CS253579B2 - Method of aqueous non-setting dispersions preparation - Google Patents

Description

(54) Způsob přípravy vodných, nesedimentujících disperzí

Podle tohoto řešení se v disperzním prostředí nebo v disperzi již obsahující pevné částice rozptýlí 1 až 50 % hmotnosti škrobu, vztaženo na hmotnost vody, a močovina v množství alespoň stejném jako škrob. Postup lze s výhodou uplatnit při výrobě stabilních suspenzí umělých hnojiv.

ч

Vynález se týká způsobu přípravy vodných, nesedimentujících disperzí dispergací pevných částic ve vodě.

Pokud se týče dosavadního stavu techniky je známo, že pevné částice solů, které rozsahem velikostí svých částic náleží ke koloidním systémům, mimořádně pomalu sedimentují, přičemž se ustavuje Sedimentační rovnováha. Částice suspenzí, které mají větší velikost, sedimentují poměrně rychle pokud je jejich hustota větší než hustota prostředí (viz Erdey-Gruz, T.-Schay, Cs : Theoretische physikalische Chemie, Tankonyvkaiadó, Budapešť, 1964, str. 226 až 233).

Pokud jsou v systému jak koloidní tak větší částice, sedimentují větší částice poměrně rychleji než menší částice, přičemž větší částice mohou menší částice strhávat a tak mohou menší částice v polydisperzních systémech sedimentovat mnohem rychleji než je charakteristické pro jejich rozsah velikostí v důsledku takzvané ortokinetické koagulace (viz: Dr. Buzágh A.: Praktikum der Kolloidik, Tankoyvkiadó, Budapešť, 1962, str. 143 až 149).

V četných průmyslových procesech je cílem vyrábět dobře sedimentující systémy, především při oddělování pevných látek od kapalin, jako například pro odvodňování různých kalů nebo při odvodňování vrstvy papírenské hmoty. Při jiných průmyslových procesech je naopak cílem postupu podpořit stabilitu suspenzí a zabránit sedimentaci, například při výrobě suspenzí pro těžbu ropy, při výrobě různých emulzí nebo v případech, kdy se disperze mají přepravovat nebo skladovat.

Jako charakteristické příklady je možno uvést výroby suspenzních plniv pro papírenský průmysl , stabilizaci emulzí pro nejrůznější účely, například stabilizace parafinových a bitumenových emulzí, ale také nejrůznějších emulzních prostředků pro ochranu rostlin a nejrůznějších disperzí umělých hnojiv.

Pokud se týče stabilizace suspenzí je z ekonomického hlediska v současné době nejdůležitější a proto také nejdynamičtěji se rozvíjející obor výroba suspendovaných umělých hnojiv. Proto bude metodika práce, praktická opatření a další podrobnosti postupu přípravy a stabilizace disperzí popisovány na příkladu suspendovaných umělých hnojiv.

Skladování a transport nejrůznějších umělých hnojiv v práškové formě je spojeno s četnými ztrátami, přičemž při jejich aplikaci dochází ke značné nerovnoměrnosti při jejich rozptylování, což je velmi nevýhodné. Rozptylování umělých hnojiv obsahujících různé účinné látky je možno provést jen několika pracovními postupy. Těmto problémům je možno se vyhnout výrobou suspenzí umělých hnojiv obsahujících různé účinné látky za předpokladu, že počínaje výrobou přes skladování, dopravu a konče použitím nedochází к žádné sedimentaci, která jednotlivé pracovní pochody narušuje.

Označení suspendovaná umělá hnojivá neodpovídá skutečnosti. Pevné složky umělých hnojiv použité při výrobě těchto produktů spadají do širšího disperzního rozsahu. Velikost a kvalita částic vyskytujících se v nasyceném roztoku komponent představují komplikovanou situaci vzhledem к různým vzájemně probíhajícím působením v roztocích, vzhledem к procesům vytváření podvojných solí a vzhledem к oddělování částic а к dalším jiným pochodům.

Charakterizace těchto částic v uvedených systémech,,popřípadě vztah velikosti částic v závislosti na jejich látkovém složení nebyla ještě podrobena detailnímu vědeckému studiu, proto se tyto systémy, aniž by byla analyzována velikost částic, označují souhrnně jako disperze. Tato definice připouští oddělený nebo společný výskyt jak koloidních tak také větších částic.

