Экономичная технология позволит применять борат кальция в промышленных материалах

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

Борат кальция — бесцветные кристаллы, кальциевая соль борной кислоты — используется для производства самых разных материалов, например в керамической и стекольной промышленности. Например, их добавляют при создании стекол, керамики и химической посуды. Добавление этого соединения в составы 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. Как сообщает Минобрнауки России, 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 простые и эффективные технологические схемы 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 происходит превращение 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 градусов Цельсия 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.

Технологию можно использовать и для получения других важных соединений, относящихся к классу боратов. Например, бората цинка — используется в качестве антипиренов (его добавляют в материалы органического происхождения для обеспечения огнезащиты) при производстве пластмасс, боратов калия и стронция — это компоненты глазурей керамической плитки и др.

В дальнейшем в 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