Способ получения антикоррозионного пигмента на основе модифицированного фосфата цинка

 

Изобретение относится к способу получения антикоррозионных пигментов на основе фосфата цинка, применяемых в грунтовках, композициях, лакокрасочных материалах для защиты различных металлов и сплавов от коррозии. Сущность изобретения заключается в следующем: оксид цинка гидратируют в воде при 70-90^oС, затем обрабатывают фосфорной кислотой с избытком сверх стехиометрически необходимой для образования фосфата цинка с последующим перемешиванием и нейтрализацией суспензией высокодисперсных карбонатов кальция и стронция при их массовом соотношении 1:(1-10) при перемешивании до рН 5,5-7,5 с осаждением в процессе перемешивания на поверхность образовавшегося фосфата цинка фосфатов кальция и стронция при суммарном их количестве 4-11 мас.% в пересчете на СаО и SrO от готового продукта, затем суспензию фильтруют, пасту сушат. Согласно изобретению повышаются защитные свойства покрытий на основе модифицированного фосфата цинка. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения антикоррозионных пигментов на основе фосфата цинка, применяемых в грунтовках, композициях, лакокрасочных материалах для защиты различных металлов и сплавов от коррозии.

Известен способ получения фосфата цинка из цинксодержащих отходов различных производств (А.с. СССР N 812708, кл. C 01 B 25/26, 1978), включающий обработку их фосфорной кислотой. Недостатком этого способа являются низкие защитные свойства покрытий на его основе.

Известен также способ получения фосфата цинка (авт. св. СССР N 1646989, кл. C 01 B 25/26, 1989), включающий обработку оксида цинка фосфорной кислотой в присутствии воды при нагревании, в котором с целью повышения качества продукта процесс ведут при 85-90^oC, а образовавшуюся суспензию сгущают фильтрацией до весового соотношения Т:Ж = 1:(1,0-1,5), сгущенную часть перемешивают в бисерной или шаровой мельнице в течение 1-2 ч до pH 5,0-6,5. Недостатком указанного способа являются невысокие защитные свойства покрытий на его основе, и, кроме того, процесс ведут в две стадии: сначала в реакторе осаждают фосфат цинка, а затем сгущенную суспензию перемешивают в шаровой или бисерной мельнице, что требует установки дополнительного оборудования и энергозатрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения модифицированного фосфата Zn (пат. РФ N 2087504, кл. C 09 C 1/04, C 01 B 25/26, 1997), включающий обработку оксида цинка фосфорной кислотой в присутствии воды при нагревании, фильтрацию суспензии и сушку, отличающийся тем, что на поверхность образовавшегося фосфата цинка осаждают фосфат кальция путем нейтрализации поверхности водной суспензией оксида кальция в количестве 5-10 мас.% от готового продукта до pH 6,5-7,5. Покрытия на его основе обладают хорошими защитными свойствами, но недостаточными для покрытий с длительным сроком эксплуатации.

Задачей изобретения является значительное повышение защитных свойств покрытий на основе модифицированного фосфата цинка.

