RU2420459C1 - Potassium titanate powder - Google Patents
Potassium titanate powder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420459C1 RU2420459C1 RU2009137938/05A RU2009137938A RU2420459C1 RU 2420459 C1 RU2420459 C1 RU 2420459C1 RU 2009137938/05 A RU2009137938/05 A RU 2009137938/05A RU 2009137938 A RU2009137938 A RU 2009137938A RU 2420459 C1 RU2420459 C1 RU 2420459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potassium titanate
- particles
- potassium
- surfactant
- surfactants
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/003—Titanates
- C01G23/005—Alkali titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошкообразным титанатам калия, частицы которых имеют слоистую структуру, модифицированную молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ), и предназначены для использования в качестве антифрикционных добавок к смазочным материалам или органическим полимерам.The invention relates to powdered potassium titanates, the particles of which have a layered structure, modified by molecules of surface-active substances (surfactants), and are intended for use as anti-friction additives to lubricants or organic polymers.
Известны чешуйчатые титанаты калия (октатитанат, гексатитанат, тетратитанат), имеющие плоскую форму частиц при значащем диаметре этих частиц 1-100 мкм и соотношении максимальное значение диаметра/минимальное значение диаметра (толщина), равном 3-500 (см. патент США №6677041, МПК В32В 05/66, приоритет от 13.01.2004 г.).Potassium flake titanates are known (octatitanate, hexatitanate, tetratitanate) having a flat particle shape with a significant particle diameter of 1-100 μm and a ratio of maximum diameter / minimum diameter (thickness) of 3-500 (see US patent No. 6677041, IPC В32В 05/66, priority dated January 13, 2004).
Известные титанаты калия, используемые в составе регулятора трения, имеют выраженную кристаллическую структуру, а наличие кристаллических граней может придавать материалу абразивные свойства, снижающие его трибологические характеристики, что нежелательно для антифрикционных добавок к смазочным материалам.Known potassium titanates used in the friction regulator have a pronounced crystalline structure, and the presence of crystalline faces can give the material abrasive properties that reduce its tribological characteristics, which is undesirable for antifriction additives to lubricants.
Известны также тонкодисперсные (малоразмерные) титанаты калия, представляющие собой частицы длиной менее 5 мкм и на 70-100%, состоящие из частиц, у которых отношение длина/толщина - менее 3 и имеющих удельную поверхность от 20 до 50 м2/г, низкую интенсивность дифракционных пиков на рентгенограммах и низкую кристалличность (см. патент США №6335096, МПК В32В 05/16, приоритет от 01.01.2002 г.).Also known are finely dispersed (small-sized) potassium titanates, which are particles with a length of less than 5 microns and 70-100%, consisting of particles in which the ratio length / thickness is less than 3 and having a specific surface area of 20 to 50 m 2 / g, low X-ray diffraction peak intensity and low crystallinity (see US Pat. No. 6,335,096, IPC B32B 05/16, priority 01/01/2002).
Однако известные титанаты калия могут содержать, как побочный продукт, трубчатые кристаллы титаната калия, а также некоторое количество непрореагировавших сырьевых материалов (оксида титана и калийсодержащего сырьевого компонента). Кроме того, в продукте возможно присутствие агломерированных частиц титаната калия. Это снижает трибологические свойства титаната калия, что нежелательно для антифрикционных добавок к смазочным материалам, так как увеличивает их абразивное действие при трении.However, known potassium titanates may contain, as a by-product, tubular crystals of potassium titanate, as well as a certain amount of unreacted raw materials (titanium oxide and potassium-containing raw material component). In addition, agglomerated potassium titanate particles may be present in the product. This reduces the tribological properties of potassium titanate, which is undesirable for antifriction additives to lubricants, as it increases their abrasive effect during friction.
Известен кристаллический титанат калия, в котором не более 3% кристаллов имеют диаметр менее 3 мкм и длину более 5 мкм при отношении длина/диаметр, равном 3 и более (см. патент США №6036938, МПК С01В 13/14, приоритет от 14.03.2000 г.).Known crystalline potassium titanate in which no more than 3% of the crystals have a diameter of less than 3 microns and a length of more than 5 microns with a length / diameter ratio of 3 or more (see US patent No. 6036938, IPC CB 13/14, priority from 14.03. 2000).
