НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПИГМЕНТ НА ОСНОВЕ ПИРОКСЕНОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C09C1/00 C01B25/26 C01G39/00 C01G49/00 

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 волластонит50-90Молибдофосфат железа, кобальта или никеля10-50 (табл.1)

Поставленная задача достигается тем, что молибдофосфаты элементов триады железа: Me[PMo₁₂O₄₀]·nH₂O, Ме₂Н₃[PMo₁₁O₃₉]·nH₂О, МеН₃[(PO₄)₂Мо₅O₁₅]·nH₂O, Ме₂Н₃[PMo₆O₂₄]·nH₂O [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[PMo₁₂O₄₀]·nH₂О, в слабокислой - Ме₂Н₃[РМо₁₁О₃₉]·nH₂O, в нейтральной - МеН₃[(PO₄)₂Мо₅O₁₅]·nH₂O, Ме₂Н₃[РМо₆O₂₄]·nH₂O (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 МоО₃ 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 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.

Пример №2. Берут 30 мл 5%-ного раствора молибдата натрия Na₂MoO₄, 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 составаМолибдофосфат элемента триады железаСодержание, %Содержание хромофора в пересчете на оксиды, % Fe₂O₃, СоО, NiOЦветλ_d, нмЧистота цвета, % сольминерал    1234567Молибдофосфат железа50503,81Желтый57070Молибдофосфат железа25751,95Желтый57050Молибдофосфат железа5950,38Желтый5708Молибдофосфат железа50506,94Светло-бежевый57539Молибдофосфат железа25753,47Светло-бежевый57517Молибдофосфат железа5950,69Светло-бежевый5758Молибдофосфат кобальта50503,25Сиреневый45529Молибдофосфат кобальта25751,62Сиреневый45521Молибдофосфат кобальта5950,32Сиреневый4557Молибдофосфат никеля50505,79Светло-бирюзовый5205Молибдофосфат никеля25752,89Светло-бирюзовый5203Молибдофосфат никеля5950,57Светло-бирюзовый5202Прототип: Диопсид + Fe₂O₃ 9010.0Светло-коричн.59120Диопсид + Fe₂О₃ 8020.0Коричневый59150Диопсид + СоО 955.0Светло-сиренев.45518Диопсид + СоО 9010.0Розовый60830Диопсид + NiO 955.0Светло-зеленый5257диопсид + NiO 9010.0Салатный5357где λ_d - доминирующая длина волны

Таблица 2
Характеристика пигментов в зависимости от режимов обработкиМолибдофосфат элемента триады железаСредаТ°С синтезаτ, минЦветλ_d, нмЧистота цвета, %1234567Молибдофосфат железаКислая3030Желтый57072Молибдофосфат железаКислая4520Желтый57070Молибдофосфат железаКислая6015Желтый57068Молибдофосфат железаНейтральная3030Светло-бежевый57540Молибдофосфат железаНейтральная4520Светло-бежевый57538Молибдофосфат железаНейтральная6015Светло-бежевый57537Молибдофосфат кобальтаСлабокислая3030Сиреневый45530Молибдофосфат кобальтаСлабокислая4520Сиреневый45529Молибдофосфат кобальтаСлабокислая6015Сиреневый45529Молибдофосфат никеляНейтральная3030Светло-бирюзовый5205Молибдофосфат никеляНейтральная4520Светло-бирюзовый5204Молибдофосфат никеляНейтральная6015Светло-бирюзовый5204Прототип: Диопсид + СоОРаствор CoCl₂90-12015-60Розовый60815Диопсид + NiOРаствор NiCl₂90-12015-60Салатный5355

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. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

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 волластонит50-90Молибдофосфат элемента триады железа (железо, кобальт, никель)10-50