RU2683320C1 - Double polycylacate of alkali metal and organic base - Google Patents
Double polycylacate of alkali metal and organic base Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683320C1 RU2683320C1 RU2018116833A RU2018116833A RU2683320C1 RU 2683320 C1 RU2683320 C1 RU 2683320C1 RU 2018116833 A RU2018116833 A RU 2018116833A RU 2018116833 A RU2018116833 A RU 2018116833A RU 2683320 C1 RU2683320 C1 RU 2683320C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- double
- organic base
- polysilicate
- alkali metal
- particles
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/32—Alkali metal silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/02—Polysilicates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химии силикатов, в частности к двойному полисиликату щелочного металла и органического основания, который может использоваться в качестве связующего для получения тонких покрытий на металле, пластике и других материалах, получения клеев, компонентов термостойких красок, применяемых в различных областях техники.The invention relates to the chemistry of silicates, in particular to a double alkali metal polysilicate and an organic base, which can be used as a binder to obtain thin coatings on metal, plastic and other materials, to obtain adhesives, components of heat-resistant paints used in various fields of technology.
Уровень техники.The level of technology.
Необходимость улучшения некоторых свойств композиционных материалов, таких как водостойкость и термические свойства, привели к разработке «высокомодульных жидких стекол» - полисиликатов щелочных металлов. К полисиликатам относят силикаты щелочных металлов (силикатный модуль от 4 до 25), представляющие собой переходную область составов от жидких стекол до кремнезолей, стабилизированных щелочью. Полисиликаты характеризуются широким диапазоном степени полимеризации анионов и являются дисперсиями коллоидного кремнезема в водном растворе силикатов щелочных металлов [1].The need to improve some properties of composite materials, such as water resistance and thermal properties, led to the development of "high-modulus liquid glasses" - alkali metal polysilicates. Polysilicates include alkali metal silicates (silicate module from 4 to 25), which are a transition region of compositions from liquid glasses to silicas stabilized with alkali. Polysilicates are characterized by a wide range of degree of polymerization of anions and are dispersions of colloidal silica in an aqueous solution of alkali metal silicates [1].
Сравнительно новую область науки о водорастворимых силикатах, нашедшую в настоящее время значительный практический выход, составили силикаты органических оснований. Синтез этого класса соединений основан на способности кремнезема растворяться в области рН выше 11,5 в органических основаниях различной природы, прежде всего в четвертичных аммонийных основаниях. Четвертичные аммонийные основания - являются достаточно сильными основаниями для растворения в них кремнезема. Водорастворимые силикаты этого класса - силикаты четвертичного аммония - характеризуются общей формулой [N(R1, R2, R3, R4)]2O⋅nSiO2, где R1, R2, R3, R4 - Н, алкил -, арил - или алканолгруппы [2, 3, 4].A relatively new area of the science of water-soluble silicates, which has now found a significant practical solution, is the silicates of organic bases. The synthesis of this class of compounds is based on the ability of silica to dissolve in the region of pH above 11.5 in organic bases of various nature, primarily in Quaternary ammonium bases. Quaternary ammonium bases are strong enough bases for dissolving silica in them. Water-soluble silicates of this class — quaternary ammonium silicates — are characterized by the general formula [N (R 1 , R 2 , R 3 , R 4 )] 2 O⋅nSiO 2 , where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is H, alkyl -, aryl - or alkanol groups [2, 3, 4].
Растворы силикатов четвертичного аммония - это обычно высококремнеземные лиофильные стабильные дисперсные системы, в которых кремнезем присутствует как в коллоидных формах, так и формах, характерных для истинных растворов. Их производят часто в тех случаях, когда натриевые или калиевые аналоги таких систем оказываются недостаточно устойчивыми [5]. Растворенный кремнезем в таких системах представляет собой олигомеры со степенью полимеризации 10÷25, размер частиц коллоидного кремнезема возрастает от 2 до 100 нм в зависимости от значения силикатного модуля системы в пределах n=2÷12. Наибольшее практическое применение нашли низшие алкил - и алканолпроизводные - силикат тетрабутиламмония, силикат тетраэтиламмония, силикат тетраэтаноламмония.Quaternary ammonium silicate solutions are usually highly silica lyophilic stable disperse systems in which silica is present both in colloidal forms and in forms characteristic of true solutions. They are often produced in cases where the sodium or potassium analogues of such systems turn out to be insufficiently stable [5]. The dissolved silica in such systems is oligomers with a degree of polymerization of 10–25, the particle size of colloidal silica increases from 2 to 100 nm depending on the value of the silicate module of the system within n = 2–12. Lower alkyl and alkanol derivatives - tetrabutylammonium silicate, tetraethylammonium silicate, tetraethanolammonium silicate found the greatest practical application.