Недостатком данного вида титаната калия, также как и других вышеупомянутых аналогов и других разновидностей титанатов калия, является относительно высокое значение их твердости по шкале Моса, равное 4 (см., например, описание патента США №5942168, МПК В29С 33/30, приоритет от 13.07.1995 г.), что нежелательно для антифрикционных добавок к смазочным материалам, поскольку увеличивает их абразивное действие.The disadvantage of this type of potassium titanate, as well as other aforementioned analogues and other varieties of potassium titanates, is the relatively high value of their hardness on the Mos scale of 4 (see, for example, description of US patent No. 5942168, IPC В29С 33/30, priority from July 13, 1995), which is undesirable for anti-friction additives to lubricants, since it increases their abrasive effect.
Известен также неволокнистый титанат калия, состоящий из слоистых частиц субмикронного размера, образующих агломераты со средним размером около 30 мкм (см. патент РФ №2326051, МПК С01G 23/00, приоритет от 11.08.2006 г.).Non-fibrous potassium titanate is also known, consisting of layered particles of submicron size, forming agglomerates with an average size of about 30 microns (see RF patent No. 2326051, IPC C01G 23/00, priority date 11.08.2006).
Недостатком известного неволокнистого титаната калия является то, что его частицы также имеют довольно высокую твердость, соответствующую значениям типичным для других известных титанатов калия, и, кроме того, склонны к формированию агломератов большого размера, имеющих высокую гигроскопичность.A disadvantage of the known non-fibrous potassium titanate is that its particles also have a fairly high hardness corresponding to values typical of other known potassium titanates, and, moreover, are prone to the formation of large agglomerates with high hygroscopicity.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является известный порошок титаната калия, состоящий из слоистых чешуйчатых частиц субмикронного размера, имеющих размер менее 2 мкм, у которых соотношение длина/толщина менее 5, при этом порошок состоит не менее чем на 90% из частиц, имеющих соотношение длина/толщина - менее 2, и на 97% и более - из частиц, имеющих это соотношение, равное менее чем 3. Порошок титаната калия состоит из тонких и плоских частиц, при этом отношение интенсивности дифракционных пиков на его рентгенограммах для пиков (h00)/(0k0) составляет 3 и менее. Порошок титаната калия также содержит частицы, включающие в свой состав щелочной металл, отличный от калия (см. патент США №6579619, МПК В32В 05/16, приоритет от 17.06.2003 г.).Closest to the proposed technical solution is the known powder of potassium titanate, consisting of layered scaly particles of submicron size having a size of less than 2 microns, in which the ratio length / thickness is less than 5, while the powder consists of at least 90% of the particles having the ratio length / thickness - less than 2, and 97% or more - from particles having this ratio equal to less than 3. Potassium titanate powder consists of thin and flat particles, while the ratio of the intensity of diffraction peaks in its X-ray diffraction patterns for picot in (h00) / (0k0) is 3 or less. Potassium titanate powder also contains particles comprising an alkali metal other than potassium (see US Pat. No. 6,579,619, IPC B32B 05/16, priority dated June 17, 2003).
В известном порошке титаната калия плоская форма частиц создает благоприятные условия для трения скольжения при использовании в материалах для изготовления тормозных колодок и дисков, частицы этого порошка хорошо (лучше, чем волокна) диспергируются в полимерах. Известный титанат калия представляет собой группу продуктов разного соотношения оксида титана и оксида калия (от 1 до 6). Однако частицы в известном порошке титаната калия, согласно приведенным в описании изобретения рентгенограммам, также имеют кристаллическую структуру (выраженные, хотя и несколько размытые, дифракционные пики, позволяющие авторам рассматривать их как слабокристаллические), что нежелательно для антифрикционных добавок к смазочным материалам, поскольку увеличивает их абразивное действие при трении.In the known potassium titanate powder, the flat shape of the particles creates favorable conditions for sliding friction when used in materials for the manufacture of brake pads and discs, the particles of this powder are well (better than fibers) dispersed in polymers. Known potassium titanate is a group of products of different ratios of titanium oxide and potassium oxide (from 1 to 6). However, the particles in the known potassium titanate powder, according to the X-ray diffraction patterns described in the invention, also have a crystalline structure (pronounced, albeit somewhat diffuse, diffraction peaks, allowing the authors to consider them as weak crystalline), which is undesirable for antifriction additives to lubricants, since it increases their abrasive action during friction.
