Получение и исследование основных пигментных свойств синтезированного фосфоната кальция

УДК 675.6

О. П. Кузнецова, А. А. Каюмов, С. А. Ситнов ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПИГМЕНТНЫХ СВОЙСТВ СИНТЕЗИРОВАННОГО ФОСФОНАТА КАЛЬЦИЯ

Ключевые слова: оксиэтилидендифосфоновая кислота, фосфонат кальция, процесс осаждения.

Целью работы явилась разработка технологии синтеза фосфоната с низкой водорастворимостью и его использование в качестве малотоксичного противокоррозионного компонента пигментной части лакокрасочных грунтовок.

Keywords: oksietilidendifosfonovoy acid, calcium phosphonate, the deposition process.

The aim of the work was to develop technology for synthesizing phosphonate low water solubility and its use as a low-toxic anticorrosive pigment component of paint primers.

Введение

Поиск нетоксичной альтернативы канцерогенным хроматам, являющимся традиционной основой противокоррозионного действия грунтовок ингибирующего типа, в последние годы относится к важным задачам исследователей, работающих в лакокрасочной подотрасли.

О дним из основных направлений ее решения до настоящего времени было

использование пигментных фосфатов и полифосфатов металлов. Установлено, что противокоррозионное действие пигментов этого типа обусловлено их способностью к комплексообразованию, результатом которого является формирование на поверхности металла пленок, обеспечивающих повышение адгезии лакокрасочных ПК и подавление электрохимической коррозии [1].

Известно, что фосфоновые кислоты и их производные обладают более высокой комплексообразующей способностью. С этим согласуются данные, свидетельствующие о том, что, в качестве ингибирующих добавок в водные среды, контактирующие с металлами, фосфорсодержащие комплексоны и комплексонаты по способности подавлять коррозию превосходят фосфаты и полифосфаты [2].

Однако водорастворимость используемых в настоящее время фосфоновых кислот и фосфонатов ограничивает возможность их применения в составе противокоррозионных грунтовок. В литературе имеются данные о применении фосфонатов в качестве комплексообразующих добавок к водным грунтовкам — преобразователям ржавчины [3, с. 90]. Более широкое их использование, в том числе в составе органоразбавляемых грунтовок, ограничивает потеря барьерных свойств ПК, наблюдаемая, как известно, при включении в их состав веществ с высоким содержанием водорастворимых компонентов.

Известно, что в определенных условиях возможно образование малорастворимых в воде фосфонатов, в частности, фосфоната кальция [4, с. 211]. Противокоррозионные свойства этих соединений до настоящего времени не исследованы. Поэтому синтез фосфонатов с низкой водорастворимостью и исследование возможности их использования в качестве малотоксичных противокоррозионных компонентов пигментной части лакокрасочных грунтовок является актуальной задачей.

Экспериментальная часть

В данной работе объектом исследования являлся осадочный фосфонат кальция (ОФК), синтезированный при использовании 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) (ТУ 6-09-5372-87) и нитрата кальция (ГОСТ 1142-77) в качестве исходного сырья и гидроксида натрия (ГОСТ 4328-77) в качестве нейтрализатора.

Диспергирование пигмента в пленкообразующих системах осуществляли с помощью лабораторного диспергатора. Пленкообразующей основой исследованных композиций служил алкидный лак ПФ-060 (ТУ 2311-024-45822449-2002).

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследовали процесс осаждения фосфоната кальция смешением в водной среде ОЭДФ с расчетным количеством водорастворимой соли металла с последующим повышением рН дозированием раствора гидроксида натрия (повышение рН необходимо, так как протонированные фосфоновые группы не способны вступать в реакцию комплексообразования).

В результате проведенных экспериментов было установлено, что во всех случаях в процессе синтеза фосфонатов наблюдается характерное изменение рН, указывающее на протекание реакции солеобразования. Как видно из характерных кривых

потенциометрического титрования, представленных на рисунке 1, в процессе дозирования гидроксида натрия наблюдаются три буферные зоны: а=0-2; а=2-4 и а >4.

Рис. 1 - Кривая потенциометрического титрования смеси ОЭДФ и нитрата кальция раствором гидроксида натрия

Данные, представленные на рисунке 2, показывают, что значение выхода продукта близкое к теоретическому достигается при рН =7. Это значение отвечает, соотношению ОЭДФ с гидроксидом натрия а = 4 (рис. 1) соотношению что соответствует уравнению реакций:

СНзС(0Н)[Р(0)(0Н)2]2 + 2Са(ЫОз)2 + 4Ыа0Н ^

^ СНзС(0Н)[Р(0)02]2Са2| + 4ЫаЫ0з +4Н2О.

ИК-спектроскопия подтвердила, что полученный продукт представляет собой фосфонат кальция. На это указывает исчезновение линии поглощения в области 1200 см-1, связанное, как известно, с протеканием реакции солеобразования ОЭДФ [5, с. 32], и появление полосы при 897 см-1, относящиеся соответственно к деформационным колебаниям кальция [6, с.132].

Рис. 2 - Выход пигмента (№) ОФК от рН среды

Результаты исследования процесса диспергирования полученного порошка в алкидном лаке ПФ - 060 и в водной среде, позволяют сделать вывод о приемлемой скорости дезагрегации частиц синтезированного фосфоната. Это в совокупности, с данными в табл. 1 позволяет сделать вывод о том, что полученный фосфонат может быть использован в качестве пигмента в лакокрасочных материалах.

Таблица 1 - Свойства осажденного пигментного фосфоната кальция

Выход пигмента, % Содержание водорастворимых веществ, % Плотность, г/см3 Маслоемкость первого рода, г/100г рН водной вытяжки

98,3 0,2 1,93 36,6 9,35

Литература

1. Ермилов, П.И. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы / П.И. Ермилов, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев. - Л.: Химия, 1987. - 200 с.

2. Кузнецов, Ю.И. Органические ингибиторы коррозии металлов в нейтральных водных растворах./ Ю.И. Кузнецов // Итоги науки и техники. Сер. Коррозия и защита от коррозии. - 1978. - Т. 7. - С. 159-254.

3. Дринберг, А.С. Антикоррозионные грунтовки / А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко, Т.В. Калинская. - СПб.: ООО «НИПРОИНС ЛКМ и П с ОП», 2006. - 168 с.

4. Дятлова, Н.М. Комплексоны и комплексонаты металлов / Н.М. Дятлова, В.Я. Темкина, К.И. Попов. - М.: Химия, 1988. - 543 с.

5. Атлас ИК-спектров фосфорорганических соединений / Р.Р. Шагидуллин [и др.]. - М.: Наука, 1984. - 335 с.

6. Накамото, К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / К. Накамото; пер. с англ. - М.: Мир, 1966. - 411 с.

© О. П. Кузнецова - канд. техн. наук, ст. преп. кафедр дизайна и химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ, oksi.kuznecova@mail.ru; А.А. Каюмов - асп. каф. химической технологии лаков, красок и лакокрасочных покрытий КНИТУ; С. А. Ситнов - асп. той же кафедры.