Способ получения модифицированной двуокиси кремния

 

Изобретение относится к способу получения модифицированной двуокиси кремния и позволяет повысить седиментационную устойчивость лаков, а также твердость и светостойкость лаковых покрытий при использовании модифицированной двуокиси кремния в качестве матирующего агента. Раствор силиката натрия карбонизируют смесью углекислоты и воздуха при нагревании до получения суспензии двуокиси кремния. Двуокись кремния промывают. К суспензии двуокиси кремния добавляют аминоспирт в количестве 1,5-7,0% от массы носителя. Суспензию высушивают в распылительной ;с сушилке при.40-170 с. Модифицирован- .. ную двуокись кремния измельчают на мельнице. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

2 289 А1 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(21) 3867290/23-26 (22) 06.03.85 (46) 07.08.87. Зюл. У 29 (72) Л., В. Сытник, А.Н. Козлов, Э.А. Садова, Л.Н. Ратушная, И.В. Остроухов, А.С. Бондаренко, Ю.П. Лебеденко, В.М. Утешев, В.А. Сысоев, В.Ф. Соболев, В.В. Деревянко, В.А. Ямский и Е.С. Драбкина (53) 543.544 (088.8) (56) Патент Англии 11- 2139204, кл. В 33/18, 1983.

Патент США 11 4121946, .кл. 106-308, 1978. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ (51) 4 С 01 В 33/18, В О1 д 20/10, С 09 D 7/00 (57) Изобретение относитсяк способу получения модифицированной двуокиси кремния и позволяет повысить седиментационную устойчивость лаков, а также твердость и светостойкость лаковых покрытий при использовании модифицированной двуокиси кремния в качестве матирующего агента. Раствор силиката натрия карбонизируют смесью углекислоты и воздуха при нагревании до получения суспензии двуокиси кремния. Двуокись кремния промывают. К суспензии двуокиси крем- ния добавляют аминоспирт в количестве 1,5-7,07 от массы носителя. Суспензию высушивают в распылительной О сушилке при 40-170 С. Модифицировано е ную двуокись кремния измельчают на мельнице. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1

1328

Изобретение относится к способам получения модифицированной двуокиси кремния и может найти применение в химической промышленности в произ5 водстве кремнеземных адсорбентов на полнителей, используемых в качестве матирующих средств для лаков и покрытий.

Целью изобретения является повыше- 10 ние седиментационной устойчивости лаков, а также твердости и светостойкости лаковых покрытий при использовании модифицированнбй двуокиси кремния в качестве матирующего агента.

Пример 1. 1520 кг раствора силиката натрия плотностью 1,065, содержащего 76 кг двуокиси кремния, нао гревают в реакторе до 92 С и карбонизируют смесью углекислоты и воздуха, содержащей 207 углекислоты,в течение

1-15 . ч до получения суспензии осажденной двуокиси кремния с рН 10,6.

Щелочную суспензию обрабатывают при перемешивании серной или соляной кис- 25 латой до рН 1,5 — 2,4. Кислую суспензию фильтруют, осадок промывают водой. Путем репульпации в воде отмытого осадка двуокиси кремния получают 870 кг суспензии плотностью З0

1,05, содержащей 87 кг твердой фазы, с показателем рН 5,5. К данной суспензии при перемешивании добавляют

4,35 кг триэтаноламина, что составляет 57. от массы твердой фазы в суспензии. Обработанную таким образом суспензию высушивают в распылительной сушилке при температуре двуокиси кремния 100 С и получают 91,0 кг сухой модифицированной двуокиси 40 кремния, которую измельчают в воздухоструйной мельнице.

В результате получают 89,2 кг продукта с содержанием гидроксильных групп 1,55 X (против 1,957 у

45 исходной немодифицированной двуокиси кремнгя, что соответствует ступени дегидратации 0,8}; массовая доля триэтаноламина 47.; рН водной вытяжки 8,75; массовая доля агрегатов частиц,%:>5 мкм 95,4; Ъ Змкм 84,7;

>l мкм 58.8 °

П ри м е р 2, 1520 кг раствора силиката натрияплотностью 1,085, содержаще.— го 106.,4 кг двуокиси кремния, нагре.= вают в реакторе до 80 С и карбонизируют смесью углекислоты и воздуха в течение, 32 ч до получения суспензии осажденной двуокиси кремния с рН 9,2.

289

Щелочную суспензию фильтруют, осадок, содержащий 85 мас.X воды, обрабатывают механически путем перемешивания в мешалке или ином устройстве до разжижения, получают 470 кг суспензии, содержащей 70,5 кг твердой фазы.

Данную щелочную суспензию обрабатывают гранулированным катионитом в

H-форме в пульсационной колонне.