В патенте US 3239549 (Alkali metal and quaternary ammonium double salts of silicic acid. Weldes Helmut Hans Wilhelm, PQ Corp., 1960-08-22) описано соединение имеющее формулу: где М - представляет собой по меньшей мере один щелочной металл; X - составляет от около 0,5 до 1,5; n - указывает количество атомов азота и представляет собой небольшое целое число менее 10; R - представляет собой органический радикал, который образует основание NR, выбранное из группы, состоящей из алкиламинов, алканоламинов, гетероциклических аминов и циклических аминов, которые продуцируют растворы с рН не менее 9; р - равно числу R-групп и составляет не менее 4 и до 4 n; s - целое число от 1 до р, указывающее количество различных типов R групп; Y - от 2 до 10; Z - составляет от 1 до 40.US 3,239,549 (Alkali metal and quaternary ammonium double salts of silicic acid. Weldes Helmut Hans Wilhelm, PQ Corp., 1960-08-22) describes a compound having the formula: where M - represents at least one alkali metal; X is from about 0.5 to 1.5; n - indicates the number of nitrogen atoms and is a small integer less than 10; R - is an organic radical that forms an NR base selected from the group consisting of alkyl amines, alkanolamines, heterocyclic amines and cyclic amines, which produce solutions with a pH of at least 9; p is equal to the number of R-groups and is at least 4 and up to 4 n; s is an integer from 1 to p indicating the number of different types of R groups; Y - from 2 to 10; Z - is from 1 to 40.
В патенте US 3383386 (Process for making alkali metal quaternary ammonium silicates Weldes Helmut Hans Wilhelm, PQ Corp, приоритет 1960-08-22) описан способ получения соединений, имеющих формулу: где М - представляет собой по меньшей мере один щелочной металл; X - составляет от около 0.5 до 1,5; n - указывает количество атомов азота и представляет собой небольшое целое число менее 10; R - представляет собой органический радикал, который образует основание NR, выбранное из группы, состоящей из алкиламинов, алканоламинов, гетероциклических аминов и циклических аминов, которые продуцируют растворы с рН не менее 9; р - равно числу R-групп и составляет не менее 4 и до 4n; s - целое число от 1 до р, указывающее количество различных типов групп R; Y - находится между 2 и 10; Z - составляет от 1 до 40; который включает взаимодействие гидроксида четвертичного аммония, имеющего рН по меньшей мере 9, с силикатом щелочного металла, кристаллизацией и извлечением кристаллизованного продукта. В качестве гидроксида четвертичного аммония могут использоваться соединения: гидроксид тетраэтаноламмония, гидроксид тетраметиламмония, 2-тетрагидроксиэтилпиперазинийгидроксид, гидроксид N,N'-бис-бета-гидроксиэтилморфолиния.US Pat. No. 3,383,386 (Process for making alkali metal quaternary ammonium silicates Weldes Helmut Hans Wilhelm, PQ Corp, priority 1960-08-22) describes a process for preparing compounds having the formula: where M - represents at least one alkali metal; X - is from about 0.5 to 1.5; n - indicates the number of nitrogen atoms and is a small integer less than 10; R - is an organic radical that forms an NR base selected from the group consisting of alkyl amines, alkanolamines, heterocyclic amines and cyclic amines, which produce solutions with a pH of at least 9; p is equal to the number of R-groups and is at least 4 and up to 4n; s is an integer from 1 to p indicating the number of different types of R groups; Y - is between 2 and 10; Z - is from 1 to 40; which comprises reacting a quaternary ammonium hydroxide having a pH of at least 9 with an alkali metal silicate, crystallizing and recovering a crystallized product. The following compounds can be used as quaternary ammonium hydroxide: tetraethanolammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, 2-tetrahydroxyethylpiperazinium hydroxide, N, N'-bis-beta-hydroxyethylmorpholine hydroxide.
