СОЛИ ПРОИЗВОДНЫЕ КАПРОЛАКТАМА КАК МОДИФИКАТОРЫ ГЛИН Российский патент 1999 года по МПК C04B33/04 C07D223/10 

Изобретение относится к получению модифицированных слоистых силикатов и может быть использовано в производстве красок, покрывной эмали, шпаклевок, бытовых красок, в керамической промышленности при получении безводных формовочных смесей, в качестве активных наполнителей полимеров и резин, для смазочно-охлаждающих жидкостей, приготовления буровых растворов на нефтяной основе.

В качестве модификаторов, улучшающих олеофильные свойства глин, широкое распространение подучили азотсодержащие соединения жирного ряда.

Известно использование в качестве модификатора глин (авт.свид. СССР N 757497, кл. C 04 B 33/04, 1980) солей общей формулы

где R - углеводородный радикал с числом углеродных атомов 5 - 50;
n - 1 - 5;
X - анион кислоты,
которые являются солеобразными продуктами взаимодействия полиизобутенилянтарного ангидрида с полиэтиленполиаминами.

Недостатками таких модификаторов глин являются их высокая стоимость, дефицитность сырьевых материалов, сложность синтеза и невысокие гидрофобные свойства глин на их основе.

Изобретение направлено на расширение сырьевой базы для получения органоглин, снижение их стоимости, улучшение их гидрофобных свойств, утилизация) техногенных отходов, используемых в качестве модификатора глин.

Это достигается использованием в качестве модификаторов глин продуктов кислотной обработки отходов производства капролактама, а именно кубовых остатков дистилляции капролактама (КОДК), общей формулы

где n = 1 - 5;
X - анион минеральной кислоты
как модификаторы глин.

КОДК представляют собой смесь олигомеров капролактама с молекулярной массой 200 - 800 у.е. Усредненный состав полимера, мас.%:
Капролактам - 10 - 15
Олигомер - 85 - 90
При обычных условиях КОДК представляют собой воскообразное вещество (плотностью 1302 кг/м³), температура размягчения 85 - 89^oC, цвет охристый.

При взаимодействии КОДК с минеральными кислотами (H₂SO₄, HCl, HNO₃) они переходят в устойчивую однородную густую медообразную массу, способную в течение длительного времени не кристаллизоваться, с плотностью 1325 -1357 кг/м³ и удельной электропроводностью (1,5 - 3,2)•10^-31/ом•см.

При обработке глины этими модификаторами получается модифицированная глина, которая проявляет гидрофобные свойства: глина переходит в соляровое масло после взбалтывания в смеси масло - вода, величина смачивания на поверхности этой глины составляет - 0,61<cos θ <-0,57; набухаемость глины в смеси толуол (90%) - метанол (10%) выше известного аналога (см. таблицу).

Механизм взаимодействия модифицированных КОДК с поверхностью глины можно представить следующим образом.

Молекулы КОДК силами адсорбционного взаимодействия втягиваются в межслоевое пространство слоистых силикатов, каковыми являются глины, например, монтмориллонитовой группы. Фиксируясь на поверхности глинистых частиц (пластинок глины), они препятствуют адсорбции молекул воды, а также вытесняют ее из межслоевого пространства. В результате этих процессов глина теряет присущие ей гидрофильные свойства и, напротив, приобретает сродство к неполярным жидкостям, что и позволяет получать на ее основе устойчивые органосуспензии.

При контакте обработанной глины модифицированными КОДК с соляровым маслом происходит ассоциация углеводородных цепей и резко увеличивается набухаемость глины. Фильтрационный анализ показал, что скорость фильтрации суспензий с модифицированной глиной увеличивается в три раза по сравнению с аналогом (см. таблицу). Высокая степень водоотдачи имеет существенное положительное значение для создания композиций быстрофильтрующихся керамических масс для производства сантехнических изделий, фаянса, радиотехнической керамики.

Фильтрационный анализ проводился с использованием воронки Бюхнера под вакуумом ( - 1 кг/см²), на основании этих данных определяли степень водоотдачи (см. табл.).

Таким образом, получено химическое вещество, структура которого является модификацией известного химического соединения.

Отсутствие в патентной и научно-технической литературе по данной и смежным областям техники аналогичных или близких по технической сущности решений делает изобретение удовлетворяющим критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Пример 1. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и термометром, загружали 100 в.ч. КОДК, подогревали до температуры расплава и добавляли по каплям при перемешивании в течение 0,5 часа 73 мл концентрированной серной кислоты, затем температуру повышали до 110^oC и вели процесс, поддерживая давление 600 - 620 мм рт.ст. Процесс заканчивается при получении однородной густой медообразной массы.

Пример 2. Для модификации использовали веселовскую глину (для сантехнических изделий). В колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, помещали 40 в.ч. продукта, полученного по примеру 1, и при перемешивании и нагревании до 100^oC вносили, например, 80 в.ч. глины (т.к. количество глины не влияет на поставленную цель и результаты), перемешивали в течение часа при t = 100^oC, после чего глину отфильтровывали, промывали фильтр с осадком водой. Осадок сушили при 105^oC (до постоянного веса).

Гидрофобные свойства полученных образцов глин характеризовали следующими показателями: набухаемость в органических растворителях, величина смачивания (COS θ) водой поверхности полученной глины, степень водоотдачи (фильтрации).

В таблице приведены данные о свойствах органоглин, полученных на основе предлагаемого и известных модификаторов.

Как видно из таблицы, глина модифицированная с помощью предлагаемого модификатора, по своим свойствам не уступает зарубежному аналогу - Бентон 18^oC.

Так как модификатор получают из твердых отходов производства капролактама, то стоимость его значительно ниже, чем закупаемого за рубежом. Производство модификатора на основе минеральных кислот значительно проще и не требует дефицитных, дорогостоящих компонентов, а глина, полученная после обработки, обладает высокой степенью гидрофобности -0,61 < COS θ < -0,57, что соответствует цели изобретения.

Предлагаемый модификатор позволяет расширить сырьевую базу, отказаться от жирового сырья, получить дешевый, отечественный продукт с гидрофобными свойствами, не уступающими лучшим зарубежным аналогам.

Соли применимы при получении модифицированных слоистых силикатов в производстве красок, покрывной эмали, шпаклевок, бытовых красок, в керамической промышленности при получении безводных формовочных смесей, в качестве активных наполнителей полимеров и резин, для смазочно-охлаждающих жидкостей, приготовления буровых растворов на нефтяной основе. Предложено использовать соли производные капролактама общей формулы

где n = 1^oC5;
X^- - анион минеральной кислоты (Cl^-, NO-3

Соли производные капролактама общей формулы

где n = 1 - 5;
X^- - анион минеральной кислоты (Cl^-, NO-3