are improved, which are sent to the third (last) chamber 3 and, adding the last component from hopper 8, bring the mixture of components to a mass that, when molded, has a non-shrinking effect or the effect of volume increase during hardening (when filling the pores). Unreacted precipitation is removed through the bottoms and used as a filler for plastic bulk production.

В качестве дополнительных компонентов используют катализатор и поверхностно-активное вещество, а также отвердитель или замедлитель твердения (отверждения) полученного вещества - фуллерита. As additional components, a catalyst and a surfactant are used, as well as a hardener or retarder of hardening (curing) of the obtained substance — fullerite.

Технологический процесс получения фуллеритов осуществляют при работе описанного технического комплекса. Для этого из бункера 4 подают наполнитель в камеру 1, а из бункера 6 в эту же камеру подают фуллерены (или смесь фуллеренов с промежуточными продуктами его получения: пироуглеродом и фуллеренсодержащей массой, при условии, что содержание фуллеренов в этой массе будет не менее 20%, что не снижает сколько-нибудь заметно качества и эффективность конечного продукта, фуллерены берут в количестве 1-3 мас.ч., а в качестве наполнителя используют фенилтрихлорсилан в количестве 80-85 мас.ч., добавляют вяжущее - дигидроксиолигоорганосилоксан - 5-8 мас.ч. и возбудитель реакции - неионогенное поверхностно-активное вещество в количестве 8-10 мас. ч. (дозировку ингредиентов ведут или по массовым частям или в процентных соотношениях по массе всей смеси). Ведут реакцию смеси перечисленных компонентов в камере 1 до стадии фазового перехода смеси и сливают смесь в камеру 2 в виде вспененной текучей массы, для повышения степени подвижности которой включают в работу излучатели 24, воздействуя на массу акустическим излучением с частотой волн 20-25 кГц, при этом по патрубку 21 осуществляют циркуляцию сжатого рабочего агента, подавая его по всей магистрали 20; температуру этого агента в магистрали 20 выбирают превышающей на 25-35^oС температуру массы в камере (около 120^oС). Передаваемые акустические и температурные воздействия возбуждают условия значительно более интенсивного протекания реакции в камере 1 в сторону стабильного фазового перехода веществ в массе ингредиентов.The technological process for producing fullerites is carried out during operation of the described technical complex. To do this, from the hopper 4 serves filler in the chamber 1, and from the hopper 6 into the same chamber serves fullerenes (or a mixture of fullerenes with intermediate products: pyrocarbon and fullerene-containing mass, provided that the content of fullerenes in this mass will be at least 20% that does not noticeably reduce the quality and effectiveness of the final product, fullerenes are taken in an amount of 1-3 parts by weight, and phenyltrichlorosilane in an amount of 80-85 parts by weight is used as a filler, a binder is added - dihydroxyoligoorganosiloxane - 5-8 parts by weight and exc the reaction agent is a non-ionic surfactant in an amount of 8-10 parts by weight (the dosage of the ingredients is carried out either by mass parts or in percentages by weight of the whole mixture). The mixture of the above components is reacted in chamber 1 to the phase transition stage of the mixture and drained the mixture into the chamber 2 in the form of a foamed fluid mass, to increase the degree of mobility of which emitters 24 are included in the work, acting on the mass with acoustic radiation with a frequency of waves of 20-25 kHz, while the compressed working medium is circulated through the pipe 21 his agent, feeding him along the entire highway 20; the temperature of this agent in the line 20 is chosen to be 25-35 ^° C higher than the mass temperature in the chamber (about 120 ^° C). The transmitted acoustic and temperature effects excite the conditions of a much more intense reaction in chamber 1 towards a stable phase transition of substances in the bulk of the ingredients.