В патенте US 3630954 (Organic amine-strong base stabilized high surface area silica sols and method for preparing same, E I du Pont de Nemours and Co) предлагается коллоидный кремнезем, стабилизированный органическим основанием, таким как морфолин, циклогексиламин, имеющий площадь поверхности от 950 м2/г до 1800 м2/г, с массовой долей SiO2 от 10% до 30%, при соотношении SiO2:Na2O в интервале от 7:1 до 20:1, за счет присутствия органического основания от 0,05 до 2,0 молей на килограмм композиции.US 3,630,954 (Organic amine-strong base stabilized high surface area silica sols and method for preparing the same, EI du Pont de Nemours and Co) proposes colloidal silica stabilized with an organic base such as morpholine, cyclohexylamine having a surface area of 950 m or more 2 / g to 1800 m 2 / g, with a mass fraction of SiO 2 from 10% to 30%, with a ratio of SiO 2 : Na 2 O in the range from 7: 1 to 20: 1, due to the presence of an organic base from 0.05 up to 2.0 moles per kilogram of composition.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности являются двойные силикаты, которые описаны в патенте US 3769309 (Process for alkali metal and quaternary nitrogen compound double salts of silicic acid. 1968-11-15), содержащие силикат натрия, калия, лития и четвертичный аммониевый силикат которые имеют формулу: M2O⋅X(NnRp S)2O⋅YSiO2 ZH2O, где М - представляет собой по меньшей мере один щелочной металл; X - составляет от около 0,5 до 1,5; n - указывает количество атомов азота и представляет собой небольшое целое число менее 10; R - представляет собой органический радикал, который образует основание NR, выбранное из группы, состоящей из алкиламинов, алканоламинов, которые продуцируют растворы с рН не менее 9; р - равно числу R-групп и составляет не менее 4 и до 4n; s - целое число от 1 до р, указывающее количество различных типов R групп; Y - от 2 до 10; Z - составляет от 1 до 40.Closest to the proposed invention in technical essence are double silicates, which are described in patent US 3769309 (Process for alkali metal and quaternary nitrogen compound double salts of silicic acid. 1968-11-15) containing sodium silicate, potassium, lithium and quaternary ammonium silicate which have the formula: M 2 O⋅X (N n R p S ) 2 O⋅YSiO 2 ZH 2 O, where M - represents at least one alkali metal; X is from about 0.5 to 1.5; n - indicates the number of nitrogen atoms and is a small integer less than 10; R - is an organic radical that forms the base NR selected from the group consisting of alkylamines, alkanolamines, which produce solutions with a pH of at least 9; p is equal to the number of R-groups and is at least 4 and up to 4n; s is an integer from 1 to p indicating the number of different types of R groups; Y - from 2 to 10; Z - is from 1 to 40.
Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента двойных силикатов с целью их применения в качестве связующего для получения тонких покрытий на металле, пластике и других материалах, для получения клеев, компонентов термостойких красок, применяемых в различных областях техники.The objective of the present invention is to expand the range of double silicates with the aim of using them as a binder to obtain thin coatings on metal, plastic and other materials, to obtain adhesives, components of heat-resistant paints used in various fields of technology.
Техническая задача решается новым химическим соединением, представляющим собой двойной полисиликат щелочного металла и органического основания формулыThe technical problem is solved by a new chemical compound, which is a double alkali metal polysilicate and an organic base of the formula
где М - обозначает катион щелочного металла, - органическое основание - полимер на основе оксиалкилированного амина или диамина, R1, R2, R3, R4 - Н, алкил -, арил - или алканолгруппы. Двойной полисиликат находится в форме частиц с удельной поверхностью 340-740 м2/г, поверхность частиц содержит поликатион органического основания в количестве 0,1-0,2 функциональных групп азота на 10 нм2. Двойные полисиликаты характеризуется ИК-спектрами пропускания, представленными в описании.where M is an alkali metal cation, - the organic base is a polymer based on an oxyalkylated amine or diamine, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 - H, alkyl -, aryl - or alkanol groups. The double polysilicate is in the form of particles with a specific surface area of 340-740 m 2 / g, the surface of the particles contains a polycation of the organic base in the amount of 0.1-0.2 nitrogen functional groups per 10 nm 2 . Binary polysilicates are characterized by the IR transmission spectra presented in the description.
Двойной полисиликат имеет молярное отношение SiO2 к М2О, где М означает ион щелочного металла (например, Li, Na, К,), диапазон значений составляет от 4:1 до 12:1.The double polysilicate has a molar ratio of SiO 2 to M 2 O, where M is an alkali metal ion (for example, Li, Na, K,), the range of values is from 4: 1 to 12: 1.
Двойной полисиликат щелочного металла и органического основания имеет значение рН в диапазоне не менее 10,0 и может достигать 11,5 единиц рН. Определение проводится с помощью рН-метра-иономера.The double polysilicate of an alkali metal and an organic base has a pH in the range of at least 10.0 and can reach 11.5 pH units. The determination is carried out using a pH meter-ionomer.
Двойной полисиликат щелочного металла и органического основания имеет содержание диоксида кремния в диапазоне от 20 до 75 мас. %. Содержание диоксида кремния в диапазоне от 60 до 75% предпочтительно для того чтобы упростить транспортировку и снизить транспортные расходы, перед использованием двойной полисиликат щелочного металла и органического основания требуется разбавлять до значительно более низких концентраций диоксида кремния. При содержании диоксида кремния в диапазоне от 60 до 75% двойной полисиликат щелочного металла и органического основания представляет собой порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде.The double polysilicate of an alkali metal and an organic base has a silica content in the range of 20 to 75 wt. % A silica content in the range of 60 to 75% is preferable in order to simplify transportation and reduce transportation costs. Before using the double polysilicate of alkali metal and organic base, it is necessary to dilute to significantly lower concentrations of silicon dioxide. When the content of silicon dioxide in the range from 60 to 75%, the double polysilicate of an alkali metal and an organic base is a white powder, readily soluble in water.
