Способ получения раствора полисиликата лития Советский патент 1992 года по МПК C01B33/32 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения раствора полисиликата лития (литиевого ошиказоля), предназначенного для изготовления пленок различного назначения и для использования в составах композиционных материалов, в частности для изготовления антибликовых покрытий на экранах кинескопов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения раствора полисиликата лития взаимодействием свежеприготовленной активной кремневой кислоты с размером частиц менее 5 мкм, содержащей 1-7 мас.% SI02, полученной пропусканием водного силиката натрия или калия через колонны с ионообменными смолами, с водным раствором или порошкообразным гидроксидом лития при молярном отношении SI02/LI20 2,2-20.

Недостатками известного способа является необходимость работы с сильно разбавленными растворами на стадии ионного обмена и взаимодействия с гидроксидом лития, применение свежеприготовленного раствора кремневой кислоты, склонной к ге- леобразованию, значительное усложнение технологии и большие энергетические затраты, связанные с необходимостью концентрирования применяемых сильно разбавленных растворов под вакуумом в испарителе с температурой паровой рубашки 120-150°С, а также суммарная длительность процесса, которая включая стадий ионного обмена и упаривания, составляет 8-20 ч.

Целью изобретения является упрощение процесса при сохранении низкой вязкости продукта.

СЛ

С

vj W О О Ю С

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что взаимодействие сили- казоля с гидроксидом лития осуществляют при молярном отношении SI02/LI20 1-25 с использованием 20-40%-ного силиказоля, полученного щелочным гидролизом тетраэ- токсисилана (ТЭОС) и раствора гидроксида лития с содержанием LlaO 0,35-5,4 мас.%.

Предлагаемый способ проще по сравнению со способом-прототипом за счет исключения стадий ионообменного получения раствора активной кремневой кислоты и стадии вакуумного упаривания полученного раствора от содержания SI02 1-7 до 20-22 мас.%. Суммарное время процесса уменьшилось по сравнению с известным способом от 8-12 ч до 0,5-2 ч. При этом снижаются энергетические затраты за счет исключения упаривания упрощается технологическое оборудование, так как не применяются вакуумные испарители и ионообменные колонны, кроме того, снижается трудоемкость и материалоемкость процесса, отпадает необходимость регенерации применяемых в способе-прототипе катионо- и анионообменных смол.

Использование в процессе высококонцентрированных силиказолей с содержанием SiOa 20-49 мас.% и концентрированных растворов гидроксида лития (до 5,4 мас.% L120) позволяет вести процесс получения растворов полисиликата лития в интервале модулей 1-25 в одну стадию при перемешивании и температуре 40-60°С и получать раствор полисиликата лития с содержанием SI02 12-22 мас.%, т.е. в наиболее удобном для практического использования интервала концентраций. Полученный по предлагаемому способу раствор полисиликата лития имеет размер части 8-20 нм и вязкость 1,5-5,0 сСт, (в способе-прототипе 2,5- 15,5 сСт) что обеспечивает его высокую стабильность при хранении: допускаются значительные колебания температур при хранении и транспортировке продукта, в том числе замораживание золя (после раз- м,ораживания золь полностью восстанавливает свои свойства); срок хранения товарного продукта не менее 1 г. Низкая вязкость продукта делает его удобным в эксплуатации и обеспечивает бесперебойное функционирование оборудования по нанесению покрытий методом пульверизации.

Предпочтительно использовать в качестве исходного сырья товарный стабилизированный (устойчивый при хранении не менее 1 г.)силиказоль, полученный гидролизом тетраэтоксисилана с использованием в качестве щелочного катализатора гидролиза разбавленного раствора (0,7-1,5 мас.%)

аммиака. Такой золь имеет размер частиц 18-30 нм и вязкость не более 10 сСт.

Интервал содержания в исходном растворе силиказоля ограничивается снизу

(20 мас.%) задачей получения концентрированного раствора полисиликата лития (12 мас.% SIO2), который может служить товарным продуктом; максимальное содержание SI02 в исходном силиказоле (40 мас.%)

0, ограничивается техническими возможностями поддержания силиказоля в виде стабильного раствора со сравнительно низкой вязкостью без гелеобразования.

Минимальная концентрация применяе5 мого раствора гидроксида лития (в пересчете на LI20 0,35 мас.%) определяется необходимостью получения заданного модуля конечного раствора при максимальном содержании SiOa; максимальное содержа0 ние (5,4 мас.% LlaO) определяется растворимостью гидроксида лития в воде в интервале температур 40-60°С.

Процесс взаимодействия силиказоля с раствором гидроксида лития может быть

5 проведен при комнатной температуре через стадию гелеобразования с последующим самопроизвольным разжижением геля; перемешивание раствора в этом случае требу-г ется только на стадии смешивания

0 реагентов до стадии гелеобразования. Последующее разжижение геля происходит в течение 1-3 сут в зависимости от модуля и содержания сухих веществ в растворе, для получения однородного раствора требуется

5 кратковременное (в течение нескольких минут) перемешивание на завершающей стадии разжижения. Ведение процесса в течение нескольких суток предоставляется нецелесообразным. Повышение температу0 ры до 40-60°С позволяет провести процесс в течение 0,5-2 ч через стадию гелеобразования и быстрого разжижения или без изменения вязкости в зависимости от модуля и содержания SI02.

