Ученые разработали экономичную технологию, которая позволит применять борат кальция в промышленных материалах

Российские химики предложили простую и экономичную методику получения бората кальция с заданной формой и размерами. Вещество широко применяют в качестве добавок при производстве пенокерамики (керамические материалы с ячеистой структурой), пигментов и стекол. Над научным проектом работают ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) РАН и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Борат кальция — бесцветные кристаллы, кальциевая соль борной кислоты — используется для производства материалов различного назначения, перспективных для разработок в керамической и стекольной промышленности. Например, его добавляют при создании стекол, керамики и химической посуды. Добавление этого соединения в состав смесей приводит к увеличению яркости их окраски, а закаляются такие изделия при меньших, чем обычно, температурах.

При производстве стекла и стекловолокна добавки бората кальция позволяют не только снизить температуру плавления, но и улучшить качество стекла: повысить механическую прочность, химическую стойкость, устойчивость к тепловым ударам, улучшить оптические свойства. Однако для его применения в промышленных материалах нужно, чтобы порошок бората кальция состоял из частиц заданной формы и размера. Это требует создания соответствующих производственных технологий. Коллективу ученых из ИОНХ РАН и МГУ удалось не только решить эту задачу, но и снизить температуру синтеза боратов кальция.

По словам старшего научного сотрудника лаборатории полупроводниковых и диэлектрических материалов ИОНХ РАН, кандидата химических наук Ирины Козерожец, современная химическая промышленность ориентируется на разработку простых и эффективных технологических схем синтеза порошкообразных материалов с заданной гранулометрией, фазовым составом и чистотой. Эта задача может быть достигнута, в том числе, при использовании автоклавного оборудования. Фактически, автоклав — это промышленная «скороварка», в которой под воздействием температуры и давления происходят превращения одних веществ в другие.

«Варьируя условия обработки, можно получать материалы с заданными свойствами, востребованные в современной промышленности. Для получения порошков боратов кальция со строго контролируемым размером частиц мы впервые использовали нанопорошок оксида кальция (СаО), синтезированный методом сжигания концентрированного водно-углеводного раствора соли кальция. Дальнейшая обработка нанопорошка СаО в растворе борной кислоты при температурах 170–200℃ в течение 12 часов позволила получить частицы бората кальция практически одинаковой формы и размера. Синтез был проведен в автоклаве, поскольку при обычных условиях реакция протекает очень медленно», — сказала Ирина Козерожец.

Разработанную технологию можно использовать для получения и других важных соединений, относящихся к классу боратов. Например, бората цинка (используется в качестве антипиренов, то есть добавляется в материалы органического происхождения для обеспечения огнезащиты), пластмасс, боратов калия и стронция (компоненты глазурей керамической плитки) и т.д.

В дальнейших планах у ученых — определить оптимальные параметры синтеза боратов цинка. К этому исследованию уже проявили интерес несколько промышленных компаний.

Научная статья опубликована в журнале Ceramics International. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ИОНХ РАН.

Рис. Просвечивающая электронная микрофотография бората кальция, полученного по разработанной технологии.

На фото: авторы статьи д.х.н. Малинина Е.А., д.х.н. Авдеева В.В., к.х.н. Козерожец И.В., к.х.н. Бузанов Г.А.