Вязкость растворов двойного полисиликата щелочного металла и органического основания при содержании диоксида кремния от 15% до 25% имеет значение в диапазоне величин от 1,5 до 25 сПз. Вязкость может быть измерена с помощью известных методов, например, с использованием вискозиметров в соответствии с ГОСТ 33-2000.The viscosity of solutions of a double alkali metal polysilicate and an organic base with a silicon dioxide content of 15% to 25% has a value in the range of 1.5 to 25 cps. Viscosity can be measured using known methods, for example, using viscometers in accordance with GOST 33-2000.
Двойной полисиликат щелочного металла и органического основания настоящего изобретения является стабильным продуктом, при хранении в течение шести месяцев при 20°С в герметичной упаковке не наблюдается расслоения системы, выпадения осадка белее 0,1%, какого-либо существенного изменения удельной поверхности, увеличения вязкости менее чем на 5 сПз.The double polysilicate of an alkali metal and an organic base of the present invention is a stable product, when stored for six months at 20 ° C in a sealed package, there is no delamination of the system, precipitation is whiter than 0.1%, no significant change in specific surface area, viscosity increase less than 5 cps.
Удельная поверхность может быть измерена с помощью титрования NaOH известным образом, например, как описано Sears в Analytical Chemistry 28(1956): 12, p. 1981-1983, удельная поверхность представляет собой поверхность частиц на основе диоксида кремния, присутствующих в двойном полисиликате и выражается в квадратных метрах на грамм диоксида кремния.The specific surface can be measured by titration with NaOH in a known manner, for example, as described by Sears in Analytical Chemistry 28 (1956): 12, p. 1981-1983, the specific surface is the surface of silica-based particles present in a double polysilicate and is expressed in square meters per gram of silica.
Новое соединение образуется за счет кооперативного взаимодействия частиц полисиликата натрия с полиаминами посредством водородных связей, переходящих в ионные связи и последующим образованием ковалентных связей. Получаемый двойной полисиликат щелочного металла и органического основания после сушки имеет способность хорошо растворяться в воде.The new compound is formed due to the cooperative interaction of sodium polysilicate particles with polyamines by means of hydrogen bonds passing into ionic bonds and the subsequent formation of covalent bonds. The resulting double polysilicate of an alkali metal and an organic base after drying has the ability to dissolve well in water.
Двойной полисиликат щелочного металла и органического основания в соответствии с настоящим изобретением может быть получен в водных средах из реакционной смеси, приготовленной из источников диоксида кремния, щелочного металла или аммония и органического полиоснования.The double polysilicate of an alkali metal and an organic base in accordance with the present invention can be obtained in aqueous media from a reaction mixture prepared from sources of silicon dioxide, an alkali metal or ammonium and an organic polybase.
Источниками диоксида кремния являются осажденный кремнезем, коллоидный кремнезем, силикаты и полисиликаты щелочных металлов.Sources of silica are precipitated silica, colloidal silica, alkali metal silicates and polysilicates.
Источники органического основания включают третичные амины, полоксамеры, блоксополимеры окисей алкиленов на основе этилендиамина, оксипропилированные этилендиамины, алкоксилированные диамины, четвертичные аммонийные основания.Organic base sources include tertiary amines, poloxamers, ethylene diamine-based alkylene oxide block copolymers, hydroxypropylated ethylene diamines, alkoxylated diamines, quaternary ammonium bases.
Источники щелочного металла или аммония - гидроксиды, силикатные соли соответствующих щелочных металлов. В качестве щелочного металла может использоваться калий, натрий, литий.Sources of alkali metal or ammonium are hydroxides, silicate salts of the corresponding alkali metals. Potassium, sodium, lithium can be used as an alkali metal.
Вещества, используемые для получения двойного полисиликата щелочного металла и органического основания: стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13078-81, стекло калиевое жидкое по ГОСТ 18958-73, силикатсодержащие продукты марки «Силином» по ТУ 2145-014-13002578-2008, кремнезоли марки «Лэйксил» ТУ 2145-012-618001487-2014 и аналогичные продукты, гидроксид лития, гидроксид калия, оксиалкилированные амины, оксипропилированный этилендмамин, полоксамины, блоксополимеры этиленоксида и пропиленоксида на основе этилендиамина, четвертичные аммониевые основания полиаминов, поли(диаллилдиметиламмоний)гидроксид.Substances used to produce double alkali metal polysilicate and an organic base: liquid sodium glass in accordance with GOST 13078-81, liquid potassium glass in accordance with GOST 18958-73, silicate-containing products of the Silin brand in accordance with TU 2145-014-13002578-2008, and silica sols of the brand " Lakesil »TU 2145-012-618001487-2014 and similar products, lithium hydroxide, potassium hydroxide, hydroxyalkylated amines, hydroxypropylated ethyleneamine, poloxamines, ethylene oxide-based ethylene oxide and propylene oxide block copolymers, quaternary ammonium bases of polyamines, poly ( iallildimetilammony) hydroxide.
