[**]

Способ изготовления железофосфатной композиции, включающей раствор, содержащий, вес.ч.: ортофосфорная кислота (85% раствор) - 100, оксид железа (III) - 10-19, металлический порошок (Al, Zn и Mg) - 1,1-1,8 (предпочтительно 1,1-1,6), вода - 8-30 (предпочтительно 10-30), кальций - 1-3 (предпочтительно 1-2) и лимонная кислота - 0,5-1,8 (предпочтительно 0,5-1,5). Указанную водорастворимую композицию используют в промышленной, строительной, сельскохозяйственной и лесной отраслях для изготовления реагентов в виде холодноотверждаемого и пропиточного раствора, а также огнестойкого, декоративного, антикоррозионного и антисептического холодноотверждаемого покрытия. Композиция приемлема для применения в сочетании с акриловыми и водоэмульсионными красками, соединениями, адгезивами и смолами. Композиция и продукция на ее основе для защиты деревянных и металлических поверхностей является стабильной, по меньшей мере, в течение 5 лет.

(57) Реферат / Формула:

Способ изготовления железофосфатной композиции, включающей раствор, содержащий, вес.ч.: ортофосфорная кислота (85% раствор) - 100, оксид железа (III) - 10-19, металлический порошок (Al, Zn и Mg) - 1,1-1,8 (предпочтительно 1,1-1,6), вода - 8-30 (предпочтительно 10-30), кальций - 1-3 (предпочтительно 1-2) и лимонная кислота - 0,5-1,8 (предпочтительно 0,5-1,5). Указанную водорастворимую композицию используют в промышленной, строительной, сельскохозяйственной и лесной отраслях для изготовления реагентов в виде холодноотверждаемого и пропиточного раствора, а также огнестойкого, декоративного, антикоррозионного и антисептического холодноотверждаемого покрытия. Композиция приемлема для применения в сочетании с акриловыми и водоэмульсионными красками, соединениями, адгезивами и смолами. Композиция и продукция на ее основе для защиты деревянных и металлических поверхностей является стабильной, по меньшей мере, в течение 5 лет.

---

Евразийское (21) 201270691 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2014.01.30
(22) Дата подачи заявки
2011.01.14
(51) Int. Cl.
C01B 25/37 (2006.01) C01B 25/45 (2006.01) C09D 5/08 (2006.01) C09K21/04 (2006.01) C09D 1/00 (2006.01) C09D 5/18 (2006.01) C23F11/18 (2006.01)
(54) ЖЕЛЕЗОФОСФАТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
(31) P201000005
(32) 2010.01.15
(33) EE
(86) PCT/IB2011/050178
(87) WO 2011/086526 2011.07.21
(71) Заявитель:
УУСЕН ТАРВИ; ПАУКСОН АЛЕКСАНДР (EE)
(72) Изобретатель:
Пауксон Александр (EE)
(74) Представитель:
Виноградов С.Г., Дунай Д.М., Венско А.Н. (BY) (57) Способ изготовления железофосфатной композиции, включающей раствор, содержащий, вес.ч.: ортофосфорная кислота (85% раствор) -100, оксид железа (III) - 10-19, металлический порошок (Al, Zn и Mg) - 1,1-1,8 (предпочтительно 1,1-1,6), вода - 8-30 (предпочтительно 10-30), кальций - 1-3 (предпочтительно 1-2) и лимонная кислота - 0,5-1,8 (предпочтительно 0,5-1,5). Указанную водорастворимую композицию используют в промышленной, строительной, сельскохозяйственной и лесной отраслях для изготовления реагентов в виде холодноотверждаемого и пропиточного раствора, а также огнестойкого, декоративного, антикоррозионного и антисептического холодно-отверждаемого покрытия. Композиция приемлема для применения в сочетании с акриловыми и водоэмульсионными красками, соединениями, адгези-вами и смолами. Композиция и продукция на ее основе для защиты деревянных и металлических поверхностей является стабильной, по меньшей мере, в течение 5 лет.
ЖЕЛЕЗОФОСФАТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И
ПРИМЕНЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ Настоящее изобретение относится к железофосфатной композиции, к способу получения такой композиции и к применению композиции для приготовления высокотемпературных пропиточных растворов, красок, эмульсий, паст и мастик для защиты поверхностей деревянных, металлических, каменных, бетонных, бумажных, пластиковых, текстильных и иных материалов, а также к использованию в химической промышленности для изготовления реагентов. Композиция может быть использована в промышленной, сельскохозяйственной и лесной отраслях в качестве огнестойкого, антикоррозионного, декоративного или антисептического средства. Полученный водный раствор характеризуется медленным отверждением при более низких температурах (например, при нормальной комнатной температуре). Тем не менее, композиция быстро отверждается при более высоких температурах.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патенте США № US6350474 приведено описание фосфатной композиции, содержащей (содержание указано в весовых частей): ортофосфорную кислоту (85% раствор) - приблизительно 100, оксид железа - от приблизительно 20 до приблизительно 41, металлический порошок - от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5 и воду - от приблизительно 30 до приблизительно 70. Указанная фосфатная композиция является водным раствором, способным к холодному отверждению. Металлический порошок представляет собой порошок алюминия, магния, цинка, кальция, кобальта, иттрия, никеля или скандия. Температура повышается в процессе экзотермической реакции до 40-50° С. Содержание металлического порошка в количестве приблизительно 2,5 весовых частей позволяет повысить температуру до 120-130° С, за счет чего происходит слипание растворенных частиц и превращение ортофосфатных анионов в полифосфат. Количество тепла, высвобождающееся в процессе экзотермической реакции, является достаточным для растворения оксида железа и металлического порошка в течение 2 часов. По завершению реакции получают прозрачную, вязкую жидкость коричневатого цвета с
плотностью 1,5 кг/м3. Изготовление такого нетоксичного неканцерогенного раствора осуществляется экологически безопасным способом, и такой раствор используют для нанесения покрытий на поверхности деревянных, металлических, бетонных, текстильных и бумажных материалов для повышения их огнестойкости. Количество раствора, наносимого на 1 квадратный метр, составляет 0,2 литра. Раствор не повреждает поверхность, не изменяет ее цвет и качество материала. Полученный раствор используют в качестве антикоррозионного раствора для удаления ржавчины и для защиты против дальнейшей коррозии. Раствор также используют для производства красок и керамических материалов. Ввиду антимикробных и антибактериальных свойств, фосфатную композицию можно использовать в медицинской, сельскохозяйственной и лесной отраслях.
В эстонском патенте на полезную модель № EE00444U1 приведено описание изготовления фосфатной композиции, имеющей следующее отношение весовых частей компонентов: ортофосфорная кислота - 100, оксид железа - 2041, металлический порошок - 0,5-2,5 и вода - 30-70. К смеси добавляют этиловый спирт или глицерин (0,05-0,2 весовых частей) для повышения стабильности и смачивающей способности. Также используют алюминиевый порошок.
В эстонском патенте на полезную модель № EE00549U1 приведено описание материала для защиты поверхностей, имеющего следующее отношение весовых частей компонентов: ортофосфорная кислота - 60-80, оксид железа - 5060, металлический порошок - 5-10 и вода - 40-60. Материал для защиты поверхностей дополнительно включает нитрат алюминия (7-10 весовых частей) и сульфат меди (7-10 весовых частей). РегОз, ТЮг и МпОг добавляют в качестве пигментов. При обработке поверхности таким защитным материалом, например, деревянной поверхности, повышается огнестойкость и снижается подверженность гниению. Благодаря этому обеспечивается долговечность деревянного изделия. Аналогичным образом обеспечивается долговечность изделий из других материалов, таких как бумага, текстиль и металл.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к новой железофосфатной композиции и к синтезу указанной композиции с использованием экзотермического процесса. В целях улучшения физических свойств и повышения стабильности к композиции добавляют кальций и лимонную кислоту. Железофосфатная композиция
настоящего изобретения обладает более высокой стабильностью и более высокой огнестойкостью по сравнению с известными композициями, а также обладает антикоррозионными, антибактериальными и антисептическими свойствами. Следует отметить, что при получении композиции не были использованы органические растворители, такие как этиловый спирт и глицерин.
Способ получения железофосфатной композиции в соответствии с настоящим изобретением включает: заполнение реактора ортофосфорной кислотой, включение смесителя, добавление оксида железа (III), добавление металлического порошка, поддержание температуры в интервале, являющимся приемлемым для протекания реакции (предпочтительно 120-130° С), путем добавления воды и добавление кальция и лимонной кислоты. Все вышеупомянутые компоненты взяты в следующих весовых частях: ортофосфорная кислота (85% раствор) - 100, оксид железа (III) - 10-19, металлический порошок (Al, Zn, Mg) - 1,1-1,8 (предпочтительно 1,1-1,6), вода - 830 (предпочтительно 10-30), кальций - 1-3 (предпочтительно 1-2) и лимонная кислота - 0,5-1,8 (предпочтительно 0,5-1,5). По сравнению с известным уровнем техники процесс изготовления продукта протекает при более высокой температуре и при значительно меньшем количестве воды, добавляемом в процессе экзотермической реакции.
