СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО Российский патент 2000 года по МПК C04B12/02 

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 120^oC.

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

Температура введения параформа равняется 80-95^oC, 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 (111^oC), после чего производят растворение гидрата окиси алюминия до получения гомогенного прозрачного раствора оранжевого цвета.

Полученный раствор охлаждают до температуры 80^oC 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 80-95^oC. После загрузки параформа смесь доводят до температуры кипения 104,5^oC и кипятят в течение 30 мин до полного удаления углекислого газа, образовавшегося при окислении параформа.

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

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.

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 - 95^oС, 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.