Известно, что снижение склонности частиц оксидных порошков к агломерации возможно за счет их обработки органическими соединениями, предпочтительно -катионными ПАВ, которые также могут проникать в межслойное пространство слоистых минералов (см., например, De G.J., et al. Chemical strategies to design textured materials: from microporous and mesoporous oxides to nanonetworks and hierarchical structures, Chem. Rev. 2002, V.102, P.4093-4138). Однако известные попытки интеркаляции слоистых титанатов катионными ПАВ (см., например, статью Izawa H. Et al. Formation and properties of n-alkylammoniumcomplexes with layered tri- and tetra-titanates, Polyhedron, 1983, V.2, N4, P.741-744) не позволили провести интеркаляцию солями алкилммония, относящимися к катионным ПАВ, или же, как в случае использования гидроксида тетрабутиламмония, привели к полному расслаиванию - десфолиации слоистого титаната (см., например, статью Kim T.W. et al. Improved photocatalytic activity and adsorption ability of mesoporous potassium-intercalated layered titanate, J. Photochem. Photobiol., A. Chemistry. 2009, V.205. P.173-178), что неприемлемо для слоистых порошков, используемых в качестве антифрикционных добавок, поскольку именно возможность взаимного перемещения слоев при тангенциальных нагрузках обеспечивает антифрикционные свойства подобных добавок.It is known that reducing the tendency of particles of oxide powders to agglomerate is possible due to their treatment with organic compounds, preferably cationic surfactants, which can also penetrate into the interlayer space of layered minerals (see, for example, De GJ, et al. Chemical strategies to design textured materials : from microporous and mesoporous oxides to nanonetworks and hierarchical structures, Chem. Rev. 2002, V.102, P.4093-4138). However, known attempts to intercalate layered titanates with cationic surfactants (see, e.g., Izawa, H. et al. Formation and properties of n-alkylammoniumcomplexes with layered tri- and tetra-titanates, Polyhedron, 1983, V.2, N4, P.741 -744) did not allow intercalation with alkyl ammonium salts belonging to cationic surfactants, or, as in the case of tetrabutylammonium hydroxide, led to complete delamination - desfoliation of layered titanate (see, for example, Kim TW et al. Improved photocatalytic activity and adsorption ability of mesoporous potassium-intercalated layered titanate, J. Photochem. Photobiol., A. Chemistry. 2009, V.205. P.173-178), which is unacceptable for layered x powders used as antifriction additives, since it is precisely the possibility of mutual movement of the layers under tangential loads that provides antifriction properties of such additives.
Задачей настоящего изобретения является получение нового вида титаната калия, состоящего из чешуйчатых частиц субмикронного размера модифицированных молекулами поверхностно-активных веществ и имеющих пониженную склонность к формированию агломератов.The objective of the present invention is to obtain a new type of potassium titanate, consisting of scaly particles of submicron size modified by molecules of surfactants and having a reduced tendency to form agglomerates.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является улучшение трибологических свойств за счет снижения коэффициента трения порошка титаната калия, увеличения подвижности слоев, формирующих его частицы, а также снижения степени агломерированности его отдельных частиц.The technical result achieved in solving this problem is to improve the tribological properties by reducing the coefficient of friction of potassium titanate powder, increasing the mobility of the layers forming its particles, as well as reducing the degree of agglomeration of its individual particles.
Указанный технический результат достигается тем, что в порошке титаната калия, состоящем из слоистых чешуйчатых частиц субмикронного размера, согласно изобретению частицы титаната калия интеркалированы, по крайней мере, одним неионогенным, анионным или катионным поверхностно-активным веществом (ПАВ), молекулы которого также привиты на поверхность частиц титаната калия.The specified technical result is achieved by the fact that in the potassium titanate powder consisting of layered scaly particles of submicron size, according to the invention, the potassium titanate particles are intercalated by at least one nonionic, anionic or cationic surface-active substance (surfactant), the molecules of which are also grafted onto surface of potassium titanate particles.
Целесообразно в качестве неионогенного ПАВ использовать оксиэтилированный алкилфенол, оксиэтилированный спирт или синтамид.It is advisable to use ethoxylated alkyl phenol, ethoxylated alcohol or syntamide as a nonionic surfactant.
Целесообразно в качестве анионного ПАВ использовать алкилбензолсульфонат натрия, алкилсульфат натрия, натриевое, калиевое или литиевое мыло.It is advisable to use sodium alkylbenzenesulfonate, sodium alkyl sulfate, sodium, potassium or lithium soap as an anionic surfactant.
В качестве катионного ПАВ может быть использован цетилтриметиламмоний бромид.Cetyltrimethylammonium bromide can be used as a cationic surfactant.
Для модифицирования целесообразно выбирать слабокристаллические, предпочтительно аморфные разновидности титанатов калия. Это связано с тем, что дефектные слоистые структуры более легко поддаются интеркаляции органическими молекулами и катионами за счет их проникновения в межслойное пространство, что способствует более свободному перемещению структурных слоев титаната калия относительно друг друга, обеспечивая противозадирный эффект, важный для антифрикционных добавок к смазочным материалам, а также дополнительное снижение коэффициента трения.For modification, it is advisable to choose slightly crystalline, preferably amorphous varieties of potassium titanates. This is due to the fact that defective layered structures are more easily intercalated by organic molecules and cations due to their penetration into the interlayer space, which contributes to a more free movement of the structural layers of potassium titanate relative to each other, providing an anti-seize effect, which is important for antifriction additives to lubricants, as well as an additional decrease in the coefficient of friction.