Молекулярная масса органического основания составляет не менее 1000, верхний предел молекулярной массы обычно составляет до 5000 г/моль.The molecular weight of the organic base is at least 1000, the upper limit of the molecular weight is usually up to 5000 g / mol.
Двойной полисиликат указанной формулы получают путем взаимодействия исходного материала, содержащего диоксид кремния с раствором щелочи щелочного металла и использованием в качестве реагента органического основания, температура реакции 50-160°С, время реакции от 30 мин до 8 часов, используют меньше чем 8 часов.A double polysilicate of the specified formula is obtained by reacting a starting material containing silicon dioxide with an alkali metal alkali solution and using an organic base as a reagent, the reaction temperature is 50-160 ° C, the reaction time is from 30 minutes to 8 hours, use less than 8 hours.
После стадии тепловой обработки двойной полисиликат может быть сконцентрирован. Концентрирование осуществляется известными методами осмотические методы, выпаривание и сушка. Концентрирование проводят, чтобы достичь массового содержания диоксида кремния не менее 20% и до 60%.After the heat treatment step, the double polysilicate can be concentrated. Concentration is carried out by known methods osmotic methods, evaporation and drying. Concentration is carried out in order to achieve a mass content of silicon dioxide of at least 20% and up to 60%.
Двойной силикат находится в форме частиц с удельной поверхностью 340-740 м2/г, поверхность частиц покрыта органическим полиоснованием, в количестве 0,1-0,2 функциональных групп азота на 10 нм2.Double silicate is in the form of particles with a specific surface area of 340-740 m 2 / g, the surface of the particles is coated with an organic polybase, in the amount of 0.1-0.2 functional groups of nitrogen per 10 nm 2 .
Двойные полисиликаты характеризуется ИК-спектрами пропускания, которые указаны в описании.Binary polysilicates are characterized by infrared transmission spectra, which are indicated in the description.
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
500 г полисиликата натрия марки Силином ВН-М с молярным соотношением 5,0 и содержанием SiO2 20,3% с разбавляют дистиллированной водой до 1000 г. Затем при интенсивном перемешивании водят в водный раствор полисиликата натрия органическое основание - водный раствор блок-сополимера этиленоксида и пропиленоксида (БС ЭО/ПО) с молекулярной массой 5000 концентрацией 10% в количестве в 25 г со скоростью дозирования 1 дм3/час.500 g of sodium polysilicate of the brand Silin BH-M with a molar ratio of 5.0 and a SiO content of 20.3% are diluted with distilled water to 1000 g. Then, with vigorous stirring, an organic base — an aqueous solution of an ethylene oxide block copolymer — is introduced into an aqueous solution of sodium polysilicate and propylene oxide (BS EO / PO) with a molecular weight of 5000 at a concentration of 10% in an amount of 25 g with a dosing rate of 1 dm 3 / hour.
После этого полученный раствор нагревают при температуре 90°С в течение 5,0 часов, затем концентрируют до содержания SiO2 21,5%, охлаждают продукт до 20°С. Полученный продукт представляет собой двойной полисиликат натрия и органического основания формулы 5,0 SiO2⋅Na2O⋅0,05 (N2R4 1,2,3,4)2O⋅60 H2O и имеет физико-химические характеристики, представленные в таблице 2.After that, the resulting solution is heated at a temperature of 90 ° C for 5.0 hours, then concentrated to a SiO 2 content of 21.5%, the product is cooled to 20 ° C. The resulting product is a double polysilicate of sodium and an organic base of the formula 5.0 SiO 2 ⋅ Na 2 O ⋅ 0.05 (N 2 R 4 1,2,3,4 ) 2 O ⋅ 60 H 2 O and has physico-chemical characteristics presented in table 2.
Пример 2.Example 2
600 г водного раствора гидроксида калия с концентрацией 7% при перемешивании смешивают с 600 г водного раствора гидрозоля диоксида кремния плотностью 1200 кг/м3 с содержанием SiO2 30,0% и нагревают до температуры 80°С при перемешивании в течении 1 часа, после того как раствор станет прозрачным при перемешивании вводят в полученный водный раствор полисиликата калия органическое основание - водный раствор оксипропилированного этилендмамина (ОП ЭДА) с молекулярной массой 1000 концентрацией 10% в количестве в 125 г со скоростью дозирования 1 дм3/час.600 g of an aqueous solution of potassium hydroxide with a concentration of 7% with stirring is mixed with 600 g of an aqueous solution of a hydrosol of silicon dioxide with a density of 1200 kg / m 3 with a content of SiO 2 of 30.0% and heated to a temperature of 80 ° C with stirring for 1 hour, after when the solution becomes transparent with stirring, an organic base is introduced into the resulting aqueous solution of potassium polysilicate, an aqueous solution of hydroxypropylated ethylene amine (OD EDA) with a molecular weight of 1000 at a concentration of 10% in an amount of 125 g with a dosing rate of 1 dm 3 / hour.