Количеством катионита и режимом обработки обеспечивается получение суспензии с рН 4,0. К 470 кг такой суспензии, содержащей 70,5 кг твердой фазы, добавляют при перемешивании 4,94 кг триэтаноламина, что составляет 7Х от массы твердой фазы.

Обработанную триэтаноламином суспенэию высушивают в распылительной сушилке или в сушилке со встречными струями при температуре двуокиси кремния 150 С. Высушенную модифицированную двуокись кремния. измельчают в трехступенчатой дисковой мельнице..

Получают 125,8 кг продукта с содержанием гидроксильных групп 2,17 (против 3,5Х у соответствующей немодифицированной двуокиси кремния, степень дегидратации 0,8); массовая доля триэтаноламина -5,57., рН водной вытяжки 9,2, массовая доля агрегатов частиц,Х: >5 мкм 90,4; ) 3 мкм

80,7;. ) 1 мкм 66,6.

Пример 3. 1520 кг раствора силиката натрия плотностью l,l со" держащего 8,9 мас.X двуокиси кремния (121,6 кг), нагревают в реакторе до 63 С и карбониирзуют в течение

3 ч до получения суспензии двуокиси кремния с рН 10,0. Щелочную суспенэию фильтруют. Возможна частичная отмывка осадка от солей. Далее осадок репульпируют в воде с получением

1550 кг суспензии плотностью 1,05, содержащей 155 кг твердой фазы. Возможна термообработка суспенэии путем нагревания до 80-100 С и выдержки .. при такой температуре в течение

0,5-1,5 ч.. Затем суспензию обрабатывают катионитом в Н-форме. КоличестВоМ катионита и режимом, обработки обеспечивают получение суспензии с рН 8,5. К суспензии добавляют триэтаноламин в количестве 2,3 кг, что соответствует 1,5Х от массы твердой фазы. Далее суспенэию высушивают при о температуре двуокиси кремния 40 С.

Получают 149 кг продукта с содержанием гидроксильных групп 1,47

28289 амина, что соответствует 1,2Е от массы твердой фазы. Далее суспензию высушивают в сушилке псевдоожиженного слоя при температуре двуокиси

5 кремния 80 С. о

Получают 1487 кг продукта с со50

3

13 (нротив 1,5 . у соответствующей немодифицированной двуокиси кремния, степень дигидратации 0,93); массовая доля триэтаноламина 0,9 ., piI водной вытяжки 3,2; массовая доля агрегатов частиц, : ) 5 мкм 94,7; > 3 мкм 86,0;

)1 мкм 56,0.

Пример 4. 1520 кг раствора силиката натрия, содержащего б . мас. . двуокиси кремния, и 2,5 м /ч суспензии осажденной двуокиси кремния подвергают непрерывному взаимодействию в реакторе, снабженном мешалкой.Реакционную смесь подают во второй реактор, куда одновременно вводят 7м /ч з

10%-ного водного раствора соляной кислоты, содержащего 5 г/л СаС1 и

2,6 г/л NaC1 регулируя величину рН в пределах 3-5. Затем полученную смесь направляют в третий реактор, снабженный мешалкой, куда подается

1,5 м /ч раствора силиката натрия, з которым регулируют рН в пределах

6,5-7,5.

Полученную суспензию фильтруют от маточного раствора. Осадок двуокиси кремния промывают водой, после чего репульпируют в воде с образованием 20 м1 суспензии плотностью 1 05 г/см, содержащей

2,1 т твердой фазы. К суспензии добавляют при перемешивании 63 кг моноэтаноламина, что составляет 3% по отношению к массе твердой фазы.

После сушки суспензии в распылительной сушилке при температуре двуо окиси кремния 120 С получают 2 т модифицированной двуокиси кремния с содержанием гидроксильных групп 1,2 (против 1,5 соответственно у немодифицированной двуокиси кремния, .степень дегидратации 0,8);массовая доля моноэтаноламина 1,9 ; рН водной вытяжки 8,6, массовая доля агрегатов частиц,%: ) 5 мкм 99,0; > 3 мкм 90,0;

)1 мкм 69,2.

Пример 5. 1520 кг раствора силиката натрия плотностью 1,1, содержащего 121,6 кг двуокиси кремния, нагревают в реакторе до 63 С и карбонизируют в течение 3 ч до получения суспензии двуокиси кремния с рН 10,0.

Щелочную суспензию обрабатывают как в примере 3 вплоть до получения

1550 кг суспензии с рН 8,5, содержащей 155 кг двуокиси кремния. К суспензии добавляют 1,86 кг триэтанол10

45 держанием гидроксильных групп 1,7%, (против 1,72 . у соответствующей немодифицированной двуокиси кремния), массовая доля триэтаноламина О,б .; массовая доля частиц, -: )5 5 мМк м 9911,2;

)3 мкм 78,2; ) 1 мкм 50 8.