Интеркалирование молекул ПАВа в межслойное пространство облегчает подвижность слоев относительно друг друга, а это дополнительно снижает коэффициент трения.Intercalation of surfactant molecules in the interlayer space facilitates the mobility of the layers relative to each other, and this further reduces the coefficient of friction.
С другой стороны, прививка ПАВ на поверхность частиц титаната калия обеспечивает дополнительное снижение величины коэффициента трения и придает его частицам олеофильный характер, что облегчает их диспергирование в смазочных материалах (маслах).On the other hand, grafting a surfactant onto the surface of potassium titanate particles provides an additional decrease in the coefficient of friction and gives its particles an oleophilic character, which facilitates their dispersion in lubricants (oils).
По своему химическому составу используемые ПАВ могут иметь анионный, неионогенный, а в ряде случаев - катионный характер. В качестве ПАВ могут быть использованы любые органические соединения, адсорбция которых приводит к значительному снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз титанат калия - вода (водный раствор) или титанат калия - масло (индустриальное, техническое или смазочное). Предпочтительно в качестве ПАВ использовать неионогенные (например, оксиэтилированный алкилфенол, оксиэтилированный спирт или синтамид) или некоторые катионные виды ПАВ, например, цетилтриметиламмоний бромид. Анионные ПАВ (например, алкилбензолсульфонат натрия, алкилсульфат натрия, натриевое, калиевое или литиевое мыло) также улучшают трибологические свойства, но в меньшей степени, по сравнению с неионогенными и катионными ПАВ.According to their chemical composition, surfactants used can be anionic, nonionic, and in some cases cationic in nature. Any organic compounds can be used as surfactants, the adsorption of which leads to a significant decrease in surface tension at the interface between potassium titanate - water (aqueous solution) or potassium titanate - oil (industrial, technical or lubricating). It is preferable to use nonionic surfactants (for example, ethoxylated alkyl phenol, ethoxylated alcohol or syntamide) or some cationic surfactants, for example, cetyltrimethylammonium bromide. Anionic surfactants (e.g. sodium alkylbenzenesulfonate, sodium alkyl sulfate, sodium, potassium or lithium soap) also improve tribological properties, but to a lesser extent compared to nonionic and cationic surfactants.
Предложенный порошок титаната калия иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана микрофотография порошка титаната калия; на фиг.2 - распределение частиц модифицированного титаната калия по размеру, полученное по данным рассеяния лазерного излучения.The proposed potassium titanate powder is illustrated in the drawings, in which Fig. 1 shows a micrograph of potassium titanate powder; figure 2 - particle size distribution of modified potassium titanate in size, obtained according to the scattering of laser radiation.
Предложенный порошок титаната калия состоит из чешуйчатых частиц неправильной формы, диаметр частиц 100-800 нм, толщина частиц 40-70 нм. При этом часть частиц образует агрегаты (агломераты); наиболее вероятный размер агломератов составляет 1,8 мкм, максимальный размер агломератов составляет 10 мкм.The proposed potassium titanate powder consists of scaly particles of irregular shape, particle diameter of 100-800 nm, particle thickness of 40-70 nm. In this case, part of the particles forms aggregates (agglomerates); the most probable agglomerate size is 1.8 microns; the maximum agglomerate size is 10 microns.
Предложенный в изобретении порошок титаната калия, имеющий чешуйчатую форму частиц субмикронного размера и обладающий улучшенными трибологическими свойствами, можно получить следующим способом.The potassium titanate powder proposed in the invention, having a scaly form of particles of submicron size and having improved tribological properties, can be obtained in the following way.
