Огнезащитный состав и способ его получения

Авторы патента:

C01B25/38 - конденсированные фосфаты

Владельцы патента RU 2523825:

Миронович Иван Маркович (BY)
Луговская Наталия Ивановна (BY)

Изобретение относится к нерастворимым антипиренам на основе металламмонийфосфатов. Огнезащитный состав содержит фосфорную кислоту (28-33% P₂O₅), нефелин (26% Al₂O₃), карбамид, оксид кальция. Способ получения огнезащитного состава включает разложение нефелина фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,50-3,70 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90, донейтрализацию оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина и сушку при температуре 180-200°C. Изобретение обеспечивает улучшение качества огнезащитного состава из нефелина: снижение содержания водорастворимых фосфатов, уменьшение потерь аммиака и повышение рН водной суспензии. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к нерастворимым антипиренам на основе металламмонийфосфатов, используемых для придания огнестойкости и снижения горючести легковозгораемых материалов, а также в качестве отвердителя жидких силикатных стекол [1-3] и других целей [4].

I. Огнезащитный состав (вещество)

Известен состав нерастворимого антипирена [5] (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ-6-08-3 70-76), основные качественные показатели которого приведены в таблице 1.

Таблица 1
Качественный состав антипирена из нефелина
№ п/п	Показатели	Содержание	Примечание
1.	P₂O₅ общая, мас.%	не менее 46,0	1. Применялся более 15 лет как огнезащитное и отверждающее средство.
2.	P₂O₅ водораств., мас.%	не более 2,50
3.	NH₃, мас.%	не менее 4,00
4.	Содержание влаги, мас.%	не более 3,00	2. Мольные отношения P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7;
5.	рН водной суспензии готового продукта	не менее 4
NH₃/P₂O₅=0,8-0,9

Молекулярный состав антипирена из нефелина соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH₄)₂O·0,92(Na₂O+К₂О)·Al₂O₃·3,5P₂O₅·2,5SiO₂·6H₂O.

В качестве сырья для его получения использовались нефелин (не менее 29% Al₂O₃), экстракционная фосфорная кислота (24-25% P₂O₅) и карбамид (46,6% азота). Из-за ухудшения качества фосфатного сырья для производства фосфорной кислоты и уменьшения содержания Al₂O₃ в нефелине до 26% снизилось качество антипирена из нефелина: повысилось количество водорастворимых фосфатов до 10%, содержание NH₃ не превышало 4%, а рН водной суспензии опустился ниже 4-х, что привело к потере потребителей и прекращению производства антипирена из нефелина.

Задачей данного изобретения является улучшение качества огнезащитного состава (вещества) - антипирена из нефелина до показателей, представленных в таблице 1, достигаемое тем, что в известный состав при его получении, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что для снижения растворимости и увеличения рН водной суспензии в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота повышенной концентрации: 28-33% P₂O₅ вместо 24-25% P₂O₅ при следующих отношениях компонентов (мас.%):

Фосфорная кислота	76,32-77,82
Нефелин (26% Al₂O₃)	17,88-18,38
Карбамид	3,60-4,40
Оксид кальция	0,70-0,90,

а молекулярный состав соответствует эмпирической формуле:

1,25(NH₄)₂O·0,92(Na₂O+K₂O)·Al₂O₃·3,6P₂O₅·0,3СаО·2,5SiO₂·6H₂O.

Качественные показатели огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина) показаны в таблице 2.

Таблица 2
Основные показатели качества огнезащитного состава и прототипа (антипирена из нефелина)
№ п/п	Основные показатели качества готового продукта	Огнезащитный состав: нефелин	Прототип: нефелин
		(26% Al₂O₃)+H₃PO₄+карбамид при мольных отношениях
		(26% Al₂O₃)+H₃PO₄+карбамид+СаО до сушки и нагревания при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,6; NH₃/P₂O₅=0,85; СаО/Al₂O₃=0,3
			P₂O₅/Al₂O₃=3,6;
			NH₃/P₂O₅=0,85


миним. содер-е	максим. содер-е	Оптимал содер-е	миним. содер-е	максим. содер-е	Оптимал. содер-е
1.	P₂O₅ общ., мас.%	47,5	51,6	48,85	46,5	49,7	48,16
2.	P₂O₅ вод. раств., мас.%	Менее 1	2,4	следы	4,3	10,0	7,24
3.	NH₃, мас.%	4,2	5,3	4,75.	. 3,5	3,81	3,8
4.	рН водной суспензии	4,5	5,9	5,86	2,5	3,0	3

II. Способ получения огнезащитного состава

Вторая часть изобретения относится к способам получения нерастворимых антипиренов на основе металламмонийфосфатов, используемых для огнезащиты целлюлозно-бумажных, стальных и других материалов, а также для отверждения жидких силикатных стекол.