Pro ochranu suspenzí před sedimentací se podle známého stavu techniky používá elektrolytů. Elektrolyty vyvolávají mezi částicemi elektrostatické odpudivé síly a zabraňují tak jejich agregaci. Tento způsob ovšem v případě disperzí umělých hnojiv nepřichází v úvahu neboť toto prostředí sestává z roztoků silných elektrolytů.

Ke stabilizaci disperzi jsou použitelné také takzvané makromolekulám! koloidy, které zvyšuji viskozitu prostředí a tím ztěžuj sedim^i^t^<^<^:i částic. Tyto látky vytváří na částicích povlak, což rovněž zabraňuje agregaci částic. K tomuto účelu je možno poulžt želatiny, karboxymoehhláeeulózy, pólyvinylaákoholu, kaseinu, ligninsuHonové kyseliny popřípadě jejích derivátů, sorbitu, glukózy a podobných látek.

Ke stabilizaci suspendovaných umOlých hnojiv se používá syntetických silikátů, různých derivátů kyseliny křemiččté, koloidních křemičitanových solů a Uli.nilokřeoičitaiů hořečnatých. Dále se používá přírodních silikátů, jako jsou například bentonnt,·illit a attapulgit, patřící г hlinitým minerálům, popřípadě se vedle těchto hlinitých minerálů používá také dispergačních prostředků na fosfátové bázi.

Vedle pouužtí dispergačních a stabilizačních prostředků se také zdůrazňuje význam mmehanického rozmOlňování. Jako příklad publikací zabýva^cích se touto problematikou je možno uvést: Buzágh s Praskům der Kolloidir (Tankδnyvkikdó, BвUdkpeít 1962, str. 119 až 125, str. 143 až 149 a str. 176 až 199), dále patent NSR č. 1 667 798 a patent Spojených států amerických č. 3 579 321.

Uvedenými postupy je možno dosáhnout poměrně dobré stability, v takto stabiizovvaných systémech se však v praxi m^uee! již sedimentované složky ve většině případech čas od času znovu hommogeizovvt, což se provádí ve většině případů mícháním.

Dalším proHOmem je poměrně vysoká cena průmyslových produktů vzhledem k materiálo'tm a energetčkkým nárokům na jejich výrobu. Překážkou stabilizace! p^odlních produktů, popřípadě u různých průmyslových vedlejších produktů, je velké kolísání jejich kvalty. Význam nalezené stabilizační metody se také může popřípadě zmeenšt tím, že nalezený stabilizační prostředek obsahuje látku cizorodou vzhledem k chemickému složení půdy.

Úkolem vynálezu je navrhnout způsob účinné stabilizace suspenzí, které ma^í konstantní kvaltu, přičemž se pouHje poměrně levných prostředků, použitelných bez zvaáštních chemických které se v podstatě od přirozených složek půdy.

Postup přípravy vodných nesedioeeitlících disperzí dipergací pevných částic ve vodě spočívá podle uvedeného vynálezu v tom, že se · ·před přípravou disperze ve vodě nebo ve vodném prostředí nebo v disperzi, již obsahuiící pevné částice, rozptýlí 1 až 50 í hmoltnlei, s výhodou 2 až 10 % hmotnos! škrobu, vztaženo na h^c^O^nost^· vody, a močovina v hmotnostním mnOžtví alespoň stenném jako škrob, nejvíce však padesátLÍi^isK^l^r^ť^m, s výhodou v mnOství dvojnásobném až desetin^<so^l^i^<^m vzhledem ke hmoltnlei škrobu.

Výhodně se pouHje škrob ve formě přírodních látek obsahuiících tento škrob. Jak škrob tak mo0oviik se výhodně pouHjí ve formě suché smOsi.