Оксид титана (в форме рутила, анатаза или их смеси), взятый в виде порошка, смешивают с порошками нитрата калия и гидроксида калия в количестве, соответствующем весовому отношению TiO2:KOH, лежащему в пределах от 0,6:1 до 2,6:1, а также весовому отношению ТiO2:КNO3, лежащему в пределах от 0,12:1 до 1,4:1. Полученную смесь нагревают до температуры синтеза, лежащей в интервале 410-580°С для получения расплава смеси нитрата и гидроксида калия, который в течение термической обработки реагирует с порошком оксида титана с образованием аморфного титаната калия, имеющего чешуйчатую форму частиц. Возможно также введение порошка ТiO2 непосредственно в расплав смеси КОН и КNО3, нагретый до температуры обработки. Полученный продукт промывают водой для удаления остатков расплава и отфильтровывают. Для ускорения процесса при промывании можно использовать слабый раствор кислоты. В результате образуется титанат калия, имеющий мольное отношение ТiO2/К2O, варьируемое в широких пределах от 2,7 до 11,2 и задаваемое условиями его гидролитической обработки.Titanium oxide (in the form of rutile, anatase or a mixture thereof), taken in the form of a powder, is mixed with powders of potassium nitrate and potassium hydroxide in an amount corresponding to a weight ratio of TiO 2 : KOH ranging from 0.6: 1 to 2.6 : 1, as well as the weight ratio of TiO 2 : KNO 3 , lying in the range from 0.12: 1 to 1.4: 1. The resulting mixture is heated to a synthesis temperature in the range of 410-580 ° C to obtain a melt of a mixture of potassium nitrate and hydroxide, which during heat treatment reacts with titanium oxide powder to form amorphous potassium titanate having a scaly particle shape. It is also possible to introduce TiO 2 powder directly into the melt of a mixture of KOH and KNO 3 heated to a processing temperature. The resulting product is washed with water to remove residual melt and filtered. To speed up the process during washing, you can use a weak acid solution. As a result, potassium titanate is formed having a molar ratio of TiO 2 / K 2 O, varied over a wide range from 2.7 to 11.2 and specified by the conditions of its hydrolytic treatment.
Промытый первичный титанат калия далее помещают в водный раствор ПАВ, имеющий концентрацию не ниже 0,005% в пересчете на 100% титаната калия (предпочтительно - более 0,05%) и перемешивают в течение времени, необходимого для достижения адсорбционного равновесия. Затем порошок титаната калия с адсорбированными на его поверхности частицами ПАВ промывают водой, отфильтровывают и просушивают при температуре, не превышающей 60°С.The washed primary potassium titanate is then placed in an aqueous surfactant solution having a concentration of not less than 0.005% in terms of 100% potassium titanate (preferably more than 0.05%) and stirred for the time required to achieve adsorption equilibrium. Then the potassium titanate powder with surfactant particles adsorbed on its surface is washed with water, filtered and dried at a temperature not exceeding 60 ° C.
В качестве анионных ПАВ может быть использован алкилбензолсульфонат натрия, например, торговой марки Сульфонол, или алкилсульфат натрия, например, торговой марки Лариулсульфат, натриевое, калиевое или литиевое мыло (стеарат, соответствующего щелочного металла).As anionic surfactants, sodium alkylbenzenesulfonate, for example, of the Sulfonol brand, or sodium alkyl sulfate, for example, of the Lariulsulfate brand, sodium, potassium or lithium soap (stearate of the corresponding alkali metal) can be used.
В качестве неионогенных ПАВ может быть использован оксиэтилированный алкилфенол, например, торговой марки ОП-10, оксиэтилированный спирт, например, торговой марки ДС-10 или смесь полиоксиэтилированных эфиров моноэтаноламидов жирных кислот, например, торговой марки Синтамид-5.As nonionic surfactants, oxyethylated alkyl phenol, for example, of the OP-10 trademark, oxyethylated alcohol, of the DS-10 trademark, or a mixture of polyoxyethylated fatty acid monoethanolamides, for example, the Sintamid-5 trademark, can be used.
В качестве катионного ПАВ может быть использован цетилтриметиламмоний бромид торговой марки СТАВ.As a cationic surfactant, cetyltrimethylammonium bromide of the CTAB trademark can be used.
Предложенный в изобретении порошок титаната калия иллюстрируется следующим примером его получения.The potassium titanate powder proposed in the invention is illustrated by the following example of its preparation.
