Способ подготовки пробы углесодержащего связующего вещества к термическому анализу Советский патент 1982 года по МПК G01N33/42 

Изобретение относится к методам анализа углеродсодержащих связующих веществ: каменноугольных и нефтяных пеков, смол, битумов, мастик и т. п.

Для выбора наиболее оптических режимов переработки и использования указанных материалов.в качестве связующих, пропитывающих и уплотняющих веществ в технологии производства электродов и конструкционных углеграфитовых материалов, электроугольных изделий в промышленности стройматериалов, в дорожном строительстве и т.д. необходимо знать их структуру и ряд физико-химических свойств (молекулярный вес, элементарный и компонентный состав, температуру размягчения, вязкость, коксовый остаток, степень ароматизации и т.п.).

Одним из важнейших методов исследования указанных веществ является термический анализ с использованием для его осуществления п-ирометра Курнакова или дериватографа системы .Ф.Паулик fl 1.

Однако при проведении термическо,го анализа связующих сталкиваются с их интенсивным .вспучиванием и вытеканием из тигля, что приводит к искажению записи хода кривой ДТГ. Во избежение этого многими исследователями используются различные инертные наполнители, предварительно смешиваемые с исследуемым веществом в разных пропорциях. В качестве таких наполнителей применяют AC.j0.j, кварцевый песок, нефтяные или пековые

10 прокаленные и непрокаленные коксы, природный и искусственный графиты и др. порошкообразные вещества, которые хотя и называются инертными но в действительности таковыми не

15 являются из-за наличия большой пористости и развитой удельной поверх ности или. взаимодействия с материалом остатка при повышенных температурах анализа. Кроме того, сорбиро20ванный развитыми поверхностями таких наполнителей кислород воздуха при их 1сранении или в процессе приготовления смесей во времени проведения анализа при нагреве десорби25руется, и вступая во взаимодействие с исследуемым веществом или продуктами его разложения, также истинную картину термической деструкции

30 связующего.

Так, при исследовании кинетики пиролиза высокотемпературного пека НТМК для предтв;ращения выброса пека из тигля дериватографа к навеске пека добавляли 100-150% NaCP, влияние которого на процесс пиролиза от- 5 ;Носительно невелико. Однако с этим нельзя согласиться при анализе приведенных в работе кривых ДТА и ДТГ.

На основании данных по исследованию каменноугольного пека ММК с раз- Ю личными температурами размягчения ,(Тр. ) методом ДТА на специально раз- работанной установке с использованием в качестве инертных.добавок песка естественного графита, кварца и 15 прокаленного кокса отмечается, что присутствие любой из этих добавок приводит к резкому возрастанию температур всех термоэффектов и, следователсьно, присутствие в пеке их неже- 20 лательно f2j.

При исследовании методом ДТА (пирометр Курнакова) каменноугольного . пека (Тр. ) с использованием, в качестве наполнителей кокса КНПС, при-.25 родного графита и кварцевого песка было показано, что характер термодеструкции пека в смеси зависит от природы вводимого наполнителя (3). Так, коксы и графит способствуют ре- on акциям уплотнения веществ, содержащихся в пеке. Этот процесс протекает с выделением тепла в широком температурном интервале/ причем природный графит в большей степени способствует протеканию реакций уплотне-- ния. Кварцевый песок является инертным наполнителем. Однако сравнение приведенных дифференциальных кривых нагрева, для чистого пека и. в смеси (1:1,5) с кварцевым песком, коксом КНПС и графитом подтверждает правильность о нежелательности введения и песка.

Таким образом, опыт работы на дери-ватографе с использованием различных 45 инертных добавок говорят о том, что полу,ченные в таких условиях кривые ДТА и ДТГ не отражают действительного характера разложения связующего. При необходимости повторения 50 анализа нужно строго выдерживать как величину навески исследуемого вещества, так и соотношение связующее-наполнить, ибо в противном случае характер термоэффектов будет 55 различным З.

Цель изобретения - предотвращение физико-химического взаимодействия связующего с наполнителем.

