ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2269553

НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПИГМЕНТ НА ОСНОВЕ ПИРОКСЕНОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПИГМЕНТ НА ОСНОВЕ ПИРОКСЕНОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Имя изобретателя: Радишевская Нина Ивановна (RU); Егорова Лидия Александровна (RU); Чапская Анастасия Юрьевна (RU); Егорова Екатерина Юрьевна (RU); Верещагин Владимир Иванович 
Имя патентообладателя: Томский политехнический университет (RU); Томский научный центр СО РАН
Адрес для переписки: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, Томский политехнический университет
Дата начала действия патента: 2004.05.13 

Изобретение может быть использовано в строительстве и химической промышленности при окрашивании строительных материалов и изделий, изготовлении эмалей, глазурей, керамических красок, наполнителей полимеров. Пироксеновый минерал - диопсид или волластонит - подвергают взаимодействию в растворе с солью, окрашенной катионом элемента триады железа - молибдофосфатом железа, кобальта или никеля, синтезированным и кристаллизованным непосредственно в растворе при 30-60°С. Взаимодействие и осаждение указанной соли на поверхности пироксенового минерала проводят 15-30 мин. Полученный осадок отфильтровывают и сушат. Неорганический пигмент содержит, мас.%: пироксеновый минерал 50÷90; молибдофосфат железа, кобальта или никеля 10÷50. Полученные пигменты имеют цветовую гамму от сиреневого до коричневого в зависимости от природы и количества хромофора, характеризуются повышенной интенсивностью окрашивания и чистотой цвета.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к производству неорганических пигментов и может быть использовано для изготовления эмалей, глазурей, керамических красок, наполнителей полимеров, а также для объемного и поверхностного окрашивания строительных материалов и изделий.

Известен состав неорганических пигментов, включающий пироксеновый минерал - диопсид и соединение триады железа - кобальт [Пищ И.В. Синтез диопсидсодержащих пигментов // Стекло и керамика. - 1981. - №3. - С.22-23].

Недостатком данного состава являются высокие энергетические затраты за счет высокотемпературного обжига смеси при 1200-1300°С, проводимого с целью взаимодействия минерала с соединением кобальта, выступающего в качестве хромофора [Погребенков В.М., Седельникова М.Б., Верещагин В.И. Получение керамических пигментов с диопсидовой структурой из талька // Стекло и керамика. - 1998. - №5].

Наиболее близким к заявляемому неорганическому пигменту является керамический пигмент на основе волластонита [Патент №2215715 RU. Способ получения керамических пигментов на основе волластонита. Седельникова М.Б., Неволин В.М., Погребенков В.М.]. Для его получения используют смесь волластонита в количестве 75-95 мас.% с хромофорами (солями переходных элементов 3-d группы) в количестве 5-25 мас.% в пересчете на оксид. Недостатком данного способа является то, что гель, образующийся в результате обработки смеси концентрированной соляной кислотой, после высушивания обжигают при температуре 1050-1100°С.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения неорганических пигментов на основе диопсида (пироксена) путем взаимодействия его с 25-50%-ными водными растворами солей из группы, включающей кобальт, никель, медь при 90-120°С в течение 15-60 мин [А.С. SU 1353787. Способ получения неорганических пигментов. В.И.Верещагин, В.А.Майдуров].

Недостатком данного способа является необходимость кипячения (90-120°С) в растворе солей и невысокая интенсивность окрашивания, связанная с процессами ионного обмена на поверхности зерен диопсида.

Задачей изобретения является снижение температурной обработки и увеличения интенсивности окрашивания минерала при малом количестве хромофора.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве веществ, содержащих хромофорные ионы элементов триады железа (железо, кобальт, никель), берут их молибдофосфаты при следующем соотношении компонентов, мас.%

Пироксеновый минерал - диопсид  
или волластонит 50-90
Молибдофосфат железа, кобальта или никеля 10-50 (табл.1)

Поставленная задача достигается тем, что молибдофосфаты элементов триады железа: Me[PMo12O40]·nH 2O, Ме2Н3[PMo11O 39]·nH2О, МеН3[(PO4 )2Мо5O15]·nH2 O, Ме2Н3[PMo6O24]·nH 2O [где Me=Fe(II,III), Co(II), Ni(II)], синтезированные и кристаллизованные в растворе при температурах 30-60°С в течение 15-30 мин, осаждают в процессе синтеза на дисперсный минерал (дисперсность менее 40 мкм), фильтруют и сушат при температуре 120-180°С. В кислой среде осаждаются Ме[PMo12 O40]·nH2О, в слабокислой - Ме 2Н3[РМо11О39]·nH 2O, в нейтральной - МеН3[(PO4) 2Мо5O15]·nH2O, Ме 2Н3[РМо6O24]·nH 2O (табл.2). При концентрации молибдофосфата железа, кобальта или никеля менее 10 мас.% количество осажденного хромофора незначительно и не приводит к заметному окрашиванию композиции. При высоких концентрациях (свыше 50%) и температурах выше 60°С идет кристаллизация примесных компонентов водного раствора. При температуре меньше 30°С интенсивность процесса осаждения низка.