После этого полученный раствор нагревают при температуре 120°С в течение 3,0 часов, затем концентрируют до содержания SiO2 25%, охлаждают продукт до 20°С. Полученный продукт представляет собой двойной полисиликат калия и органического основания формулы 8 SiO2⋅K2O⋅0,5 (NR4 1,2,3,4)2O⋅45H2O и имеет физико-химические характеристики, представленные в таблице 2.After that, the resulting solution was heated at a temperature of 120 ° C for 3.0 hours, then concentrated to a SiO 2 content of 25%, the product was cooled to 20 ° C. The resulting product is a double polysilicate of potassium and an organic base of the
Пример 3.Example 3
600 г водного раствора гидроксида лития с концентрацией 3% при перемешивании смешивают с 600 г водного раствора гидрозоля диоксида кремния плотностью 1200 кг/м3 с содержанием SiO2 30,0% и нагревают до температуры 60°С при перемешивании в течение 1,5 часа, после того как раствор станет прозрачным при перемешивании вводят в полученный водный раствор полисиликата калия органическое основание - водный раствор поли(диаллилдиметиламмоний)гидроксид (ПДАДМАГ) с молекулярной массой 2500 концентрацией 10% в количестве в 50 г со скоростью дозирования 1 дм3/час.600 g of an aqueous solution of lithium hydroxide with a concentration of 3% with stirring is mixed with 600 g of an aqueous solution of a hydrosol of silicon dioxide with a density of 1200 kg / m 3 with a content of SiO 2 of 30.0% and heated to a temperature of 60 ° C with stirring for 1.5 hours , after the solution becomes transparent, with stirring, an organic base is introduced into the obtained potassium polysilicate aqueous solution - an aqueous solution of poly (diallyldimethylammonium) hydroxide (PDADMAG) with a molecular weight of 2500 at a concentration of 10% in an amount of 50 g with a dosing rate of 1 dm 3 / h.
После этого полученный раствор нагревают при температуре 160°С в течение 0,5 часа, затем концентрируют до содержания SiO2 45%, охлаждают продукт до 20°С. Полученный продукт представляет собой двойной полисиликат лития и органического основания формулы 12SiO2⋅Li2O⋅0,2(NR4 1,2,3,4)2O⋅24H2O и имеет физико-химические характеристики, представленные в таблице 2.After that, the resulting solution is heated at a temperature of 160 ° C for 0.5 hours, then it is concentrated to a SiO2 content of 45%, and the product is cooled to 20 ° C. The resulting product is a double lithium polysilicate and an organic base of formula 2 12SiO2⋅Li O⋅0,2 (NR 4 1,2,3,4) O⋅24H 2 O 2 and has the physicochemical characteristics listed in Table 2.
Пример 4.Example 4
600 г водного раствора силиката натрия с концентрацией 6% при перемешивании смешивают с органическим основанием - водный раствор оксиэтилированного алкиламина (ОЭ АА) с молекулярной массой 2400 концентрацией 10% в количестве в 80 г со скоростью дозирования 1 дм3/час, затем вводят 600 г водного раствора гидрозоля диоксида кремния плотностью 1200 кг/м3 с содержанием SiO2 30,0%. После этого полученный раствор нагревают при температуре 50°С в течение 8,0 часов, затем концентрируют до содержания SiO2 65%, охлаждают продукт до 20°С. Полученный продукт представляет собой двойной полисиликат натрия и органического основания формулы 4SiO2⋅Na2O⋅0,1 (NR4 1,2,3,4)2O⋅10Н2О и имеет физико-химические характеристики, представленные в таблице 2.600 g of an aqueous solution of sodium silicate with a concentration of 6% are mixed with an organic base with stirring - an aqueous solution of ethoxylated alkylamine (OE AA) with a molecular weight of 2400 at a concentration of 10% in an amount of 80 g with a dosing rate of 1 dm 3 / h, then 600 g are introduced an aqueous solution of a hydrosol of silicon dioxide with a density of 1200 kg / m 3 with a SiO 2 content of 30.0%. After that, the resulting solution is heated at a temperature of 50 ° C for 8.0 hours, then concentrated to a SiO2 content of 65%, the product is cooled to 20 ° C. The resulting product is a double sodium polysilicate and an organic base of formula 4SiO 2 ⋅Na 2 O⋅0,1 (NR 4 1,2,3, 4) O⋅10N 2 O 2 and has the physicochemical characteristics listed in Table 2.
Соотношения компонентов, режимные условия получения двойных полисиликатов щелочного металла и органического основания приведены в табл. 1. Физико-химические характеристики и формулы полученных продуктов представлены в табл.2.The ratio of components, the operating conditions for the production of double alkali metal polysilicates and an organic base are given in table. 1. Physico-chemical characteristics and formulas of the obtained products are presented in table.2.