Известен способ получения малорастворимого антипирена, получаемого путем взаимодействия нефелинового концентрата (не менее 29% Al₂O₃) и фосфорной кислоты с последующей нейтрализацией продуктов разложения газообразным аммиаком (NH₃) и сушкой готового продукта при 230-250°С [6].

Недостатком данного способа является то, что готовый продукт содержал до 10% Р₂О₅ в водорастворимой форме, рН его водной суспензии не превышал 3-х, что в свою очередь вызывало большие потери айтипирена в производстве огнезащищаемых целлюлозно-бумажных материалов и привело к отказу от его применения.

Другой известный способ получения нерастворимого антипирена [5] путем разложения нефелинового концентрата (29% Al₂O₃) экстракционной фосфорной кислотой (24-25% P₂O₅) отличался от первого тем, что нейтрализация получаемой пульпы осуществлялась карбамидом с последующей сушкой ее при температуре 150-170°С. В этом продукте среднее содержание основных компонентов составляло (мас.%): 48,5% P₂O₅ общ., следы P₂O₅ водорастворимого, 4-5 аммиака, рН водной суспензии не менее 4-х (ТУ-6-08-370-76).

В связи с ухудшением качества исходного сырья в производстве экстракционной фосфорной кислоты и изменения состава нефелина (не более 26% Al₂O₃), получаемый по этому способу антипирен (коммерческое название «Антипирен из нефелина», ТУ РБ 00203714. 005-94) содержал (мас.%): Р₂О₅ общ. не менее 46, P₂O₅ вод. раств. не более 10, рН водной вытяжки не превышал 3-х. Такой продукт не обеспечивал огнезащиту материалов до уровня трудногорючих, как требовали потребители.

В предлагаемом способе получения огнезащитного состава (вещества) путем разложения нефелина (до 26% Al₂O₃) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90 с целью снижения растворимости готового продукта и повышения рН его водной суспензии донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅, а сушку осуществляют при температуре 180-200°С.

Пример: 100 г нефелина (26% Al₂O₃) разлагают 425 г экстракционной фосфорной кислоты (30% P₂O₅) в течение 30 минут. В полученную массу (пульпу) затем добавляют 22,2 г карбамида и 4,4 г СаО с перемешиванием в течение 10 минут. Образовавшуюся пульпу сушат при температуре 100-110°С и прогревают далее продукт при температуре 190°С около часа.

Результаты анализа параллельно проведенных опытов получения огнезащитного состава на основе нефелина (26% Al₂O₃) без введения оксида кальция на стадии нейтрализации карбамидом представлены в таблице 3.

Таблица 3
Качественные показатели огнезащитного состава на основе нефелина и фосфорной кислоты
№ п/п	Основные показатели качества готового продукта	Огнезащитный состав с дополнительной нейтрализацией оксидом кальция при мольном отношении	Прототип: антипирен из нефелина без нейтрализации оксидом кальция	Примечание
СаО/Al₂O₃=0,3
1.	P₂O₅ общ., мас.%	48,85	48,16	На стадии приготовления пульпы мольные отношения для обоих образцов: NH₃/P₂O₅=0,85 P₂O₅/Al₂O₃=3,60
2.	P₂O₅ вод. раств., мас.%	следы	7,24
3.	NH₃, мас.%	4,75	3,80
4.	рН водной вытяжки	5,86	3,90
5.	Влажность, мас.%	0,1	0,5

Дополнительное введение оксида кальция после нейтрализации карбамидом продуктов разложения нефелина (26% Al₂O₃) фосфорной кислотой (30% P₂O₅) приводит к снижению содержания водорастворимых фосфатов за счет частичного образования пирофосфата кальция в готовой продукции после прогревания, к уменьшению потерь аммиака и повышению рН водной суспензии, что положительно сказывается на улучшении экологической обстановки как в самом производстве огнезащитного состава, так и в потребляющих отраслях.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №605803 «Кислотоупорная замазка» (опубл. 15.04.1978, бюл. №17).

2. Авторское свидетельство СССР №670109 «Самотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм».

3. Авторское свидетельство СССР №685681 «Вибропоглощающая мастика» (опубл. 15.09.1979, бюл. №34).

4. ГОСТ 23791-79 «Покрытие по стали фосфатное огнезащитное».

5. Авторское свидетельство СССР №490663 «Способ получения нерастворимого антипирена» (опубл. 05.11.1975, бюл. №41).

6. Авторское свидетельство СССР №175210 (опубл. 27.06.1963, бюл. №19).