Пример. Первичный титанат калия получали при обработке реакционной смеси, содержащей (мас.%): порошок оксида титана (30), гидроксид калия (30) и нитрат калия (40) при температуре 500°С в течение 2 ч. В основной серии экспериментов в качестве сырьевого материала использовали TiO2 в форме рутила, в дополнительных экспериментах - в форме анатаза. Полученный продукт помещали в дистиллированную воду, промывали до полного растворения водорастворимых продуктов синтеза и остатков исходных реагентов. После оседания (седиментации) частиц титаната калия продукт отделяли от раствора декантацией и заливали водным раствором различных анионных, неионогенных или катионных ПАВ в весовом соотношении 1:10. В качестве анионных ПАВ использовали алкилбензолсульфонат натрия (торговая марка Сульфанол), алкилсульфат натрия (торговая марка Лариулсульфат), литиевое или натриевой мыло в качестве неионогенных ПАВ - оксиэтилированный алкилфенол (торговая марка ОП-10), оксиэтилированный спирт (торговая марка ДС-10) или (торговая марка Синтамид), а в качестве катионного ПАВ - цетилтриметиламмоний бромид (торговая марка СТАВ). Концентрация ПАВ в полученных водных суспензиях составляла 1% от массы первичного титаната калия. В качестве образца сравнения использовали титанат калия, полученный аналогичным образом, но при использовании для вторичной обработки не водного раствора ПАВ, а чистой дистиллированной воды, являющейся промежуточным продуктом синтеза кристаллических титанатов калия, в соответствии с рекомендациями, приведенными в известном изобретении (см. патент РФ №2326051, выбранный в качестве аналога).Example. Primary potassium titanate was obtained by treating a reaction mixture containing (wt.%): Titanium oxide powder (30), potassium hydroxide (30) and potassium nitrate (40) at a temperature of 500 ° C for 2 hours. In the main series of experiments, as The raw material used was TiO 2 in the form of rutile, in additional experiments in the form of anatase. The resulting product was placed in distilled water, washed until the water-soluble synthesis products and residues of the starting reagents were completely dissolved. After sedimentation (particles) of potassium titanate particles, the product was separated from the solution by decantation and poured into an aqueous solution of various anionic, nonionic or cationic surfactants in a weight ratio of 1:10. Sodium alkylbenzenesulfonate (trademark Sulfanol), sodium alkyl sulfate (trademark Lariulsulfate), lithium or sodium soap as nonionic surfactants — ethoxylated alkyl phenol (trademark OP-10), ethoxylated alcohol (trademark DS-10) or (trademark Syntamide), and cationic surfactant - cetyltrimethylammonium bromide (trademark CTAB). The concentration of surfactants in the resulting aqueous suspensions was 1% by weight of the primary potassium titanate. As a comparison sample, we used potassium titanate obtained in a similar way, but when using not distilled surfactant solution for secondary treatment, but pure distilled water, which is an intermediate product of the synthesis of crystalline potassium titanates, in accordance with the recommendations given in the well-known invention (see RF patent No. 2326051, selected as an analogue).
Полученные суспензии перемешивали в течение 30 минут и оставляли до полного оседания частиц титаната калия модифицированного ПАВ (смесью различных ПАВ). Затем отделяли водный раствор от осадка декантацией и просушивали полученный продукт в сушильном шкафу при температуре 60°С в течение 2 ч. Полученный порошкообразный продукт далее использовали для трибологических испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ 9490-75 на четырехшариковой машине трения типа СР-1 с использованием шариков диаметром 6 мм. В качестве трибологических характеристик, в соответствии с методикой ГОСТ 9490-75, определяли значения критической нагрузки, индекса задира, диаметра пятна износа и момента силы трения. Полученные результаты приведены в таблице 1.The resulting suspensions were mixed for 30 minutes and left until the sedimentation of particles of potassium titanate modified surfactant (a mixture of various surfactants). Then the aqueous solution was separated from the precipitate by decantation and the resulting product was dried in an oven at a temperature of 60 ° C for 2 hours. The obtained powder product was then used for tribological tests in accordance with the requirements of GOST 9490-75 on a CP-1 four-ball friction machine using balls with a diameter of 6 mm. As tribological characteristics, in accordance with the methodology of GOST 9490-75, the values of the critical load, the scoring index, the diameter of the wear spot and the moment of friction force were determined. The results are shown in table 1.
Кроме того, для сравнительных испытаний использовали порошок титаната калия, полученный согласно описанию патента США №6579619, выбранного за прототип. Синтез проводили при обжиге сырьевой смеси, включающей К2СО3 и ТiO2 с добавлением Na2CO3 (4,5 мас.%), что обеспечивало получение продукта (титанат калия), содержащего 2,8% Na2O в соответствии с описанием примера 1, известного изобретения.In addition, for comparative tests used potassium titanate powder obtained according to the description of US patent No. 6579619, selected for the prototype. The synthesis was carried out during firing of a raw mixture, including K 2 CO 3 and TiO 2 with the addition of Na 2 CO 3 (4.5 wt.%), Which provided a product (potassium titanate) containing 2.8% Na 2 O in accordance with the description of example 1, a known invention.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что аморфный титанат калия модифицированный ПАВ (примеры 3-12) имеет трибологические характеристики, превосходящие аналогичные параметры для известных видов титанатов калия, не подвергавшихся модифицированию ПАВ (примеры 1-2). При этом снижается величина коэффициента трения (момента силы трения), определяющего антифрикционные свойства, но особенно значителен рост показателя индекса задира, определяющего антизадирные свойства титаната калия.The data shown in table 1 show that the amorphous potassium titanate modified surfactant (examples 3-12) has tribological characteristics that exceed the similar parameters for the known types of potassium titanates, not subjected to modification of surfactants (examples 1-2). At the same time, the value of the coefficient of friction (the moment of friction force), which determines the antifriction properties, decreases, but the increase in the index of the scoring index, which determines the anti-seize properties of potassium titanate, is especially significant.