Поставленная задача решается способом получения модифицированного фосфата цинка, включающим обработку оксида цинка фосфорной кислотой в присутствии воды при 70-90^oC, осаждение фосфата кальция на поверхность образовавшегося фосфата цинка, фильтрацию суспензии и сушку, отличающимся тем, что на поверхность фосфата цинка вместе с фосфатом кальция дополнительно осаждают фосфат стронция путем нейтрализации избытка фосфорной кислоты водной суспензией высокодисперсных карбонатов кальция и стронция при массовом соотношении карбонатов кальция и стронция 1: (1-10) при перемешивании до pH 5,5-7,5 и при суммарном их количестве 4-11 мас.% от готового продукта в пересчете на оксиды кальция и стронция.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что на поверхность фосфата цинка, модифицированного фосфатом кальция, дополнительно осаждают фосфат стронция. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Наличие критерия "изобретательный уровень" авторы подтверждают тем, что из просмотренной патентной и научно-технической литературы явным образом не следует, что осаждение фосфата стронция на поверхность частиц модифицированного фосфата цинка способствует повышению защитных свойств модифицированного фосфата цинка, поскольку фосфат стронция значительно уступает по защитным свойствам фосфату цинка.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Оксид цинка 50 г гидратируют в 250 см³ воды при температуре 70-90^oC в течение 2 ч при перемешивании, затем в суспензию добавляют 28,6 см³ фосфорной кислоты плотностью 1,692 г/см³ и 14 см³ воды и перемешивают в течение 2 ч при температуре 70-90^oC. В полученную суспензию образовавшегося фосфата цинка для нейтрализации 20%-ного избытка фосфорной кислоты подают суспензию высокодисперсных карбонатов кальция и стронция (Т:Ж = 1:5) до pH 6,5, содержащую 4,4 г CaCO₃ и 8,8 г SrCO₃, с последующим образованием фосфатов кальция и стронция и осаждением их на поверхность фосфата цинка, что составляет 2,5 мас. % CaO и 6,2 мас.% SrO от готового продукта. Далее суспензию модифицированного фосфата цинка фильтруют и пасту сушат при температуре 80-120^oC.

Пример 2. Синтез проводят аналогично примеру 1, только нейтрализацию 20%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 7,0, содержащей 2,2 г CaCO₃ и 14,0 г SrCO₃, что составляет 1,2 мас.% CaO и 9,8 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 3 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 1, только нейтрализацию 20%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 6,5, содержащей 7,6 г CaCO₃ и 4 г SrCO₃, что составляет 4,3 мас.% CaO и 2,8 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 4 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 1, только нейтрализацию 20%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 7,0, содержащей 1,2 г CaCO₃ и 16 г SrCO₃, что составляет 0,7 мас.% CaO и 11,2 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 5 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 1, только нейтрализацию 20%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 5,0, содержащей 4 г CaCO₃ и 8 г SrCO₃, что составляет 2,3 мас.% CaO и 5,6 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 6 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 1, только нейтрализацию 20%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 8,0, содержащей 5 г CaCO₃ и 9,5 г SrCO₃, что составляет 2,8 мас.% CaO и 6,6 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 7 (контрольный).

Оксид цинка 50 г гидратируют в 250 см³ воды при температуре 70-90^oC в течение 2 ч при перемешивании, затем в суспензию добавляют 25,8 см³ фосфорной кислоты плотностью 1,692 г/см³ и 13 см³ воды и перемешивают в течение 2 ч при той же температуре. В полученную суспензию образовавшегося фосфата цинка подают суспензию высокодисперсного карбоната кальция (Т:Ж - 1:5) до pH 6,5, содержащую 4,4 г CaCO₃, для осаждения фосфата кальция на поверхность фосфата цинка при перемешивании в течение 2 ч. По окончании перемешивания в суспензию добавляют предварительно полученную суспензию фосфата стронция (Т: Ж = 1:5) в количестве 10 г, что составляет 5,2 мас.% SrO от готового продукта. После перемешивания в течение 1 ч суспензию фильтруют и пасту сушат при температуре 80-120^oC.

Пример 8.

Оксид цинка 50 г гидратируют в 250 см³ воды при температуре 70-90^oC в течение 2 ч при перемешивании, затем в суспензию добавляют 26,2 см³ фосфорной кислоты плотностью 1,692 г/см³ и 13 см³ воды и перемешивают в течение 2 ч при температуре 70-90^oC. В полученную суспензию образовавшегося фосфата цинка для нейтрализации 10%-ного избытка фосфорной кислоты подают суспензию высокодисперсных карбонатов кальция и стронция (Т:Ж = 1:5) до pH 6,5, содержащую 1,4 г CaCO₃ и 4,4 г SrCO₃, с последующим образованием фосфатов кальция и стронция и осаждением их на поверхность фосфата цинка, что составляет 0,8% CaO и 3,2% SrO от готового продукта. Далее суспензию модифицированного фосфата цинка фильтруют и сушат при температуре 80-120^oC.

