ШЛИКЕР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРАННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01D69/12 

Изобретение относится к фильтрующим материалам, предназначенным для очистки, разделения, концентрирования различных жидкостей в пищевой, медицинской, биологической, химической и других отраслях промышленности.

Известен шликер, для изготовления фильтрующих, мембранных покрытий [1] содержащий, г: Al₂O₃ 20; карбоксиметилцеллюлоза 2; вода 20. Получают покрытия с размером пор 0,5-100 мкм.

Наиболее близким, взятым за прототип, является шликер для нанесения мембранного покрытия [2] мас.

Al₂O₃ 8,40
Поливиниловый спирт 2,52
Глицерин 12,60
Этиловый спирт (C₂H₅OH) + (Этанол) 46,30
Вода 30,40
Готовят суспензию вязкостью 30 сПз при 20^oC. Вводят эту суспензию в каналы пористого блока, выдерживают 5 с, затем каналы помещают в вакуум. Слой шликера застывает на поверхности, затем осуществляют спекание при 1500^oC. Таким образом, на поверхности каналов образуется слой пористой окиси алюминия, который представляет собой фильтрующую мембрану толщиной 20-30 мкм и диаметром пор 1 мкм.

Недостатками шликера являются его неоднородность при использовании, ограниченный срок хранения (не более 1 месяца), недостаточно высокая тонкость фильтрации получаемой мембраны.

Техническая задача изобретенияи устранение неоднородности шликера, повышение длительности хранения и использования его, а также улучшение качества мембранного покрытия, а именно повышение тонкости фильтрации за счет уменьшения размера пор покрытия при меньшей толщине с сохранением ее производительности.

Для решения технической задачи предложен шликер, дополнительно содержащий хлористый аммоний и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.

Al₂O₃ 11-15
Поливиниловый спирт 2,8-4,2
Глицерин 3-13
Спирт этиловый 21-23
Вода 50-57
Спирт изопропиловый 7-10
Хлористый аммоний 0,2-0,3
Получение мембраны с равномерной толщиной и однородным распределением пор обуславливается свойствами шликера, такими как способность образовывать на поверхности подложки непрерывную сплошную пленку (покрытие), состоящую из основы (порошок окиси алюминия Al₂O₃), пленкообразователя и других компонентов. В качестве пленкообразователя использовали поливиниловый спирт (ПВС).

Известно, что процесс смачивания порошкообразных веществ отличается от процесса смачивания поверхности твердых тел. Краевые углы смачивания порошков и гладкой поверхности одного и того же вещества различны. Вещество смачивается тем хуже, чем более оно дисперсно. Обладая большей удельной поверхностью (14-25 м²/г), используемые в предложенном шликере порошки имеют большое количество адсорбированных молекул воды и воздуха.

Для получения однородного шликера, т. е. для равномерного распределения порошкообразных частиц в нем, необходимо заменить поверхность раздела частиц
воздух/вода на поверхность частиц пленкообразователь. Этому в большей степени способствует использование в шликере спирта. Спирт устраняет образование газовых пузырьков в шликере, которые недопустимы при получении мембранного покрытия, т. к. пузыри являются концентраторами трещин, образующихся вокруг них при обжиге.

Наилучшее качество покрытия отмечается при введении в шликер изопропилового спирта. Он резко снижает количество имеющихся газовых пузырей, способствует повышению пленки с более гладкой поверхностью. Наличие этилового спирта в составе шликера является необходимым, т. к. он увеличивает скорость сушки покрытия. Содержание его обусловлено необходимостью добиться определенной скорости сушки. Увеличение содержания этилового спирта более 23 приводит к увеличению скорости сушки, а снижение менее 21 приводит к быстрому концентрированию суспензии при ее нанесении. Медленная сушка приводит к образованию неравномерной толщины покрытий (образования наплывов, стеков), особенно на крупногабаритных изделиях.

Глицерин (HOCH₂-CHOH-CH₂OH) смягчает шликер, препятствует образованию трещин при сушке пленки. Сохраняет необходимый уровень удельного веса и вязкости суспензии при ее разбавлении спиртом, способствует более длительному хранению шликера без высыхания и образованию корки пленки на поверхности.

В качестве растворителя используют смесь вода спирт при соотношении (43-45) (57-55), а в качестве спирта используют смесь спиртов этилового и изопропиленового в соотношении (81-78) (19-22). Смесь растворителей в указанном соотношении препятствует чрезмерно быстрому их испарению, что может привести к возникновению таких внутренних напряжений и в формируемом мембранном слое, которые превысят его прочность в сыром состоянии и вызовут разрушение. Снижение содержания спиртов в растворителе значительно удлиняет процесс сушки.

Хлористый аммоний добавляют для получения шликера с равномерным распределением порошка Al₂O₃ за счет исключения образования конгломератов.

Пример конкретного выполнения.

Приготавливали шликер, в котором, по меньшей мере, 50 об. твердых частиц. Шликер готовили следующим образом: приготовление 7-10 раствора поливинилового спирта в воде, перемешивание порошка окиси алюминия с размером частиц 0,1-0,5 мкм с раствором поливинилового спирта в воде и с добавлением хлористого алюминия, затем добавляют глицерин и перемешивают, затем добавляют изопропиловый спирт и перемешивание. Шликер наносили окунанием, проливом или прокачиванием через каналы изделий с последующим спеканием. Получали мембраны с покрытием толщиной 5-10 мкм и размером пор 0,2-1,0 мкм. Шликер готовили составов, указанных в табл. 1, свойства приведены в табл. 2.

Предлагаемый шликер предназначен для нанесения на пористые подложки, в том числе на длинномерные трубки, плоские элементы и получения мембранного фильтрующего слоя с размером пор 0,2-1,0 мкм. Шликер может использоваться, как в свежеприготовленном виде, так и после хранения до 10-12 месяцев в герметичном упаковке, при сохранении однородности. Легко поддается корректировке для достижения необходимых технологических свойств и качества мембранного слоя, обеспечивает заданную тонкость фильтрации 0,2-1,0 мкм, повышается производительность при нанесения мембранного покрытия за счет снижения его толщины.

Шликер для изготовления мембранного керамического покрытия содержит окись алюминия, поливиниловый спирт, глицерин, этиловый спирт, воду, изопропиловый спирт и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас. %: окись алюминия 11,0-15,0; поливиниловый спирт 2,8-4,2; глицерин 3,0-6,0; этиловый спирт 21,0-23,0; вода 50,0-53,0; изопропиловый спирт 7,0-10,0; хлористый аммоний 0,2-0,3. 2 табл.

Шликер для изготовления мембранного керамического покрытия, содержащий окись алюминия, поливиниловый спирт, глицерин, этиловый спирт, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит изопропиловый спирт и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.

Окись алюминия 11 15
Поливиниловый спирт 2,8 4,2
Глицерин 3 6
Этиловый спирт 21 23
Вода 50 53
Изопропиловый спирт 7 10
Хлористый аммоний 0,2 0,3м