Концентрацию двуокиси кремния в двойном полисиликате определяют по методике, приведенной в монографии (Айлер Р. Химия кремнезема М.: Мир, 1982, ч. 1, с. 265).The concentration of silicon dioxide in the double polysilicate is determined by the method described in the monograph (Euler R. Chemistry of silica M .: Mir, 1982, part 1, p. 265).
Элементный состав полученных двойных полисиликатов щелочного металла и органического основания определяют с помощью физико-химических методов анализа:The elemental composition of the obtained double polysilicates of an alkali metal and an organic base is determined using physicochemical methods of analysis:
- массовую концентрацию ионов щелочного металла определяют ацидиметрическим титрованием растворов двойных полисиликатов;- the mass concentration of alkali metal ions is determined by acidimetric titration of solutions of double polysilicates;
- массовую концентрацию диоксида кремния SiO2 определяют весовым методом путем превращения оксида кремния в летучий тетрафторид кремния взаимодействием с фтористоводородной кислотой;- the mass concentration of silicon dioxide SiO 2 is determined by the gravimetric method by converting silicon oxide into volatile silicon tetrafluoride by reaction with hydrofluoric acid;
- массовую концентрацию функциональных групп азота органического основания определяют неводным титрованием хлорной кислотой в диоксане или изопропиловом спирте.- the mass concentration of the functional groups of nitrogen of the organic base is determined by non-aqueous titration with perchloric acid in dioxane or isopropyl alcohol.
Как видно из примеров конкретного выполнения и данных по элементному составу, коллоидный двойной полисиликат имеет структурную формулу: As can be seen from examples of specific performance and data on the elemental composition, a colloidal double polysilicate has the structural formula:
где М - обозначает катион щелочного металла.where M is an alkali metal cation.
Полученный двойной полисиликат можно использовать в качестве связующего для получения тонких покрытий на металле, пластике и других материалах, для получения клеев, компонентов термостойких красок, применяемых в различных областях техники.The resulting double polysilicate can be used as a binder to obtain thin coatings on metal, plastic and other materials, to obtain adhesives, components of heat-resistant paints used in various fields of technology.
Пример 5 по использованию.Example 5 for use.
Водный раствор двойного полисиликата натрия и органического основания, полученного в соответствии с примером 1, наносили на стальные пластинки. После сушки в течение 5 часов при комнатной температуре определялась адгезия. Адгезия пленок на металлических пластинах определялась в соответствии с ГОСТ 31149-2014 Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза. Адгезия пленки исходного полисиликата натрия составляет 4 балла, адгезия пленки двойного полисиликата натрия полученного в соответствии с примером 1 составляет 1 балл.An aqueous solution of sodium double polysilicate and an organic base prepared in accordance with Example 1 was applied to steel plates. After drying for 5 hours at room temperature, adhesion was determined. The adhesion of films on metal plates was determined in accordance with GOST 31149-2014. Paintwork materials. Determination of adhesion by trellised notch. The adhesion of the film of the starting sodium polysilicate is 4 points, the adhesion of the film of the double sodium polysilicate obtained in accordance with example 1 is 1 point.
Таким образом, двойной полисиликат можно использовать в качестве в качестве связующего для получения тонких покрытий на металле.Thus, a double polysilicate can be used as a binder for thin coatings on metal.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
На прилагаемых к описанию чертежах показано:The accompanying description of the drawings shows:
Фиг. 1 - ИК-спектр пропускания образца двойного полисиликата натрия и органического основания синтезированного в соответствии с примером 1.FIG. 1 - IR transmission spectrum of a sample of double sodium polysilicate and an organic base synthesized in accordance with example 1.
Фиг. 2 - ИК-спектр пропускания образца двойного полисиликата калия и органического основания синтезированного в соответствии с примером 2.FIG. 2 - IR transmission spectrum of a sample of a double potassium polysilicate and an organic base synthesized in accordance with example 2.
Фиг. 3 - ИК-спектр пропускания образца двойного полисиликата лития и органического основания синтезированного в соответствии с примером 3.FIG. 3 - IR transmission spectrum of a sample of lithium double polysilicate and an organic base synthesized in accordance with example 3.
ИК-спектры снимались на ИК-Фурье спектрометре Vector-22. Диапазон работы спектрометра - средняя ИК-область 4000-400 см-1. Запись спектров пропускания осуществлялась в виде запрессовок в бромиде калия.IR spectra were recorded on a Vector-22 IR Fourier spectrometer. The range of the spectrometer is the average infrared region of 4000-400 cm -1 . The transmission spectra were recorded in the form of press-ons in potassium bromide.
Список литературы:Bibliography:
1 Айлер Р. Химия кремнезема. В 2 т. М: Мир, 1982.1 Ayler R. Chemistry of Silica. In 2 vols. M: Mir, 1982.