Postupem podle uvedeného vynálezu se získá nesediInoeiulící> dobře tekoucí a snadno roztřepatelný systém ze látek různého látkového složení, které jsou ve vodě různě rozpustné a sestávají z anorganických a/nebo organických sloučenin. Takto se poddaUo postupem podle uvedeného vynálezu vyřeeit současně několik úkolů:

- poddaHo se stabilizovat suspenze takovými látkami, které nejsou cizorodé půdě a živým organsem^,

- postup se neomozuje na úzkou skupinu různých látek, nýbrž je možno pomocí tohoto postupu zaaissit potřebnou stabilitu také při pouHtí disperzních částic nejrůznnjšího chemického složení,

- v případě suspenzí mOlých hnojv je možno považovat stabilizační složku močovinu za přírodní složku mOlého huG^vá,

- je možno rozzířit rozsah pouHtí škrobu, který je důležiýým produktem zemOdělské produkce,

- při postupu je možno použít oliva rostlin obsah^ících škrob, například obilí.

* 253579 · '

Podle uvedeného vynálezu bylo zcela překvapivě zjištěno, že samy o sobě rychle sedimentu jící škrob a močovina ve vodě spolu nejen nesedimenntjí, nýbrž také brání sedimentaci pevných částic disperzí.

Tento poznatek je překvapnící také z toho důvodu, že podle literatury je známo (viz Handbuch der Papierinduusrie, red. - ' -Gyorgy Vámms, MMsszki Konyvkiadó, 1980, str.

120 až 122 a 143), že se škrob oxidačním, enzymatickým, zásaditým nebo kyselým odbouráváním převádí zpravidla na nesedimeentuící systémy, a že tímto způsobem získané produkty jsou známy nikoliv jako stabilizační prostředky, nýbrž jako koaguuátory, čiřicí prostředky a sedimentační prostředky.

Při provádění postupu podle vynálezu se před výrobou disperze ve vodě nebo ve vodném prostředí nebo do disperze obsahuuící pevné částice rozptyluje škrob a močovina bud jednotlivě nebo ve formě předem připravené suché smmsi.

Mnoství škrobu používané ke stabilizaci se pohybuje v rozm^e^:í od 1 do 50 S, s výhodou v -. - rozmezí od 2 do 10 t, vztaženo na hmoonost vody. Mnnožsví močoviny je alespoň stejné jako množtví škrobu, nejvýše je toto množtví padesátkrát větší než mnoožtví škrobu, přičemž ve výhodném provedení se používá dvojnásobného až desetinásobného mnnožtví močoviny vzhledem k množtví škrobu.

Postup podle uvedeného vynálezu bude v dalším ilustrován pomocí příkladů, ve kterých budou rovněž uvedeny dosažené výsledky.

Porovnávací příklad 1

Podle tohoto postupu bylo za kontinuálního míchání dispergováno v 500 ld-Hreech vody 40 gramů škrobu. Touto disperzí byl naplněn sedimentační válec o objemu 250 miillitrů s dělením po 2,5 miiilitru v rozsahu 100 až 250 miillitrů.

Objem teUimentovaných podílů byl odečítán po jedné hodině, po dvou hodinách a po 24 .hodinách, a potom byl po 24UrU±oovém sedimentování posouzen charakter sedimentace vizuálním stanovením. Při tomto postupu byl již po jedné hodině sediment škrobu v sedimentačním válci v rozmezí neděleném pod značkou 100 miiilitrů. Sediment vytvoMl po 24 hodinách mimořádně pevnou a těžko rrztřniatnlnru vrstvu.

Porovnávací příklad 2

V tomto příkladu se postupovalo stejně jako v porovnávacím příkladu 1 s tím rozdílem, že bylo za máchání, dispergováno ještě kromě škrobu 200 g moooviny. V průběhu míchání se močovina rozpuusila, takže sedimentační - - zkoušku nebylo možno provést.

Porovnávací příklad 3

Postupovalo se stejně jako v porovnávacím příkladu 1 s tím rozdílem, že místo škrobu bylo dispergováno 150 gramů antrac^timu. Již po jedné hodině klesl sediment antrachinonu v sedimentačním válci do nedělené části pod značku oznaauuící 100 miillitiů. Sediment vytvoířil po 24 hodinách mimořádně pevnou a těžko roztřepatelnou vrstvu.

