СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО


RU (11) 2148042 (13) C1

(51) 7 C04B12/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 29.05.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2000.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 98119514/03 
(22) Дата подачи заявки: 1998.10.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.10.28 
(45) Опубликовано: 2000.04.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 536125 A, 28.01.1997. SU 173693 A, 15.09.1997. SU 482421 A, 27.11.1975. SU 948956 A, 07.08.1982. SU 1430380 A1, 15.10.1988. SU 94028236 A1, 10.05.1996. RU 2096366 C1, 20.11.1997. GB 2186277 A, 12.08.1987. 
(71) Имя заявителя: Институт эколого-технологических проблем 
(72) Имя изобретателя: Ефимов К.М.; Джуринский Б.Ф.; Козлов Б.И. 
(73) Имя патентообладателя: Институт эколого-технологических проблем 
(98) Адрес для переписки: 141400, Московская обл., Химки, ул.Парковая, 12, кв.106, Лазаренко Людмила Степановна 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для создания связующих фосфатных материалов, в том числе покрытий, например, для декоративных и защитных покрытий на бетоне, кирпиче, металле, древесине и др. Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в упрощении способа снижения времени синтеза, достижения более стабильного состава конечного продукта. Способ получения фосфатного связующего, включающий перемешивание ортофосфорной кислоты с гидратом окиси алюминия при повышенной температуре и введение восстановителя, предусматривает предварительное перемешивание ортофосфорной кислоты концентрации 58-65% с хромовым ангидридом, после чего растворяют гидрат окиси алюминия, затем полученную реакционную смесь охлаждают до температуры 80-95°С и вводят параформ, доводят реакционную смесь до кипения и выдерживают 30 мин. Параформ вводят в стехиометрическом соотношении по отношению к хромовому ангидриду. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для создания связующих фосфатных материалов, в том числе покрытий, например, для декоративных и защитных покрытий на бетоне, кирпиче, металле, древесине и др.

Известно связующее, включающее гидрат окиси алюминия, продукт переработки боратовой руды и ортофосфорную кислоту (авт. св.СССР N 1263672 кл. C 04 B 28/34, 1986, Б.И. N 38). Данное связующее позволяет получить покрытия с малой пористостью.

Однако данное связующее обладает рядом недостатков: низкая стабильность при хранении покрытия на такой основе требует термической обработки при температуре 120oC.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения фосфатного связующего, включающий перемешивание ортофосфорной кислоты с гидратом окиси алюминия и введение восстановителя - 37% раствор формалина (авт. св. СССР N 536125, кл. C 04 B 12/02, 1966 г.).

Применение известного связующего позволяет сократить время отверждения композиций, а покрытия с данным связующим обладают хорошими адгезионными характеристиками.

К недостаткам известного связующего относится длительность синтеза и нестабильный состав конечного продукта.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в упрощении способа снижения времени синтеза, достижения более стабильного состава конечного продукта.

Для достижения технического результата в способе получения фосфатного связующего, включающем перемешивание ортофосфорной кислоты с гидратом окиси алюминия при повышенной температуре и введение восстановителя, предварительно перемешивают ортофосфорную кислоту концентрации 58-65% с хромовым ангидридом, после чего растворяют гидрат окиси алюминия, затем полученную реакционную смесь охлаждают до температуры 80-95oC и вводят параформ, доводят реакционную смесь до кипения и выдерживают 30 мин. Параформ вводят в стехиометрическом соотношении по отношению к хромовому ангидриду.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

Перемешивание ортофосфорной кислоты с хромовым ангидридом способствует увеличению кислотности раствора за счет образования хромовой кислоты, что в дальнейшем ускоряет стадию растворения гидроокиси алюминия.

Применение в качестве гетерогенного восстановителя параформа позволяет получить более стабильный по составу конечный продукт, а также сократить время проведения синтеза. Параформ - полимерная форма формальдегида формулы (CH2O)n. В данном случае применяется параформ по ТУ N 6-09-3208-78, выпускаемый АО "Мосреактив". Количество вводимого параформа рассчитывается из реакции:

4CrO3+3(HCOH)n--->2(Cr2O3) +3CO2+3H2O

Использование, например, наиболее часто применяемого в промышленности восстановителя шестивалентного хрома - жидкого формалина, нестабильного по составу при хранении вследствие его поликонденсации с образованием в осадке того же параформа и соответственно снижения в жидкой фазе концентрации активного формальдегида (CH2O), а также неконтролируемого содержания стабилизатора - метанола, приводят к возникновению побочных реакций с образованием муравьиной кислоты и ацетальдегида и тем самым становится невозможным точно установить дозировку восстановителя, а следовательно, постоянство содержания Cr3+ и Cr6+ в готовом связующем.