Пример 9 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 8, только нейтрализацию 10%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 7,0, содержащей 3,8 г CaCO₃ и 2,0 г SrCO₃, что составляет 2,2 мас.% CaO и 1,4 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 10 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 8, только нейтрализацию 10%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 6,5, содержащей 0,6 г CaCO₃ и 8 г SrCO₃, что составляет 0,4 мас.% CaO и 5,6 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 11 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 8, только нейтрализацию 10%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 5,0, содержащей 2 г CaCO₃ и 4 г SrCO₃, что составляет 1,2 мас.% CaO и 2,8 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 12 (контрольный).

Синтез проводят аналогично примеру 8, только нейтрализацию 10%-ного избытка фосфорной кислоты проводят суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 8,0, содержащей 2,5 г CaCO₃ и 4,75 г SrCO₃, что составляет 1,4 мас.% CaO и 3,3 мас.% SrO от готового продукта.

Пример 13 (контрольный).

Оксид цинка 50 г гидратируют в 250 см³ воды при температуре 70-90^oC в течение 2 ч при перемешивании, затем в суспензию добавляют 24,8 см³ фосфорной кислоты плотностью 1,692 г/см³ и 12 см³ воды и перемешивают в течение 2 ч при той же температуре. В полученную суспензию образовавшегося фосфата цинка подают суспензию высокодисперсного карбоната кальция (Т:Ж = 1:5) до pH 6,5, содержащую 2,2 г CaCO₃, для осаждения фосфата кальция на поверхность фосфата цинка при перемешивании в течение 2 ч. По окончании перемешивания в суспензию добавляют предварительно полученную суспензию фосфата стронция (Т: Ж = 1: 5) в количестве 5 г, что составляет 3,0 мас.% SrO от готового продукта. После перемешивания в течение 1 ч суспензию фильтруют и пасту сушат при 80-120^oC.

Свойства грунтовки ГФ-0119 на основе модифицированного фосфата цинка приведены в таблице.

Введение на нейтрализацию избытка фосфорной кислоты суспензии высокодисперсных карбонатов кальция и стронция при массовом соотношении менее 1:1 не приводит к увеличению защитных свойств (см. контрольные примеры 3 и 9 соответственно), а более 1:10 - не приводит к дальнейшему увеличению защитных свойств (см. контрольные примеры 4 и 10 соответственно). К аналогичному результату приводит и осаждение на поверхность фосфата цинка фосфатов кальция и стронция при их суммарном количестве менее 4 мас.% и более 11 мас.% в пересчете на оксиды кальция и стронция (см. таблицу, контрольные примеры 9 и 4 соответственно).

Нейтрализация избытка фосфорной кислоты суспензией карбонатов кальция и стронция до pH 5,0 и более 8,0 заметно ухудшает защитные свойства грунтовки (см. контрольные примеры 5; 11 и 6; 12 соответственно).

Дополнительное введение в суспензию фосфата цинка, модифицированного фосфатом кальция, суспензии фосфата стронция не приводит к желаемому результату: защитные свойства покрытий на основе такого пигмента (см. контрольные примеры 7, 13) значительно хуже защитных свойств покрытий на основе одновременно модифицированного фосфатом кальция и фосфатом стронция фосфата цинка (примеры 1, 2 и 8).

Формула изобретения

Способ получения модифицированного фосфата цинка, включающий обработку оксида цинка фосфорной кислотой в присутствии воды при 70-90^oС, осаждение фосфата кальция на поверхность образовавшегося фосфата цинка, фильтрацию суспензии и сушку, отличающийся тем, что на поверхность фосфата цинка вместе с фосфатом кальция дополнительно осаждают фосфат стронция путем нейтрализации избытка фосфорной кислоты водной суспензией высокодисперсных карбонатов кальция и стронция при массовом соотношении карбонатов кальция и стронция 1: (1-10) при перемешивании до pH 5,5-7,5 и при суммарном их количестве 4-11 мас.% от готового продукта в пересчете на оксиды кальция и стронция.

РИСУНКИ

Рисунок 1