5 Пример1.В 250 г золя, полученного гидролизом ТЭОС в присутствии 0,7 мас.% аммиака, имеющего средний размер частиц 30 нм и вязкость 9 сСт (марки К-1) с содержанием 24%, вводят 215 г раствора,

0 содержащего 8,05 г LIOH (или 2,3 мас.% LI20), что соответствует молярному отношению SI02/LI20 5,9. Синтез ведут при комнатной температуре в течение 4 ч. Получают опалесцирующий матово-белый золь с со5 держанием SI02 12,9% и Li20 1,08%. Полученный продукт имеет вязкость 1,6 сСт и устойчивым при хранении в течение 18 мес. Пример 2. 85 г силиказоля с содержанием SI02 40 мас.%, полученного в присут- ствии щелочного катализатора (1,0 мас.%

и

..

ЫЩОН), нагревают до 60°С, вводят при перемешивании 67 г раствора, содержащего

.,4г LIOH (1,3 мае. % LlaO), что соответствует Si02:Ll2O 18.6, и процесс продолжают в течение 1 ч при 60±0,5°С. Получают опалес- цирующий полупрозрачный золь с содержанием SI02 22,4%, LI20 0,6%, вязкостью

4.5сСт и модулем 18,6.

Пример 3. В 200 г золя марки К-1 с содержанием 510220% вводят 38 г раствора LIOH, содержащего 1,99 г Lt20{5,2 мас.% LI20), что соответствует SI02:L)2O 10,0. Взаимодействие едут при 40°С в течение 0,5 ч и получают раствор с содержанием SI02 16,7%, LI20 0,83%, модулем 10,0 и вяз- костью 2,2 сСт.

П р и м е р 4. 36,1 г LIOH -hteO растворяют в 205 г воды (5,4 мас.% LteO) при нагревании и затем вводят 259 г.раствора, содержащего 75 г SI02 (29% SI02), что соот- ветствует S102:Li2O 2,9. Реакцию ведут при 50°С в течение 2 ч и получают прозрачный раствор с содержанием SIO2 15%, LI20 2,57% модулем 2,9 и вязкостью 1,9 сСт.

Пример 5. 30 г зрля с содержанием SI02 40 мас.%, описанного в прим ере 2,- смешивают с 70 г раствора, содержащего 0,24 г LI20 (0,35 мас.% LI20), для чего 0,67 г LIOH -Н20 растворяют в 69,33 г Н20 молярное отношение Si02:L)20 в смеси равно 25; получают раствор с содержанием SI02 12,0%, LI20 0,24% и модулем 25, вязкость продукта 1,8 сСт.

Устойчивость золей, описанных в примерах 2-5, не менее 1 г.

Примерб К 27 кремнезоля К-1 с содержанием SI02 20% приливают 73 г раствора, содержащего 4,32 г LIOH (3,6% LI20), перемешивание ведут при комнатной температуре в течение 0,5 ч. Получают 100 г раствора с модулем 1,0, содержанием SI02 5,4%. LI20 2,7%. Вязкость раствора 1,6 сСт. Раствор может быть упарен до содержания SIO2 15,0% без гелеобразования.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется быстротой, простотой и экономичностью, позволяет получить продукт, обладающий совокупностью физико-химических свойств, позволяющих создавать на его основе высококачественные покрытия на подложках из различных материалов и различного назначения, в частности равномерные светорассеивающие (антибликовые) покрытия дисплейных кинескопов, что значительно снижает нагрузку на зрение при работе с дисплеем, при сохранении исходного уровня контрастности и четкости изображения.

Формула изобретения Способ получения раствора полисиликата лития, включающий взаимодействие силиказоля и раствора гидроксида лития при перемешивании, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса при сохранении низкой вязкости продукта, взаимодействие осуществляется при молярном, отношении реагентов в пересчете на оксиды SI02:Li20 1-25; в качестве силиказоля используют силиказоль. полученный щелочным гидролизом тетраэтоксисилана, содержащий 20-40 мас.% SI02, и раствор гидроксида лития берут с содержанием 0,35-5,4 мае. % 5Ю2.

Изобретение относится к способу получения раствора полисиликата лития, применяемого для изготовления пленок, в частности антибликовых покрытий на экранах кинескопов в составах композиционных материалов и позволяет упростить процесс, сохранив низкую вязкость продукта. Силиказоль, полученный щелочным гидролизом тетраэтоксисилана, содержащий 20-40 мас.% SIO2, смешивают с раствором гидроксида лития, содержащим 0,35-5,4 мас.% SlaO, при молярном отношении реагентов в пересчете на оксиды Si02: SiaO 1:25.