Неорганический пигмент на основе пироксенов и способ его получения

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.

 

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 волластонит	50-90
Молибдофосфат железа, кобальта или никеля	10-50 (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 состава
Молибдофосфат элемента триады железа	Содержание, %	Содержание хромофора в пересчете на оксиды, % Fe2O3, СоО, NiO	Цвет	λd, нм	Чистота цвета, %
	соль	минерал
1	2	3	4	5	6	7
Молибдофосфат железа	50	50	3,81	Желтый	570	70
Молибдофосфат железа	25	75	1,95	Желтый	570	50
Молибдофосфат железа	5	95	0,38	Желтый	570	8
Молибдофосфат железа	50	50	6,94	Светло-бежевый	575	39
Молибдофосфат железа	25	75	3,47	Светло-бежевый	575	17
Молибдофосфат железа	5	95	0,69	Светло-бежевый	575	8
Молибдофосфат кобальта	50	50	3,25	Сиреневый	455	29
Молибдофосфат кобальта	25	75	1,62	Сиреневый	455	21
Молибдофосфат кобальта	5	95	0,32	Сиреневый	455	7
Молибдофосфат никеля	50	50	5,79	Светло-бирюзовый	520	5
Молибдофосфат никеля	25	75	2,89	Светло-бирюзовый	520	3
Молибдофосфат никеля	5	95	0,57	Светло-бирюзовый	520	2
Прототип:
Диопсид + Fe2O3		90	10.0	Светло-коричн.	591	20
Диопсид + Fe2О3		80	20.0	Коричневый	591	50
Диопсид + СоО		95	5.0	Светло-сиренев.	455	18
Диопсид + СоО		90	10.0	Розовый	608	30
Диопсид + NiO		95	5.0	Светло-зеленый	525	7
диопсид + NiO		90	10.0	Салатный	535	7
где λd - доминирующая длина волны

Таблица 2 Характеристика пигментов в зависимости от режимов обработки
Молибдофосфат элемента триады железа	Среда	Т°С синтеза	τ, мин	Цвет	λd, нм	Чистота цвета, %
1	2	3	4	5	6	7
Молибдофосфат железа	Кислая	30	30	Желтый	570	72
Молибдофосфат железа	Кислая	45	20	Желтый	570	70
Молибдофосфат железа	Кислая	60	15	Желтый	570	68
Молибдофосфат железа	Нейтральная	30	30	Светло-бежевый	575	40
Молибдофосфат железа	Нейтральная	45	20	Светло-бежевый	575	38
Молибдофосфат железа	Нейтральная	60	15	Светло-бежевый	575	37
Молибдофосфат кобальта	Слабокислая	30	30	Сиреневый	455	30
Молибдофосфат кобальта	Слабокислая	45	20	Сиреневый	455	29
Молибдофосфат кобальта	Слабокислая	60	15	Сиреневый	455	29
Молибдофосфат никеля	Нейтральная	30	30	Светло-бирюзовый	520	5
Молибдофосфат никеля	Нейтральная	45	20	Светло-бирюзовый	520	4
Молибдофосфат никеля	Нейтральная	60	15	Светло-бирюзовый	520	4
Прототип:
Диопсид + СоО	Раствор CoCl2	90-120	15-60	Розовый	608	15
Диопсид + NiO	Раствор NiCl2	90-120	15-60	Салатный	535	5

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

2. Способ получения неорганического пигмента на основе пироксенов, включающий взаимодействие пироксенового минерала с солью, окрашенной катионом элемента триады железа, в растворе, фильтрацию и сушку полученного осадка, отличающийся тем, что в качестве указанной соли используют молибдофосфат железа, кобальта или никеля, синтезированный и кристаллизованный непосредственно в растворе при 30-60°С, причем взаимодействие и его осаждение на поверхности пироксенового минерала проводят в течение 15-30 мин.