Příklad 1

V tomto příkladu se postupovalo stejně jako v porovnávacím příkladu 1 až 3, s tím rozdílem, že bylo v 500 mililitrech vody za míchání dispergováno 200 gramů karbamidu, 40 gramů škrobu a 150 gramů aotracUinrnu. V sedimentačním válci nebyl zjištěn po jedné hodině, popřípadě po dvou hodinách žádný sedi-meen, , přičemž ještě po 24 hodinách bylo možno nad sedimentem zjistit 5 miiilitrů čirého prostředí. Po 24hodinové sedimentaci se nevvyvvřřl žádný sediment, přičemž disperze zůstala homogenní a snadno roztřepatelná.

Porovnávací příklad 4

Postupovalo se stejným způsobem jako v porovnávacím příkladů 2 s tím rozdílem, že místo 200 gramů močoviny bylo dispergováno 200 gramů chloridu draselného. V průběhu míchání byla rozpuštěna jen část chloridu draselného. Po nalití suspenze, vzniklé v nasyceném roztoku chloridu draselného, do sedimentačního válce vznikl mimořádně rychle sedimeenující systém. Již po jedné hodině spadl sediment do nedělené oblasti pod značku označující 100 mililitrů. Sediment vytvořil po 24 hodinách mimořádně pevnou a těžko roztřepatelnou vrstvu.

Porovnávací příklad 5

V tomto provedení se postupovalo stejném způsobem jako u porovnávacího příkladu 2 s tím rozdílem, že v tomto případě byl dispergován dihydrogeníosforečnan amonný. Při dispergování byla část dihydrogen^sforečnanu amonného rozpuštěna. Nasycená suspenze dihydrogenfosforečnanu amonného sedimentovala rychle v sedimentačním válci, přičemž ji-ž po jedné hodině klesl sediitient do nedělené části pod značku 100 miiilitrů. Po 24 hodinách byl sediment kyprý, měl však mimořádně malý objem, roztřepání nepůsobilo žádných zvláštních obtíží.

Porovnávací příklad 6

V tomto provedení se postupovalo ste^^m způsobem jako v porovnávacím příkladu 5, přičemž rozdíl byl v tom, že v průběhu suspendování bylo do suspenze přidáváno 150 miiilitrů 25% roztoku hydroxidu amonného. Suspenze sedimentovala ve 250mililiUrřvé nálevce pommaeji než v porovnávacím příkladu 5, avšak přesto klesl objem sedimentu po jedné hodině pod značku ozna^^ící 100 miiílitrů. Tento sediment byl po 24 hodinách poměrně dobře roztřep^el-ný.

Příklad 2

V tomto příkladu se postupovalo ste^^m způsobem jako v porovnávacím příkladu 1, popřípadě 2, s tím rozdílem, že v 500 miiilitrech vody bylo dispergováno 500 gramů močoviny a 250 gramů škrobu, které se předem za sucha smííily. Takto vytvořený systém měl mimořádně vysokou viskozitu, přičemž roztřepání bylQ, pro tuto vysokou viskozitu ztíženo. Systém nesedimmntoval ani po 24 hodinách.

Příklad 3

V tomto příkladu se postupovalo stejně jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že vzhledem k požadovanému poměru dusík/fosfor/draslík asi 1:0,5:0,5 bylo dispergováno v 650 miiilitrech vody 1 870 gramů močoviny, 40 gramů škrobu, 1 000 gramů dihydrogeníosforečnanu amon n ého, 900 gramů 25% roztoku hydroxidu amonného a 880 gramů chloridu draselného. Takto získaná disperze s obsahem účinných látek 40 % nesedimentovala v sedimentačním válci po jedné ani po dvou hodinách, přičemž po 24 hodinách vznikla vrstva čirého prostředí nad povrchem suspenze o objemu 7,5 mililitru. Podle tohoto příkládu nevznikl žádný sediment. Suspenze byla snadno roztřepatelná.

Příklad 4

V tomto příkladu se postupovalo sterým způsobem jako v příkladu 3 s tím rozdílem, že vzhledem k požadovanému poměru dulk/fosfor/draslík asi 1:1:0 bylo ve 30 miiilitrech vody a 900 gramech hydroxidu amonného dispergováno 720 gramů moooviny, 1 000 gramů dihydrogejfosfřrečjlnu amonného a 40 gramů škrobu. Takto .získaná disperze nesedimentovala při obsahu 40 % účinných látek ve 2^(^0^^^l^^li^^,ro^^,^<^m sedimentačním válci po jedné ani . po dvou hodinách. Po 24 hodinách vzniklo 5 miiilitrů čirého prostředí nad povrchem suspenze. Homogenizace nebyla nutná. Podle tohoto provedení sediment nevznn-J^k-. Suspenzi bylo možno snadno roztřepat.