Примеры

Пример №1. Оксид молибдена МоО 3 в количестве 0,9 г сплавляют с 0,5 г NaOH в тигле. Полученный сплав растворяют в 30 мл Н2O, приливают к нему 10 мл 1%-ного раствора гидрофосфата натрия Na2HPO 4 и 10 мл 5%-ного раствора хлорида кобальта CoCl2 . С помощью соляной кислоты раствор доводят до рН=5-6 и нагревают до 40-60°С. После чего добавляют 5 г волластонита, измельченного до прохода через сито N060. Взаимодействие компонентов осуществляется в течение 15 мин. После этого суспензию фильтруют, осадок переносят в керамическую емкость и сушат при 120-180°С.

Пример №2. Берут 30 мл 5%-ного раствора молибдата натрия Na2 MoO4, приливают к нему 10 мл 1%-ного раствора гидрофосфата натрия Na2HPO4 и 10 мл 5%-ного раствора хлорида кобальта CoCl2. С помощью соляной кислоты раствор доводят до рН=5-6 и нагревают до 40-60°С. После чего добавляют 5 г волластонита, измельченного до прохода через сито N060. Взаимодействие компонентов осуществляется в течение 15 мин. После этого суспензию фильтруют, осадок переносят в керамическую емкость и сушат при 120-180°С.

Температурный режим синтеза пигмента позволяет снизить энергетические затраты при его получении. Использование незначительного количества хромофора, а именно катиона переходного металла (железа, кобальта, никеля), приводит к интенсивному окрашиванию пироксенового минерала. Нанесение и распределение молибдофосфатов элементов триады железа на природный носитель значительно снижает стоимость пигмента.

Таблица 1

Характеристика пигмента в зависимости от состава
Молибдофосфат элемента триады железа Содержание, % Содержание хромофора в пересчете на оксиды, % Fe2O3, СоО, NiO Цвет l d, нм Чистота цвета, %
  соль минерал        
1 2 3 4 5 6 7
Молибдофосфат железа 50 50 3,81 Желтый 570 70
Молибдофосфат железа 25 75 1,95 Желтый 570 50
Молибдофосфат железа 5 95 0,38 Желтый 570 8
Молибдофосфат железа 50 50 6,94 Светло-бежевый 575 39
Молибдофосфат железа 25 75 3,47 Светло-бежевый 575 17
Молибдофосфат железа 5 95 0,69 Светло-бежевый 575 8
Молибдофосфат кобальта 50 50 3,25 Сиреневый 455 29
Молибдофосфат кобальта 25 75 1,62 Сиреневый 455 21
Молибдофосфат кобальта 5 95 0,32 Сиреневый 455 7
Молибдофосфат никеля 50 50 5,79 Светло-бирюзовый 520 5
Молибдофосфат никеля 25 75 2,89 Светло-бирюзовый 520 3
Молибдофосфат никеля 5 95 0,57 Светло-бирюзовый 520 2
Прототип:  
Диопсид + Fe2O3   90 10.0 Светло-коричн. 591 20
Диопсид + Fe2О3   80 20.0 Коричневый 591 50
Диопсид + СоО   95 5.0 Светло-сиренев. 455 18
Диопсид + СоО   90 10.0 Розовый 608 30
Диопсид + NiO   95 5.0 Светло-зеленый 525 7
диопсид + NiO   90 10.0 Салатный 535 7
где d - доминирующая длина волны

Таблица 2

Характеристика пигментов в зависимости от режимов обработки
Молибдофосфат элемента триады железа Среда Т°С синтеза t, мин Цвет l d, нм Чистота цвета, %
1 2 3 4 5 6 7
Молибдофосфат железа Кислая 30 30 Желтый 570 72
Молибдофосфат железа Кислая 45 20 Желтый 570 70
Молибдофосфат железа Кислая 60 15 Желтый 570 68
Молибдофосфат железа Нейтральная 30 30 Светло-бежевый 575 40
Молибдофосфат железа Нейтральная 45 20 Светло-бежевый 575 38
Молибдофосфат железа Нейтральная 60 15 Светло-бежевый 575 37
Молибдофосфат кобальта Слабокислая 30 30 Сиреневый 455 30
Молибдофосфат кобальта Слабокислая 45 20 Сиреневый 455 29
Молибдофосфат кобальта Слабокислая 60 15 Сиреневый 455 29
Молибдофосфат никеля Нейтральная 30 30 Светло-бирюзовый 520 5
Молибдофосфат никеля Нейтральная 45 20 Светло-бирюзовый 520 4
Молибдофосфат никеля Нейтральная 60 15 Светло-бирюзовый 520 4
Прототип:  
Диопсид + СоО Раствор CoCl2 90-120 15-60 Розовый 608 15
Диопсид + NiO Раствор NiCl 2 90-120 15-60 Салатный 535 5

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Неорганический пигмент на основе пироксенов, включающий один из пироксеновых минералов и соединение, окрашенное катионом элемента триады железа, отличающийся тем, что в качестве указанного соединения он содержит молибдофосфат железа, кобальта или никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%

Пироксеновый минерал - диопсид или волластонит 50-90
Молибдофосфат элемента триады железа (железо, кобальт, никель) 10-50

2. Способ получения неорганического пигмента на основе пироксенов, включающий взаимодействие пироксенового минерала с солью, окрашенной катионом элемента триады железа, в растворе, фильтрацию и сушку полученного осадка, отличающийся тем, что в качестве указанной соли используют молибдофосфат железа, кобальта или никеля, синтезированный и кристаллизованный непосредственно в растворе при 30-60°С, причем взаимодействие и его осаждение на поверхности пироксенового минерала проводят в течение 15-30 мин.

Версия для печати
Дата публикации 17.05.2007гг


вверх