2 Figovsky О., Beilin D. Advanced Polymer Concretes and Compounds, 2013, 267 P.2 Figovsky O., Beilin D. Advanced Polymer Concretes and Compounds, 2013, 267 P.
3 Корнеев В.И, Данилов В.В. Растворимое и жидкое стекло. Санкт-Петербург: Стройиздат, СПб., 1996.3 Korneev V.I., Danilov V.V. Soluble and liquid glass. St. Petersburg: Stroyizdat, St. Petersburg, 1996.
4 Porter M.R. Handbook of Surfactants. Blackie, Glasgow (UK), 1994.4 Porter M.R. Handbook of Surfactants. Blackie, Glasgow (UK), 1994.
5 Figovsky O.L., и др. Успехи применения нанотехнологий в строительных материалах, Nanobuild, v. 3, 2012. p. 6-21.5 Figovsky O.L., et al. Advances in the Use of Nanotechnology in Building Materials, Nanobuild, v. 3, 2012. p. 6-21.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116833A RU2683320C1 (en) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Double polycylacate of alkali metal and organic base |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116833A RU2683320C1 (en) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Double polycylacate of alkali metal and organic base |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683320C1 true RU2683320C1 (en) | 2019-03-28 |
Family
ID=66089558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116833A RU2683320C1 (en) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Double polycylacate of alkali metal and organic base |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683320C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3630954A (en) * | 1969-05-08 | 1971-12-28 | Du Pont | Organic amine-strong base stabilized high surface area silica sols and method for preparing same |
| US3769309A (en) * | 1965-10-21 | 1973-10-30 | Philadelphia Quartz Co | Process for alkali metal and quaternary nitrogen compound double salts of silicic acid |
| RU2103226C1 (en) * | 1997-01-31 | 1998-01-27 | Николай Николаевич Ростанин | Method for producing high-silica zeolites |
| RU2156735C1 (en) * | 1999-12-24 | 2000-09-27 | Ростанин Николай Николаевич | Method of preparing high-silica zeolites |
-
2018
- 2018-05-04 RU RU2018116833A patent/RU2683320C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3769309A (en) * | 1965-10-21 | 1973-10-30 | Philadelphia Quartz Co | Process for alkali metal and quaternary nitrogen compound double salts of silicic acid |
| US3630954A (en) * | 1969-05-08 | 1971-12-28 | Du Pont | Organic amine-strong base stabilized high surface area silica sols and method for preparing same |
| RU2103226C1 (en) * | 1997-01-31 | 1998-01-27 | Николай Николаевич Ростанин | Method for producing high-silica zeolites |
| RU2156735C1 (en) * | 1999-12-24 | 2000-09-27 | Ростанин Николай Николаевич | Method of preparing high-silica zeolites |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0335195B1 (en) | Silica sol containing elongated-shaped particles and method for preparing the same | |
| US5221497A (en) | Elongated-shaped silica sol and method for preparing the same | |
| US10173901B2 (en) | Silica particles, manufacturing method for the same, and silica sol | |
| TWI520904B (en) | Method for preparing high-purity aqueous colloidal vermiculite sol from alkali metal citrate solution | |
| JP6195198B2 (en) | Method for producing silica airgel | |
| EP2556021B1 (en) | Silica particle manufacturing process | |
| TWI888388B (en) | Method for producing water glass containing chelating agent and silica sol | |
| JP5339701B2 (en) | Method for concentrating silica sol and mixture obtained by said method | |
| US20110283916A1 (en) | Solvent-Free Water-Soluble Silane-Modified Silicates | |
| CN106279694A (en) | Nanometer cage-type silsesquioxane coupling agent and the method preparing hybrid silica aeroge | |
| US20110020654A1 (en) | Light-permeable heat protection element with aluminate-modified or borate-modified silicon dioxide | |
| US9695111B2 (en) | Method of producing soluble silicates with organic cations | |
| JP2019116396A (en) | Silica-based particle dispersion and production method thereof | |
| US3351561A (en) | Non-aqueous silica sols and method for preparing same | |
| RU2683320C1 (en) | Double polycylacate of alkali metal and organic base | |
| CN104961134B (en) | Ludox and preparation method thereof | |
| CN108463486B (en) | Synthetic method of prehydrolyzed polyalkyl silicate | |
| CN111499869A (en) | Fluorinated semi-cage silsesquioxane and preparation method and application thereof | |
| US20130068139A1 (en) | Silica gel comprising guanidine carbonate | |
| CN104151765A (en) | Preparation method of silica-based nano hybrid material for protecting silicate cultural relics | |
| CN112920787A (en) | Cage-shaped amphiphilic nano-particle and preparation method and application thereof | |
| JP2011236094A (en) | High concentration silica sol | |
| Roggendorf | Water Glass | |
| BR102020024799A2 (en) | SODIUM SILICATE PRODUCTION PROCESS FROM MICROSILIC | |
| CN117157249B (en) | Cage silicate and method for producing same |