Способ получения модифицированной двуокиси кремния

(56) Патент Анг кл. В 33/18, 19 ОВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Патент США У 4121946(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОЙ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ(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 й сушилке при 40-170 С. Модифицированоеную двуокись кремния измельчают на мельнице. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.11328Изобретение относится к способамполучения модифицированной двуокисикремния и может найти применение вхимической промышленности в произ 5водстве кремнеземных адсорбентов наполнителей, используемых в качествематирующих средств для лаков и покрытий.Целью изобретения является повышение седиментационной устойчивости лаков, а также твердости и светостойкости лаковых покрытий при использовании модифицированной двуокиси кремния в качестве матирующего агента. 15П р и м е р 1. 1520 кг растворасиликата натрия плотностью 1,065, содержащего 76 кг двуокиси кремния, наогревают в реакторе до 92 С и карбонизируют смесью углекислоты и воздуха,содержащей 207 углекислоты,в течение1-1,5 ч до получения суспензии осажденной двуокиси кремния с рН 10,6,Щелочную суспензию обрабатывают приперемешивании серной или соляной кислатой до рН 1,5 - 2,4. Кислую суспензию Фильтруют, осадок промываютводой. Путем репульпации в водеотмытого осадка двуокиси кремнияполучают 870 кг суспензии плотностью З 01,05, содержащей 87 кг твердой фазы,с показателем рН 5,5, К данной суспензии при перемешивании добавляют4,35 кг триэтаноламина, что составляет 57. от массы твердой фазы в суспензии. Обработанную таким образомсуспензию высушивают в распылительной сушилке при температуре двуокисикремния 100 С и получают 91,0 кгсухой модифицированной двуокиси 40кремния, которую измельчают в воздухоструйной мельнице.В результате получают 89,2 кгпродукта с содержанием гидроксильных групп 1,55 7 (против 1,957 у45исходной немодифицированной двуокиси кремнгя, что соответствует ступени дегидратации 0,8); массовая долятриэтаноламина 47.; рН водной вытяжки 8,75; массовая доля агрегатов50частиц,%:5 мкм 95,4; )Змкм 84,7;1 мкм 58,8,П р и м е р 2, 1520 кг раствора силиката натрияплотностью 1,085, содержаще. -го 1064 кг двуокиси кремния, нагре:вают в реакторе до 80 С и карбонизируют смесью углекислоты и воздуха втечение 1)2 ч до получения суспензииосажденной двуокиси кремния с рН 9,2. 2892Щелочную суспензию фильтруют, осадок, содержащий 85 мас.7 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 Н-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 77 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 3,57. у соответствующей не- модифицированной двуокиси кремния, степень дегидратации 0,8); массовая доля триэтаноламина 5,57., рН водной вытяжки 9,2, массовая доля агрегатов частиц,7:5 мкм 90,4; ) 3 мкм 80,7;. ) 1 мкм Ьб,б.П р и м е р 3. 1520 кг раствора силиката натрия плотностью 1,1, со" держащего 8,9 мас.7. 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 выдержкипри 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 1,57 от массы твердой фазы, Далее суспенэию высушивают прио температуре двуокиси кремния 40 С,Получают 149 кг продукта с содержанием гидроксильных групп 1,4728289амина, что соответствует 1,2 Е от массы твердой фазы, 11 алее суспензию высушивают в сушилке псевдоожиженного слоя при температуре двуокиси 5кремния 80 С.оПолучают 1487 кг продукта с со 50 55 313(против 1,5 . у соответствующей немодифицированной двуокиси кремния, степень дигидратации 0,93); массовая доля триэтаноламина 0,9 ., рН воднойвытяжки 3,2; массовая доля агрегатовчастиц,: ) 5 мкм 94,7; ) 3 мкм 86,0;. двуокиси кремния, и 2,5 м /ч суспензии осажденной двуокиси кремния подвергают непрерывному взаимодействиюв реакторе, снабженном мешалкой.Реакционную смесь подают во второй реактор, куда одновременно вводят 7 м /чз10 -ного водного раствора солянойкислоты, содержащего 5 г/л СаГ 1 и2,6 г/л МаС 1, регулируя величину рНв пределах 3-5. Затем полученнуюсмесь направляют в третий реактор,снабженный мешалкой, куда подается1,5 м /ч раствора силиката натрия,3которым регулируют рН в пределах6,5-7,5.Полученную суспензию фильтруютот маточного раствора. Осадокдвуокиси кремния промывают водой,после чего репульпируют в водес образованием 20 м суспензииплотностью 1,05 г/см , содержащей2,1 т твердой фазы, К суспензии добавляют при перемешивании 63 кг моноэтаноламина, что составляет З поотношению к массе твердой фазы.После сушки суспензии в распылительной сушилке при температуре двуоокиси кремния 120 С получают 2 т модифицированной двуокиси кремния с содержанием гидроксильных групп 1,2)1 мкм 69,2. П р и м е р 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 триэтанол 1 О 15 20 25 30 35 40 45 держанием гидроксильных групп 1,7 ,(против 1,72 , у соответствующей не- модифицированной двуокиси кремния), массовая доля триэтаноламина 0,6 .; массовая доля частиц, .: )5 мкм 91,2; )3 мкм 78,2; ) 1 мкм 50,8.