Поставленная цель достигается тем,60 что согласно способу подготовки пробы . связующего вещества к термическому анализу путем смешивания указанной пробы с наполнителем, в качестве последнего используют части- 65

цы кокса или графита, предварительно покрытые слоем пироуглерода.

На фиг.1 и 2 показаны графики зависимости показаний гальванометра от температуры.

Опыт использования предварительно покрытых пленкой пироуглерода в кипящем слое частиц кокса в качестве наполнителя при проведении с помощью дериватографа многочисленных анализов различных связующих веществ (каменноугольные и нефтяные пеки разных коксохимических и нефтеперерабатывающих заводов) позволяет сделать вывОд, что указанные частицы действительно являются инертными по отношению к связующим ввиду отсутствия открытой пористости. Использование таких частиц исключило вспучивание и вытекание связующего из тигля дериватографа, а также взаимодействие I со связующим вследствие малой величины их удельной поверхности, определяемой (ввиду приближения их формы к сферической) только их размером (диаметром), а также специфичности этой поверхности (коэффициент шероховатости которой равен практически 1).

Пример 1. Пек с То 70°С (Киш) в количестве 0,5 г смешивают в соотношении 1:1 с различными наполнителями. Исходный пек и полученные смеси (смесь АгАе О +пек; смесь Б:КНПС+ пек; смесь В:кокс КНП покрытый пируглеродом (кокс ПУ)+ пек) подвергают термическому анализу на дериватографе в следующих условиях: скорость нагрева до 900 С10°С/мин; чувствительность гальванометров ДТА и ДТГ - 1/5 от их максимальной чувствительности (IflO А/мм), В качестве эталона в случае исходного пека используют кокс ПУ, а. для смесей - соответствующий наполнитель. Опыты проводят в атмосфере, гелия, подаваемого со скоростью 15 л/ч. Смесь гелия с выделяющимися продуктами деструкции удаляют из реакционного объема специальным насосом.

Из кривых ДТА и ДТГ (фиг.1), следует, что вследствие вспучивания исходного пека и частичного выброса его из тигля, произошло искажение записи кривой ДТГ в интервале температур 500-900 (фиг.1, П03.1).

Для смесей подобного искажения не наблюдается. Однако ход кривых ДТА и ДТГ для смесей А и Б соответствует таковому для исходного пека (поз.2,2и 3,3f), что, очевидно, связано с взаимодействием пека с указанными наполнителями в процессе нагрева. В случае смеси В кривые ДТА и ДТГ полностью совпадают с для исходного пека, причем ход кривой ДТГ в этом случае не нарушен. Пример 2.С целью выяснения влияния количества наполнителя на воспроизводимость опыта проводят термический анализ смесей пека с APiO и коксом ПУ в соотнесении 1:1 и 1:2 (фиг.2). Условия проведения ангшиза аналогичны :примеру 1. Увеличение количества ведет к резкому изменению характера тепловых эффектов (поз.1 и 2) и некотором изменению хода кривых ДТГ (поз.1 и 2 что не наблюдается в случае использования частиц кокса, покрытых слоем пироуглерода. Формула изобретения Способ подготовки пробы углеродсо держащего связующего вещества к термическому анализу путем смешивания образца углеродсодержащего связующего с наполнителем, отличающийся тем, что, с целью предотвращения физико- шмического взаимодействия связующего с наполнителем, в качестве поспеднег.о используют частицы кокса или графита, предварительно покрытые слоем пироуглерода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Копелиович Л.в., Мочалова ё.В. Химия твердого топлива. 1968, 6, с. 25. 2.Ощепкова Н.В., Куштуева Н.В.,Сборник Методы и аппаратура для исследования свойств углеграфитовых материалов и углеродного сырья. М., Цветметинформация, 1969, с. 45. 3.Зайцев С.С., Филимонов В.А., Багров Г.Н. Сборник Конструкционные материалы на основе графита. М., Металлургия, 1969, 4, с.29.

т

500 Фий.2

900 Tpo.C