Продолжение процесса получения фуллеритов осуществляют в камере 2 подачей дополнительного компонента - ненасыщенного раствора карбоната калия (0,5% от массы смеси) с силикатной содовой мукой (1,5-2,5% от массы смеси) из бункера 7, с помощью которого интенсифицируют протекающий фазовый переход веществ улучшением реакционной способности межмолекулярного обмена, что существенно повышает физико-химико-механические характеристики смеси ингредиентов; эту смесь направляют в третью камеру, куда подают последний компонент - сгуститель и отвердитель (окись олова с каприлатом - 1,0% и 2,4% от массы смеси), доводят смесь компонентов до однородной массы, используя, при необходимости, катализатор в виде перфорированных алюминиевокерамических пластин с запрессованным бихроматом калия. При этом, если требуется быстротвердеющий фуллерит, то этот продукт получают таким способом, как описано выше; если требуется продукт с сохранением пластичности и подвижности длительное время (сутки и более), то дополнительно вводят в смесь замедлитель твердения (отверждения) в виде полиэлектролитного гидрогеля (0,5-1,0%), обладающий свойством удерживать в себе длительное время жидкие фазы в объеме массы. The process of obtaining fullerites is continued in chamber 2 by supplying an additional component, an unsaturated solution of potassium carbonate (0.5% by weight of the mixture) with silicate soda flour (1.5-2.5% by weight of the mixture) from hopper 7, which intensifies the ongoing phase transition of substances by improving the reactivity of intermolecular metabolism, which significantly increases the physicochemical and mechanical characteristics of the mixture of ingredients; this mixture is sent to the third chamber, where the last component — thickener and hardener (tin oxide with caprylate — 1.0% and 2.4% by weight of the mixture) is fed, the mixture of components is brought to a homogeneous mass, using, if necessary, the catalyst in the form perforated aluminum-ceramic plates with pressed potassium dichromate. Moreover, if fast-hardening fullerite is required, then this product is obtained in the same manner as described above; if a product is required with preservation of plasticity and mobility for a long time (days or more), then a hardening (curing) retarder is additionally introduced into the mixture in the form of a polyelectrolyte hydrogel (0.5-1.0%), which has the ability to hold liquid phases for a long time in the volume of the mass.

Получаемый фуллерит имеет основные физико-механические характеристики, приведенные в таблице. The resulting fullerite has the basic physical and mechanical characteristics given in the table.

Процесс производства фуллеритов ведут, как указано, при фазовом переходе вещества (как смеси указанных веществ), что обеспечивает использование всего механизма молекулярного и межмолекулярного процессов связи и ведет к получению устойчивой, нерасслаиваемой фуллеритовой массы, которую хранят до использования в герметизированной таре при температуре от +30^oС до -20^oС; перед использованием нагревают до температуры около 60^oС.The process of fullerite production is carried out, as indicated, during the phase transition of the substance (as a mixture of these substances), which ensures the use of the entire mechanism of molecular and intermolecular coupling processes and leads to the production of a stable, non-stratified fullerite mass, which is stored before use in a sealed container at a temperature of + 30 ^o C to -20 ^o C; before use, heated to a temperature of about 60 ^o C.

Таким образом, разработанный технический комплекс имеет все технологические преимущества перед другими процессами производства фуллеритов, как позволяющий существенно расширить технологические возможности процесса, расширить класс важных веществ для формовочных смесей, безусадочных, расширяющихся и т.п. смесей, при автоматизации процесса. Thus, the developed technical complex has all the technological advantages over other fullerite production processes, as it allows to significantly expand the technological capabilities of the process, to expand the class of important substances for molding compounds, non-shrinking, expanding, etc. mixtures, with automation of the process.

Claims

A technical complex for the production of fullerites, characterized in that it contains a reactor for the formation of mass from the starting components, one of which is fullerene, with three working chambers, connected in series with each other using nozzles through a drain-fluid system, each of which which are intended for one mixing stage, as well as hoppers, one of which is designed to be filled with fullerene, with hoppers with the original components connected to the first working chamber, and hoppers with additional components - with other working chambers, while each of the working chambers is equipped with an additional elastic inner wall, between which and the outer wall there is a helical line for supplying the working agent with a temperature exceeding the temperature of the mass in the working chamber, and on the outer wall of each of the workers cameras installed emitters of acoustic vibrations and these working chambers are placed in a protective casing connected to a vacuum installation.