1. Огнезащитный состав, включающий фосфорную кислоту, нефелин, карбамид, отличающийся тем, что в него вводится оксид кальция, а также используется фосфорная кислота концентрации 28-33% P₂O₅ при следующих отношениях компонентов, мас.%:

Фосфорная кислота	76,32-77,82
Нефелин (26% Al₂O₃)	17,88-18,38
Карбамид	3,60-4,40
Оксид кальция	0,70-0,90

2. Способ получения огнезащитного состава путем разложения нефелина (26% Al₂O₃) фосфорной кислотой с последующей нейтрализацией полученной массы карбамидом при мольных отношениях P₂O₅/Al₂O₃=3,5-3,7 и NH₃/P₂O₅=0,80-0,90, отличающийся тем, что донейтрализацию ведут оксидом кальция в количестве 4-5% от массы нефелина с повышением концентрации фосфорной кислоты до 28-33% P₂O₅, а сушку осуществляют при температуре 180-200°C.

Изобретение относится к полимерному материалу, в частности к термопластичному эластомеру, содержащему безгалогеновый антипирен, включенный в полимерную матрицу. .

Безгалогеновый антипирен // 2487902

Изобретение относится к безгалогеновому антипирену для включения или введения в полимерную матрицу, а также к содержащим антипирен полимерам. .

Формовочная композиция с пониженной горючестью на основе полипропилена и изделия из нее // 2483921

Огнебиозащитный состав для древесины и материалов на ее основе // 2465128

Изобретение относится к области защиты древесины и древесных материалов, а именно к препаратам для защиты древесины и древесных материалов от биологического разрушения (например, низшими грибами) и возгорания.

Состав для огнезащитной обработки полиэфирных волокон // 2435890

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к огнезащитной обработке полиэфирных волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой, текстильной промышленности.

Огнезащитная химическая композиция // 2428452

Изобретение относится к получению огнестойких композиций для обработки тканей и других материалов. .

Состав для огнезащитной обработки синтетических волокон // 2418897

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к способам огнезащитной обработки синтетических волокон, и может быть использовано в самолето-, автомобилестроении, резиновой промышленности и для других специальных целей.

Огнестойкий материал // 2350642

Изобретение относится к конструкционным композиционным материалам на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), используемым для промышленного производства огнестойких изделий широкого назначения методом прессования.

Способ получения полифосфатов органических оснований // 2322441

Изобретение относится к способу получения полифосфатов органических оснований, к смеси полифосфатов органических азотистых оснований и к применению полифосфатом и смеси полифосфатов в качестве антипиренов для пластмасс, предпочтительно термопластов, прежде всего полиамидов и сложных полиэфиров.

Водостойкий алюмосиликат для огнезащитного покрытия // 2267460

Изобретение относится к химии алюмосиликатов, в том числе к составам, придающим огнестойкость, строительным и конструкционным материалам. .

Способ получения высококонденсированного полифосфата аммония // 2281245

Изобретение относится к получению высококонденсированных полифосфатов аммония, применяемых в составе различных композиций в качестве антипирена. .

Способ получения высококонденсированного фосфата аммония цепного строения // 2118940

Изобретение относится к процессу получения полифосфата аммония, применяющегося в составе огнезащитных покрытий и при изготовлении огнестойких конструкционных материалов.

Способ получения среднего пирофосфата марганца (ш) // 1664741

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения среднего пирофосфата марганца /Ш/ состава MN<SB POS="POST">4</SB>(P<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">7</SB>)<SB POS="POST">3</SB><SP POS="POST">.</SP>14H<SB POS="POST">2</SB>O, который используется в качестве титранта для определения восстановителей, а также химического реактива.

Способ получения пирофосфата ванадила // 1409590

Изобретение относится к способам получения пирофосфата ванаднла состава (V0)2 Р-аОт и позволяет упростить процесс и сократить его длительность . .

Способ получения метафосфата ванадила // 1402578

Способ получения конденсированных фосфатов // 1174375

Способ получения триполифосфата натрия // 1011510

Способ получения фосфатных стекол // 1002237

Способ получения триполифосфата натрия // 994403

Способ получения конденсированных смешанных фосфатов щелочных металлов и металла, выбранного из ряда: кобальт, кадмий, марганец // 947042

Композиция для огнебиозащитной пропитки древесины // 2538256

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и предназначено для поверхностной огнебиозащитной пропитки древесины и древесных плиточных материалов. Композиция для огнебиозащитной пропитки древесины содержит фосфатное соединение, в качестве которого используется кальцийцинкфосфатнитратное связующее, содержащее 25-31% фосфора (в пересчете на Р2О5), 6-8% цинка (в пересчете на ZnO), 0,7 - 1,1% кальция (в пересчете на СаО), 10,5-12,5% нитратов (в пересчете на NO3), аминосодержащее соединение, диаммонийфосфат, фторид щелочного металла или аммония, поверхностно-активное вещество, колеровочную пасту и воду. Изобретение позволяет повысить огнезащитные свойства, биостойкость древесины и древесных плиточных материалов, а также снизить вымываемость и влагопоглощение. 2 табл., 2 пр.