П р и м е р 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 отмассы твердой фазы,Обработанная триэтаноламином суспензия высушивается в распылительной сушилке при температуре двуокиси кремния 170 С и измельчается какоописано 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 5,8 Е, рН водной вытяжки 9,5, массовая доля частиц, .5 мкм 95,0 ) 3 мкм 81,3 ) 1 мкм 65,0.В табл. 1 приведены показатели качества нитроцеллюлозного лака, НЦ.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, меньфшем 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 значительно1328289 ТаблицаПоказатели с использованием модиФицированной двуокисикремния по примеру Характеристикнитроцеллюлоэного лака окаэа Ту нзия светло"велтого цвета невнийака Непрозрачная с Слабая белесовато Зн вая поверхность деФектов ний внд кн лак Ровна без в 4 32 30 30 30,32 26 рваниетучихств, Й 60 57 62 0 60 ная вяэ-60 по вискоРУ ВЗ"4,с сл ос им0,5Время высьг.хання степ3 при20 т 2 С,ч О О О покрытия, О Иэ 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 превьппения.В табл. 2 приведено качество меламиноалкидного лака кислотного отверждения МЛ.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. Повьппение 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. 6В табл. 3 приведено качество полиуретанового лака и покрытий.Качество покрытий лака с модифицированной по предлагаемому способудвуокиси кремния, полученной приустановленных значениях параметров,превосходит качество покрытий с модифицированной двуокисью кремния,полученной при запредельных значеО ниях параметров, и по известному способу по показателям внешнего нида,времени высыхания, светостойкости,стойкости к действию воды и эластичности,5Формула из о бр етения1. Способ получения модифицированной двуокиси кремний, включающийосаждение кремнезема из раствора си 20 ликата натрия, обработку его аминоеспиртом, сушку и помол, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповьппения седиментационной устойчивости лаков, а также твердости и светостойкости лаковых покрытий при исВпользовании модифицированной двуокиси кремния в качестве матирующегоагента за счет снижения количествапривитого аминоспирта, . обработкуЗО аминоспиртом ведут в водной суспензии кремнезема при содержании аминоспирта - 1,5-7,0 мас.7. по отношению к кремнезему.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю -З 5 Щ И Й С Я ТЕМз ЧТО СУШКУ ПРОВОДЯТпри"иитроцеллклоэного пака Поквэвтелм с испольэоэвиием модифицированной двуокисикремния по примеру оквэо Т редлагвемому6 5 7 В Иэвестиому 3 9 9 55 0,57 0,53 0 4 0,55 0,37 0 4)О,23 Блеск покрытия, 62 1 1 1 Услоэивл свето- )1стойкость мокры.тил, ч Черве1 ч понелте 6 2 2 70 В 20 55 2 60 60 60 60 Теплостойкость ФЭОпленим прн60 С, ен ЭЭ 3,3 3,2 3,6 3,6 3,6 3,Количество дв окиси кремнии в лаке, масЛ Твблм 2йЪ ем мквэателн с испольэоввнием модифицированнойкремния по примеру,Характеристики Вокал ыеламидиовлкнд-тели ного лака по кис ест" В 9 10 Количество дв окиси кремния в лаке, мвс.Х 4,9 4,9, 4,9 4 4,аиэнеспособ" ность лвквч 4 В 4 В 4 В .4 60 5 . 60 60 92 50 11 12 20 15 15 20 26 2 Блеск покрытмя, 2 Э 2 31 26 0,5 .0,61 0,67 0,65 0,5 0,6 47 Твердость покрытия по мвл пиковому прибору Услед. Стойкостьпокрытия кдействео водыч Стабильность лака а течание 6 мес. Х оседание мат.агенте) Время высыханил пленкилака до степени 3, иии при темпера" туре Относительнвл твердость покрытия, усл.ед,предлвгаеиому2 27 25 25 25 30 Черве Черве Черве 1 ч по"1 ч о ч понелта- мелте аелтенне нне не а,9 а,9 5.21 23 171328289 Характеристики Покаэамеламидноалкид-телиного лака поГОСТУ Светостойкость искратия, ч 2 4 Э 5 3 5 Э 5 2 4 3 5 1 5 2 7 2 Лгрегативиая устойчивость двуокисикремния влаке (502 о- ветйление полуфабриката лака) сут 50 55 50 55 60 38 50 17 32 14 Однородно матовое, беэ дефектов Т а Ь л н и а 3 Показа Показатели с нспольэованием модифицированной двуокиси, кремниятели ло примеруТУ Количество двуокиси кремнияв лаке, мас,Х 5,6 10 56 5,6 56 5,6 5,6 5,6 Виэиеспособностьлака, ч 8 8 8 8 - 8 8 8 Виениий видпокрытия Равномерно матовое, беэдефекта 2,4 2 1 2,5 1 2 1 1 Время высыха"иня до степени Э притемиературе20 э 2 С, ч 23 16 22 12 12 15 1530 1522 12 Блеск покрытия 2 0,5 0,52 0,53 0,5 0,51 0,5 0,54 0,5 053 0,5 Твкрдостьпокрытия помаятниковому прибору,усл, ед. Теплостойкость покрытия при 150 Э 4 С мнн ЭО 30 30 30 30 30 30 30 30 30 УсловнаясветостоЯВость ч 2 2 2 6 6 6 6 6 Ф Внеииий внд покрытия Характеристикиполиуретаиового лака1 2 3 Покаэатели с испольэоввнием модифицированной двуокиси кремния по примеру1328289 12Продолжение табл.З Покаэатели с нсполъэованием модн 4 нцнроввннод двуокиси, креювяпо примеру Характеристикиполнуретвиовоголака оквэ вли эвестому длвгаемо 356 24 24 2424 24 24Побеле 4 2 24 По ни Эпастичностэ,Редактор Л. Лангазо Техред Л,Сердюкова Корректор А. Ильин 3444/24 Тираж 455 ВНИИПИ Государственного по .делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ра одписноеР олиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,Производств Стодкостпокрытияк дедствводи, ч СтабилэностЭ полуфабрикато-, вов лака при хранении в течениемес (2 оседания мвт. агента) комитета С открытий ушская наб