С другой стороны использование, в отличие от галогенных (жидких) восстановителей, твердого параформа с постоянным стабильным составом в качестве гетерогенного восстановителя, взаимодействующего с Cr6+ при повышенных температурах, способствует более интенсивному выделению укрупненных пузырьков углекислого газа на развитой поверхности твердого восстановителя, что в свою очередь приводит к ускорению проведения лимитирующей стадии синтеза - стадии восстановления Cr6+ в Cr3+, уменьшению вспучивания реакционной смеси и исключению возможности ее выброса из реактора.

Температура введения гетерогенного восстановителя - параформа составляет 80-95oC и позволяет проводить восстановление Cr6+ в Cr3+ при более высоких температурах (например, по сравнению с гомогенным восстановителем формалином эта температура выше на 40-50oC), что в конечном счете резко сокращает время проведения синтеза связующих (в 1,5-2 раза).

Температура введения параформа равняется 80-95oC, выбрана на основании многочисленных экспериментов и является оптимальной. В табл. 1 приведены примеры с температурой охлаждения в заявленных пределах и примеры, выходящие за заявленные пределы.

Концентрация ортофосфорной кислоты применяется в пределах 58-62% из-за того, что при концентрации последней менее 58% растворение гидрата окиси алюминия протекает относительно медленно, что существенно снижает производительность процесса синтеза. При концентрации H3PO4 более 62% процесс растворения с экзотермическим эффектом протекает настолько бурно, что необходимо отводить тепло, т. е. использовать охлаждение, в противном случае вязкость реакционной смеси и температура увеличиваются настолько быстро, что возможно вспенивание и выброс реакционной смеси из реактора.

Отношение окислов P2O5: (Al2O3 + Cr2O3) равно (2,2-2,4): [(0,4-0,5) + (0,5-0,6)] , что обеспечивается концентрацией используемой ортофосфорной кислоты и количеством вводимого гидрата окиси алюминия и хромового ангидрида. Получение связующего по предлагаемому способу обеспечивает необходимую молекулярно-дисперсную структуру раствора, в связи с чем образование надмолекулярных структур, предшествующее микрорасслаиванию, то есть переход от молекулярно-дисперсного к структурированному раствору происходит в процессе формирования покрытий на основе связующего.

В табл. 2 приведены обоснования выбранной исходной концентрации ортофосфорной кислоты.

Пример конкретного выполнения.

Для получения фосфатного связующего в стеклянный реактор емкостью 1 дм3, снабженный обратным холодильником, водяной рубашкой и мешалкой, загружают 421,1 г ортофосфорной кислоты с концентрацией 60%, затем в реактор загружают 62,9 г хромового ангидрида и смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 10 мин до получения прозрачного раствора темно-оранжевого цвета.

Затем в реактор загружают 37,0 г гидрата окиси алюминия и смесь нагревают до температуры кипения (111oC), после чего производят растворение гидрата окиси алюминия до получения гомогенного прозрачного раствора оранжевого цвета.

Полученный раствор охлаждают до температуры 80oC и в него порциями (со скоростью 0,5-0,6 г/мин) загружают параформ в количестве 14,4 г. Восстановление Cr6+ в Cr3+ проводят в интервале температур 80-95oC. После загрузки параформа смесь доводят до температуры кипения 104,5oC и кипятят в течение 30 мин до полного удаления углекислого газа, образовавшегося при окислении параформа.

Готовое связующее массой 500 г охлаждают до температуры 40oC и сливают из реактора в емкость для хранения. Получают вязкий раствор темно-зеленого цвета, прозрачный в тонких слоях, готовый к употреблению. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения фосфатного связующего, включающий перемешивание ортофосфорной кислоты с гидратом окиси алюминия при повышенной температуре и введение восстановителя, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют параформ, ортофосфорную кислоту концентрации 58 - 65% предварительно перемешивают с хромовым ангидридом, после чего растворяют гидрат окиси алюминия, затем полученную реакционную смесь охлаждают до температуры 80 - 95oС, вводят параформ, доводят реакционную смесь до кипения и выдерживают 30 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параформ вводят в стехиометрическом соотношении по отношению к хромовому ангидриду. 


РИСУНКИ

Рисунок 1