Для перемешивания компонентов был использован смесительный реактор с постоянным перемешиванием, снабженный лопастями, изготовленными, например, из нержавеющей стали. Реактор снабжен системой внутренней вентиляции, и его объем зависит от требуемого количества и назначения композиции.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения железофосфатной композиции в соответствии с настоящим изобретением включает: заполнение смесительного реактора ортофосфорной кислотой, включение смесителя, добавление оксида железа (III), добавление металлического порошка, поддержание температуры, приемлемой для протекания реакции (предпочтительно 120-130° С), путем добавления воды и добавление кальция и лимонной кислоты. Все вышеуказанные компоненты взяты в пропорциональных весовых частях: ортофосфорная кислота - 100, оксид железа (III) - 10-19, металлический порошок (Al, Zn, Mg) - 1,1-1,8
(предпочтительно 1,1-1,6), вода - 8-30 (предпочтительно - 10-30), кальций - 1-3 (предпочтительно 1-2) и лимонная кислота - 0,5-1,8 (предпочтительно 0,5 - 1,5).
Для перемешивания компонентов был использован смесительный реактор с постоянным перемешиванием, снабженный лопастями, изготовленными, например, из нержавеющей стали. Реактор снабжен системой внутренней вентиляции, и его объем зависит от требуемого количества и назначения композиции.
Процесс экзотермической реакции приводит к повышению температуры до предпочтительно 120 - 130° С, и указанная температура поддерживается в течение 1 - 2 часов. Время протекания реакции зависит от объема реактора. После завершения реакции добавляют достаточное количество воды к концентрату для получения продукта с требуемыми свойствами, после чего продукт выдерживают в реакторе в течение достаточного периода времени (например, в течение нескольких часов) для отстаивания, и далее продукт выливают из реактора.
Температурный диапазон в пределах 120 - 130° С является достаточным для растворения оксида железа, металлического порошка и добавок в течение менее двух часов. Растворенные частицы не слипаются и не образуют полифосфаты при указанной температуре при использовании реактора с постоянно вращающимися лопастями, а также ввиду отношения компонентов. При возгорании соединение не выделяет дым, СОг и иные опасные соединения в количестве вредном для здоровья человека и опасном для окружающей среды.
Увеличение количества оксида железа (III) в вышеуказанной формуле, превышающего верхний предел (т.е. более 19 весовых частей, при условии, что количество других компонентов остается неизменным), приводит к быстрому разложению и кратковременной стабильности железофосфатной композиции (составляющей все лишь несколько недель в зависимости от температуры).
Уменьшение количества оксида железа (III) в вышеуказанной формуле ниже предельного уровня (т.е. менее 10 весовых частей, при условии, что количество других компонентов остается неизменным), приводит к снижению огнестойкости, при этом в больших количествах происходит выделение дыма и С02.
Были проведены исследования с использованием продуктов, полученных из концентрата для определения огнестойких, антикоррозионных и антисептических свойств. В нижеприведенных испытаниях на возгораемость и
скорость горения пропитанного дерева были использованы композиции с различным содержанием весовых частей компонентов: TUV NORD (Эстония, протокол испытаний № ТМ- 17/08), TUV SUD (Сингапур, отчет о проведении испытаний № S08ME C03108/OKN), EXOVA (Канада, отчет о проведении испытаний в соответствии с ASTM Е 84 SBC № 09-002-716 9/2009) и Научно-исследовательский институт леса и лесной продукции, Елгава, Латвия (отчет о проведении испытаний № 220/009). Исходя из исключительно оптимального отношения весовых частей соединений и по результатам испытаний продукту был присвоен самый высокий класс (A2/B-sl-d0) B-sl-d0 и на него был выдан сертификат № 377-072/09 на основе нормативно-технического документа EN 13501-1:2007 (EN13823:2002 и EN ISO 11925-2:2002), в котором дается разрешение на применение продукта для пропитки деревянных конструкций, препятствующей возгораемости и распространению пожара.
Исследования, проведенные в Эстонском биологическом университете и на факультете Товароведения пищевых продуктов и гигиены Института ветеринарной медицины и зоотехники, подтвердили антисептические свойства композиции. В ходе проведения исследований наблюдалось быстрое сокращение колоний бактерий.
В результате химической реакции присоединения получали непрозрачное жидкое вещество темно-коричневого цвета, представляющее собой железофосфатную композицию с плотностью 1,83-1,85 кг/м3. Полученный с помощью такого способа раствор железофосфатной композиции предположительно сохраняет стабильность в течение 5 лет.