Пример 6. 1520 кг раствора силиката натрия плотностью 1,085, содержащего 106,4 кг двуокиси кремния, обрабатывают как описано в примере 2 вплоть до получения 470 кг суспензии с рН 4,0, содержащей

70,5 кг твержой фазы. К данной суспензии добавляют при перемешивании

5,22 кг триэтаноламина, что составляет 7,4 от массы твердой фазы.Обработанная триэтаноламином суспензия высушивается в распылительной сушилке при температуре двуокиси кремния 170 С и измельчается как о описано в примере 2.

Получают 126,3 кг продукта с содержанием гидроксильных групп 1,55, (соответственно у немодифицированной двуокиси кремния 2,6, степень дегидратации 0,6), массовая доля триэтаноламина 5,8Е, рН водной вытяжки

9,5, массовая доля частиц,X . ) 5 мкм

95,0 ) 3 мкм 81,3 ) 1 мкм 65,0.

В табл. 1 приведены показатели качества нитроцеллюлозного лака.

НЦ-243.

Модифицированная двуокись кремния, полученная при предлагаемых параметрах способа, придает лаку большую седиментационную устойчивость и пок" рытиям более быстрое высыхание, большую эластичность (изгиб), больший матирующий эффект (меньше блеск) и большую твердость в сравнении с двуокисью кремния по известному способу.

При количестве аминоспирта, мень шем нижнего граничного значения, и при температуре сушки выше верхнего граничного значения и ниже нижнего (соответственно примерам 7,9,10) лак имеет худшую седиментационную устойчивость, покрытия медленней высыхают, имеют меньшую твердость и эластичность, больший блеск и значительно

1328289

Таблица !

Показатели с использованием модифицированной двуокиси кремния по примеру

Характеристик нитроцеллюлоэ ного лака окаэа елн ту Предлагаемому Известому

4 3 6 5 У 8. 9 !9

М

Внещннй вид лака

Непрозрачная суспензия светло-велтого цвета

Слабая белесоватость

Внешний вид пленки лака

Ровная матовая поверхность> без видитвсс дефектов

32 30 30 30 34

26-32 26 27 30 . Э4

Содерваиие нелетучих веществ, й

58 55

50 60 60 57 62

Условная вяэ- 35-80 60 60 кость по виско" эиметру 83-4,с

6! 05 05 05 05 05 I

Время высыхания степени

3 при

20 2 С,ч

IO 5 IO IO !О

Э 5

Изгиб покрытия, 4!О 3 5 менее водостойки. При количестве аминоспирта, большем верхнего граничного значения (пример 8), качест-, во лака и покрытия не уступает таковому при предлагаемых значениях параметров, что доказывает правильность установленного верхнего предела количества аминоспирта и нецелесообразность его превышения.

В табл. 2 приведено качество меламиноалкидного лака кислотного отверждения MJI-2111.

Модифицированная двуокись кремния, полученная при предлагаемых значениях параметров и при превышении верхнего граничного значения количества аминоспирта (пример 8), превосходит дву-. окись кремния по известному способу по жизнеспособности и агрегативной устойчивости лака, времени высыхания, твердости и светостойкости покрытий, Модифицированная двуокись кремния, полученная при остальных трех запредельных значениях параметров (примеры 7,9,10), значительно уступает двуокиси кремния, полученной в оптимальных условиях предлагаемого способа и по известному способу по перечисленным показателям лака и покрытий. Повышение верхнего граничного значения количества аминоспирта (пример 8) нецелесообразно, так как при этом расходуется больше аминоспирта, а показатели качества лака и покрытий не изменяются в сравнении с верхним граничным значением.

В табл. 3 приведено качество полиуретанового лака и покрытий.

Качество покрытий лака с модифицированной по предлагаемому способу двуокиси кремния, полученной при установленных значениях параметров, превосходит качество покрытий с модифицированной двуокисью кремния,. полученной при запредельных значе l0 ниях параметров, и по известному способу по показателям внешнего вида, времени высыхания, светостойкости, стойкости к действию воды и эластичности, !

Формула из о бр етения !

1. Способ получения модифицированной двуокиси кремния, включающий осаждение кремнезема из раствора силиката натрия, обработку его аминоспиртом, сушку и помол, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения седиментационной устойчивости лаков, а также твердости и светостойкости лаковых покрытий при использовании модифицированной двуокиси кремния в качестве матирующего агента за счет снижения количества привитого аминоспирта, . обработку

ЗО аминоспиртом ведут в водной суспензии кремнезема при содержании аминоспирта — 1,5-7,0 мас.7. по отношению к кремнезему.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю—

35 щ и и с я тем, что сушку проводят при 40-170 С.