Влияние модификации структуры и свойств титаната калия ПАВ на его трибологические свойства зависят, прежде всего, от типа ПАВ. В случае ПАВ, относящихся к одной группе (анионным, неионогенным или катионным) трибологические характеристики отличаются не столь заметно, как для ПАВ, относящихся к различным группам.The effect of modification of the structure and properties of surfactant potassium titanate on its tribological properties depends, first of all, on the type of surfactant. In the case of surfactants belonging to the same group (anionic, nonionic, or cationic), the tribological characteristics differ not so noticeably as for surfactants belonging to different groups.
Трибологические характеристики титаната калия модифицированного ПАВ улучшаются в ряду анионные ПАВ - неионогенные ПАВ - катионные ПАВ.The tribological characteristics of potassium titanate modified surfactant are improved in the series of anionic surfactants - nonionic surfactants - cationic surfactants.
При использовании для модифицирования полититаната калия смеси поверхностно-активных веществ различного типа, положительный эффект сохраняется, хотя характер изменения величины трибологических характеристик мало отличается от случая использования для обработки только одного вида ПАВ.When a mixture of various types of surfactants is used to modify potassium polytitanate, the positive effect is retained, although the nature of the change in the value of the tribological characteristics differs little from the case of using only one type of surfactant for processing.
В таблице 2 приведены сравнительные данные по трибологическим характеристикам титаната калия, обработанного неионогенным ПАВ марки ОП-10 при разных концентрациях водного раствора ПАВ.Table 2 shows comparative data on the tribological characteristics of potassium titanate treated with non-ionic surfactant grade OP-10 at different concentrations of an aqueous solution of surfactant.
Приведенные в таблице 2 данные показывают, что при модифицировании поверхности титаната калия использование растворов ПАВ с концентрацией менее 0,005% - нецелесообразно в силу значительного ухудшения трибологических характеристик полученного продукта, а применение растворов с концентрацией превышающей 3% - не приводит к заметному улучшению трибологических свойств и экономически нецелесообразно.The data presented in table 2 show that when modifying the surface of potassium titanate, the use of surfactant solutions with a concentration of less than 0.005% is impractical due to a significant deterioration in the tribological characteristics of the obtained product, and the use of solutions with a concentration exceeding 3% does not lead to a noticeable improvement in tribological properties and economically impractical.
Таким образом, предложенный порошок титаната калия с чешуйчатой формой частиц, модифицированных за счет интеркалирования и прививки ПАВ, имеет лучшие трибологические свойства по сравнению с известными видами титанатов калия за счет снижения коэффициента трения, а также снижения степени агломерированности частиц титаната калия. Молекулы ПАВ также могут участвовать в процессе интеркаляции слоистых частиц титаната калия, проникать в межслойное пространство и увеличивать расстояние между слоями и тем облегчать их взаимное перемещение при сдвиговых деформациях. Все это обеспечивает улучшение антифрикционных и противозадирных свойств аморфного титаната калия.Thus, the proposed potassium titanate powder with a scaly shape of particles modified by intercalation and grafting of surfactants has better tribological properties compared with the known types of potassium titanates due to a decrease in the friction coefficient, as well as a decrease in the degree of agglomeration of potassium titanate particles. Surfactant molecules can also participate in the intercalation of layered particles of potassium titanate, penetrate into the interlayer space and increase the distance between the layers and thereby facilitate their mutual displacement during shear deformations. All this provides an improvement in the antifriction and extreme pressure properties of amorphous potassium titanate.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137938/05A RU2420459C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Potassium titanate powder |
| PCT/RU2010/000567 WO2011046471A1 (en) | 2009-10-14 | 2010-10-08 | Potassium titanate powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137938/05A RU2420459C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Potassium titanate powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009137938A RU2009137938A (en) | 2011-04-20 |
| RU2420459C1 true RU2420459C1 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=43876338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137938/05A RU2420459C1 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Potassium titanate powder |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420459C1 (en) |
| WO (1) | WO2011046471A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493104C1 (en) * | 2012-02-03 | 2013-09-20 | Александр Владиленович Гороховский | Potassium titanide powder and based on it lubricating composition |
| RU2524267C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" | Antifriction lubricant |
| RU2525238C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Lubricant composition |