Полученный раствор железофосфатной композиции является нетоксичным, так как неорганические соединения 5-валентного фосфора являются безопасными для здоровья человека. Процесс получения железофосфатной композиции является экологически безопасным.
Раствор железофосфатной композиции главным образом предназначен для нанесения покрытий на деревянные, пластиковые, бумажные, каменные, бетонные, текстильные и иные материалы или для пропитки материалов, которые могут быть пропитаны, для смешивания с другими компонентами в целях достижения огнестойких свойств и придания антисептических свойств обрабатываемым материалам.
Количество раствора железофосфатной композиции для обработки одного квадратного метра составляет приблизительно 200 - 400 г.
Поверхности обрабатывают с использованием вакуумного пропитывания, кисти, распыляющего устройства или красильного валика 2-3 раза, при этом время высыхания составляет 2-48 часов.
В соответствии с настоящим изобретением предусматривается нанесение покрытий на различные поверхности с использованием раствора железофосфатной композиции, обладающей способностью к холодному отверждению, без термической обработки, а также с термической обработкой при температуре от 50 до 350° С с использованием смол или адгезивов.
1. Раствор для повышения огнестойкости
Вещество для создания огнестойких и противопожарных покрытий представляет собой прозрачный водный раствор светло розового цвета с плотностью 1,1 - 1,20 кг/м3, образующий невоспламеняемый слой на обработанной поверхности материала. Путем добавления негорючих смол и адгезивов (5-35%) создают эластичный или твердый пленкообразующий слой (например, белого цвета, желтого цвета, матовый или блестящий) с плотностью 1,15-1,50 кг/м3, который представляет собой противопожарное несмываемое покрытие.
2. Антикоррозионный раствор
Антикоррозионный раствор с плотностью 1,40-1,50 кг/м3 используют для удаления ржавчины или для предотвращения образования ржавчины путем нанесения первого слоя с последующим удалением ржавчины. Далее наносят второй слой для формирования защитного покрытия на поверхности, при этом на поверхность в дальнейшем может быть нанесен этот же раствор или приемлемая краска. К раствору при перемешивании могут быть добавлены смолы или адгезивы (5-35%) для получения требуемого покрытия.
3. Порошок для связывания и изготовления негорючих пластиков
Порошок получают путем выпаривания концентрата либо его кристаллизации и путем добавления растворителей. По завершению процесса сушки и измельчения материала получают мелкодисперсный порошок светло серого цвета, в гранулометрическом составе которого до 80% составляют частицы размером <0,003 мм и до 10% - частицы размером > 0,05 мм. В зависимости от требуемых характеристик пластика добавляют при перемешивании 8-25%
порошка при температуре плавления (до формования) для придания оттенка пластику.
4. Эмульсия
Эмульсию получают путем смешивания концентрата с водой в отношении 1:4 и путем добавления к указанному раствору 2-5% гидроксида натрия (NaOH) или гидроксида калия (КОН). Эмульсию изготавливали для нанесения покрытия на металлическую или каменную поверхность для создания верхнего слоя в виде защитной пленки в целях предотвращения повреждения поверхности вследствие воздействия климатических условий.
5. Мастика
Мастику также используют для придания пожарозащитных и антикоррозионных свойств металлическим, деревянным и каменным конструкциям зданий. Мастику также используют для восстановления огнестойких покрытий, для связывания шамотного камня или шамотной футеровки в нагревательных аппаратах. Ввиду высокой огнестойкости (1800° С), мастика является приемлемой для высокотемпературных нагревательных устройств, таких как реакторы, стекловаренные печи и т.д., а также известные бытовые печи и камины. Мастика предотвращает перегрев и отжиг металла.
Применение
К композиции добавляют достаточное количество воды для того, чтобы композиция задерживалась и сохранялась на обрабатываемой поверхности. Мастику необходимо наносить на поверхность слоем толщиной 1-2 мм с помощью шпателя для нанесения мастики или иного приемлемого инструмента для нанесения покрытий. Композицию можно наносить непосредственно на ржавчину.
Поверхности можно придать оттенок и обработать ее абразивным материалом. Время высыхания - 24 часа при 18° С.
Композиция мастики включает следующие компоненты (весовой %): песок - 10%, глина - 56%, А1203 - 12%, 20% раствор фосфата железа - 22%.
Растворы, порошки, эмульсии и мастики хранят в герметичных пластиковых или стеклянных резервуарах.
Примеры
Примеры композиции (количество в весовых частях) приведены в таблице
Примеры 1 - 8
В смесительный реактор с постоянным перемешиванием заливали 100 кг ортофосфорной кислоты (85% водный раствор), к которому при постоянном перемешивании добавляли (в количестве, приведенном в таблице 1) оксид железа (III), металлический порошок и воду. Спустя 1 час, добавляли кальций и лимонную кислоту. Время протекания реакции составляло от 2 до 4 часов.