1328289

Продолжение табл.1

Характеристик

"иитроделлк>лоэ ного лака

Поквэвтелн с испольэоэвиием модифицированной двуокиси кремния по примеру оквэ о

ГОСТУ Предлагаемому

11г ?vs t1

Иээестиому

Твердость по- ф0>4 крытил по мвлтникоеому прн6>>l>ó> усл ° ел

0>55 0,55 0,57 0,53 0,4 0>SS 0,37 0>4 0>4

23 18 20

6 6 8

7 "13 8

Блеск покрытия> <20

I 1 1

Услоэивл свето- ) I стойкость покрытил, ч

2 1 Ь

60 60 60

20 20 18 20 55 20 80 52 70

60 60 60

Теплостойкость ФЗО пленим прн

60 С, >е>н

3 Ь 3 6 3 6!

Таблмц.а 2

Л »

Покаэвтелн с испольэоввнием модифицированной двуокиси кремния по примеру »»

1, Характеристики Нокаэв

ыеламидиоалкнд-тели ного лака по

rOCTy предлагаеиому

4 5 3 6. 7 8 9 IO ест"

Количество двуокиси кремния а лаке, мвс.X

4,9, 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 S,2

Фиэнеспособ" ность лвкв>ч 24

48 .48 48 48 48 . 48 21 23 17

20.С

60 60 55 . 60 60 92 SO 114 96 120

55 С

20 15 15 15 20 26 20 30 25 30

Блеск покрытия, 2

25 25 30 26 Э2 31 28

20-32 27 25

0,61 0,67 0,6 0,65 0,5 0,60 0>4 0,48 0,47

Стойкость покрытия к действ>ео воды, ч

Стабильность лака а теча- . ние. 6 мес. (X оседания мат.агента) Количество дв7>» окиси кремния . в лаке, мвсЛ

Бремя высыхвнил пленки лака до степени 3, мии лри температуре

Относительнвл твердость покры; тля, усл.ед, 1

1 Черве

1 ч понелте

>>I>O

Ь 6 Ь . 6 2 6

3 3, 3,3 Ý,3 3,2 З,Ь 3,6

Черве Черве Черве

1 ч по-lч мо- 1ч понелта- мелте мелтенне нме мнв!

Продолжение табл.2

l 328289

Характеристики Покаэа меламнлноалкид- тели ного лака по

ГОСТУ

Светостойкость покрытия, Ч

2 4 3,5 3,5 3,5 2, 4 3, 5 1, 5 2, 7 2

Лгрегативная устойчивость двуокиси кремния в лаке (502 о!1ветвление полуфабрика та лака)> сут

50 55 50 55 60 38 50 17 32 14

Однородно матовое, беэ дефектов

Т а Ь л и и а 3

Показа Показатели с испольэованием модифицированной двуокиси, кремния тели ло примеру

ТУ

Количество двуокиси кремния в лаке, мас,Х

56 10

S 6

5>6 S,6 5>6 5,6 5,6 5,6

Миэнеспособность лака, ч

8 8

8 8 - 8 & 8

Виеиний вид покрытия

Равномерно матовое, беэ дефекта

2,4 2

1 2,5 1

2 1 1

Время высыхания до сте пени 3 при температуре

20э2 С, ч

23 16

l2

I2 l5

15-30 15 22 12

Блеск покрытия,Z

0,5 0,52 0,53 O,S 0,51 0,5 0,54 0,5 0>53 0,5

Твкрдость покрытия по маятниковому прибору, усл. ед.

Теплостойкость покрытия при

150т4 С, мнн

30 30

30

30 30

30 30 30

Условная светостойкость ч

2 2

2 6 6 6 6

Ф

Внешний внд покрытия

Характеристики полиуретанового лака

1 2 3

Покаэвтели с испольэованием модифицированной двуокиси кремния по примеру предлагаемому иэвест"

4 S 3 6 7 8 9 1О ! предлагаемому иэвест4 5 6 7 8 9 10 11

С белесо- Однород- С белесовым оттенком вым от- но мвтотенком вое

1328289

12

Продолжение табл.З

Характеристики полнуретанового лака окав елн эвестому

Г 1 1

24 24

24

Побеление

24 24 24 24 24 24

Побеленне

Зпастичностэ (яэгиб) покрытия, мм

10 10

3 . 3 3 3

10 с10 3 3

l0 10

4 4 10

Составитель И. Тарасова ,Редактор Л. Лангазо Техред Л.Сердюкова Корректор А. Ильин

Заказ 3444/24 Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Стобкостэ покрытнк к двйствюэ води, ч

Стабилэност р полуфабрикато-. вов лака при кракении в течение мес (э оседания мат. агента) Покаэатели с нсполъэованиен моднбнцнрованной двуокиси, креюак по примеру

4 3 3 6 7 8 9 1