| RU2556111C1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of obtaining antifriction material |
| RU2766089C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Nanocomposite material based on potassium titanate |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114369729B (en) * | 2021-12-28 | 2023-11-03 | 江苏容汇通用锂业股份有限公司 | Process for removing potassium from leaching solution by utilizing lithium slag |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62207875A (en) * | 1986-03-10 | 1987-09-12 | Agency Of Ind Science & Technol | Production of metal plated inorganic particles |
| JP2001019430A (en) * | 1999-07-06 | 2001-01-23 | Kawatetsu Mining Co Ltd | Potassium titanate particles |
-
2009
- 2009-10-14 RU RU2009137938/05A patent/RU2420459C1/en not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-10-08 WO PCT/RU2010/000567 patent/WO2011046471A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| STN on the web, БД CA, AN 99:132638, IZAWA H. et al., Formation and properties of n-alkylammonium complexes with layered tri- and tetratitanates, Polyhedron, 1983, 2(8), 741-4. STN on the web, БД CA, AN 137:209800, LI DAN et al., Synthesis and intercalation properties of nanoscale layered tetratitanate, Journal of Materials Chemistry, 2002, 12(6), 1796-1799. АБРАМЗОН А.А. и др. Поверхностно-активные вещества. - Л.: Химия, 1979, с.7. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493104C1 (en) * | 2012-02-03 | 2013-09-20 | Александр Владиленович Гороховский | Potassium titanide powder and based on it lubricating composition |
| RU2525238C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Lubricant composition |
| RU2524267C1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" | Antifriction lubricant |
| RU2556111C1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of obtaining antifriction material |
| RU2766089C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Nanocomposite material based on potassium titanate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011046471A1 (en) | 2011-04-21 |
| RU2009137938A (en) | 2011-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2420459C1 (en) | Potassium titanate powder | |
| Gusain et al. | Ultrasound assisted shape regulation of CuO nanorods in ionic liquids and their use as energy efficient lubricant additives | |
| Bakunin et al. | Synthesis and application of inorganic nanoparticles as lubricant components–a review | |
| Li et al. | Friction properties of La-doped Mg/Al layered double hydroxide and intercalated product as lubricant additives | |
| KR100970522B1 (en) | Lubricant composition comprising metal nano particles coated by carbon and manufacturing method the same | |
| Li et al. | Tribological synergism of surface‐modified calcium borate nanoparticles and sulfurized olefin | |
| Zhang et al. | Hydrothermal synthesis and tribological properties of FeS 2 (pyrite)/reduced graphene oxide heterojunction | |
| JP5535509B2 (en) | Friction material | |
| RU2487192C1 (en) | Method of making antifriction composition | |
| Ma et al. | In-situ synthesis strategy of monodispersed Ag 2 S nanoparticles to modify wear resistance of polyamide-imide nanocomposite lubricating coatings | |
| Chen et al. | Tribological investigation of two different layered zirconium phosphates as grease additives under reciprocating sliding test | |
| CN114829557A (en) | Lubricant and lubricating composition | |
| Burmistrov et al. | Influence of surface modification of potassium polytitanates on the mechanical properties of polymer composites thereof | |
| Zhang et al. | Tribological behaviours of surface-modified serpentine powder as lubricant additive | |
| CN110373251B (en) | Graphene/lanthanum borate/kaolin composite lubricating oil additive | |
| Chen et al. | Inhibition of cold‐welding and adhesive wear occurring on surface of the 6061 aluminum alloy by graphene oxide/polyethylene glycol composite water‐based lubricant | |
| RU2412980C1 (en) | Antifriction suspension | |
| Oganesova et al. | Nanosized additives to lubricating materials | |
| Ajay Vardhaman et al. | Experimental investigations to enhance the tribological performance of engine oil by using nano-boric acid and functionalized multiwalled carbon nanotubes: A comparative study to assess wear in bronze alloy | |
| KR20100114648A (en) | A bush coated with a coating composition containing enhancing particles and preparation method thereof | |
| Qin et al. | Formation mechanism of wear-resistant composite film by Span 80-decorated halloysite nanotubes | |
| Wang et al. | Effects of carbon nano onions on the tribological performance of food‐grade calcium sulfonate complex grease | |
| Wu et al. | Preparation and tribological properties of chemically decorated MoS2 nanosheets with oleic diethanolamide | |
| Erdemir | Boron-based solid nanolubricants and lubrication additives | |
| Li et al. | Novel preparation of calcium borate/graphene oxide nanocomposites and their tribological properties in oil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111015 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130120 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131015 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150227 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171015 |