Даже несмотря на то, что раствор в Примере 1 является стабильным, может произойти значительное повышение температуры в процессе реакции, в результате чего реакция может стать неуправляемой, и существует вероятность того, что произойдет осаждение компонентов и отверждение раствора.
Полученная смесь фосфатов железа не должна осаждаться. Композиция готова для использования. Воду, добавки, пигменты и иные компоненты добавляют для получения продукта с требуемыми свойствами.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Железофосфатная композиция, включающая раствор ортофосфорной кислоты, оксид железа (III), металлический порошок и воду, отличающаяся тем, что композиция включает кальций и лимонную кислоту.
2. Композиция по п. 1, в которой количество компонентов в растворе в весовых частях составляет:
85% раствор ортофосфорной кислоты - 100
оксид железа (III) 10 -19
металлический порошок - 1,1 -1,8
вода - 8 - 30
кальций - 1 - 3
лимонная кислота - 0,5 -1,8.
3. Композиция по п. 2, включающая металлический порошок от 1 до 1,6 весовых частей.
4. Композиция по пп. 1 - 3, в которой металлический порошок выбран из группы, включающей Al, Zn ис1 Mg.
5. Композиция по пп. 1 - 3, в которой металлический порошок представляет собой порошок AI.
6. Способ получения железофосфатной композиции по пп. 1 - 5, включающий заполнение реактора 85% раствором ортофосфорной кислоты, добавление оксида железа (III) и добавление воды, металлического порошка, лимонной кислоты и кальция в течение 1-2 часов для регулирования температуры необходимой для протекания реакции и нейтрализации кислотности.
7. Применение композиции по любому из пп. 1 - 5 для изготовления реагентов для нанесения покрытий и пропитки материалов, выбранных из группы, включающей дерево, металл, пластик, бумагу, камень, бетон и текстиль для обеспечения огнестойкости и антисептических свойств, и в которой на указанные материалы наносят, по меньшей мере, один раз покрытие из композиции с использованием вакуумного пропитывания, кисти, распыляющего устройства или красильного валика.
8. Применение композиции по любому из пп. 1 - 5 для изготовления противопожарных растворов и антикоррозионных растворов, эмульсий, мастик и пластиков.
3.
9. Применение композиции по п. 8, в которой противопожарный раствор
содержит 5-35% негорючих смол или адгезивов.
10. Применение композиции по п. 7 для покрытия металлов
антикоррозионным раствором, содержащим 5-35% негорючих смол или адгезивов,
при котором осуществляется нанесение первого слоя для удаления ржавчины и
нанесение второго слоя для формирования защитного покрытия на поверхности.
11. Способ по п. 10 для получения порошка путем выпаривания или кристаллизации композиции, добавления к порошку органических растворителей, путем высушивания и измельчения порошка, в гранулометрическом составе которого до 80% составляют частицы размером <0,003 мм и до 10% частицы размером > 0,05 мм и добавление 8-25% такого порошка в пластик при температуре плавления до процесса формования.
12. Способ по п. 7 для создания слоя на материале в целях предотвращения повреждения вследствие воздействия климатических условий путем разбавления композиции водой в отношении 1 : 4 по весу и добавления 25% раствора гидроксида натрия или гидроксида калия.
13. Способ по п. 7 для изготовления мастики для создания или восстановления огнестойких покрытий, для связывания шамотного камня или шамотной футеровки в нагревательных аппаратах, таких как реакторы, стекловаренные печи, бытовые печи и камины с целью предотвращения перегрева и отжига металла.
14. Способ по п. 13, в котором композиция мастики содержит следующие компоненты (в весовых %):
песок - 10%, глину - 56%, А1203- 12%,
20% раствор композиции - 22%. Гранулометрический состав в мастике: частицы < 0,4 мм - 1% частицы < 0,09 мм - 2%,
при этом способ включает добавление достаточного количества воды для обеспечения нанесения мастики на обрабатываемую поверхность.
15. Способ по п. 6, включающий получение композиции путем проведения экзотермической реакции при температуре от 120 до 130° С и получение порошка путем выпаривания концентрата или кристаллизации, добавления органических
15.
растворителей к порошку и путем высушивания и измельчения порошка, в гранулометрическом составе которого приблизительно 80% составляют частицы размером <0,003 мм и приблизительно 10% - частицы размером > 0,05 мм, при этом композиция является химически однородной и гигроскопической.
(19)
(19)
(19)