Příklad 5

V tomto příkladu se postupovalo setjně jako v příkladu 3, přičemž rozdíl byl v tom, že vzhledem к požadovanému poměru dusík/fosfor/draslík asi 1:1:1 bylo dispergováno v 710 mililitrech vody 900 gramů hydroxidu amonného, 1 000 gramů dihydrogenfosforečnanu amonného, 720 gramů močoviny, 880 gramů chloridu draselného a 40 gramů škrobu. Takto vyrobená disperze obsahující 40 % účinných látek nesedimentovala ve 250mililitrovém sedimentačním válci ani po jedné ani po dvou hodinách. Po 24 hodinách vznikla vrstva čirého prostředí o objemu 10 mililitrů nad povrchem suspenze. V tomto příkladu sediment nevznikl. Suspenze byla snadno roztřepatelná.

Příklad 6

V tomto příkladu se postupovalo stejně jako v příkladu 3 s tím rozdílem, Že vzhledem к požadovanému poměru dusík/fosfor/draslík asi 1:1 i 2 bylo v 920 mililitrech vody dispergováno 720 gramů močoviny, 1 000 gramů dihydrogenfosforečnanu amonného, 900 gramů hydroxidu amonného, 1 860 gramů chloridu draselného a 50 gramů škrobu. Disperze nesedimentovala ani po jedné ani po dvou hodinách. Po 24 hodinách vznikla vrstva čirého prostředí o objemu 2,5 mililitru nad povrchem suspenze. Sediment v tomto provedení nevznikl. Suspenzi bylo možno snadno roztřepat.

Příklad 7

V tomto příkladu se postupovalo stejným způsobem jako v příkladu 3 s tím rozdílem, že vzhledem к požadovanému poměru dusík/fosfor/draslík asi 1:2:3 bylo v 1 100 mililitrech vody dispergováno 300 gramů hydroxidu draselného, 280 gramů močoviny, 1 000 gramů dihydrogenfosforečnanu amonného, 40 gramů obilného meliva obsahujícího škrob a 1 350 gramů chloridu draselného. Disperze nesedimentovala v sedimentačním válci v tomto provedení po jedné ani po dvou hodinách. Po 24 hodinách vznikla vrstva čirého prostředí o objemu 12,5 mililitru nad povrchem suspenze. V tomto provedení sediment nevznikl.

Příklad 8

Podle tohoto provedení bylo ve 1 750 mililitrech vody dispergováno 125 gramů močoviny, 1 250 gramů dihydrogenfosforečnanu amonného, 375 gramů hydroxidu amonného, 20 gramů škrobu a 2 656 gramů chloridu draselného. Takto získaná disperze, která obsahovala 40 % účinných látek, nesedimentovala ve 230 mililitrovém sedimentačním válci ani po jedné ani po dvou hodinách. Po 24 hodinách vznikla nad povrchem suspenze vrstva čirého prostředí o objemu 15 mililitrů. Sediment podle tohoto provedení nevznikl. Suspenzi bylo možno snadno roztřepat.

Charakteristický obsah účinných složek použitých v základních látkách je uveden v následující tabulce.

Tabulka

Základní látka	Obsah N	Obsah ₽2°5	Obsah K20
KC1	-	-	60 %
močovina	46 %	-	-
dihydrogenfosforečnan amonný	11 %	53 %	-
25% roztok NH3	20 %	-	-

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob přípravy vodných, nesedimentujících disperzí dispergací pevných částic ve vodě, vyznačující se tím, že se před přípravou disperze ve vodě nebo ve vodném prostředí nebo v disperzi, již obsahující pevné částice, rozptýlí 1 až 50 % hmotnosti, s výhodou 2 až 10 % hmotnosti škrobu, vztaženo na hmotnost vody, a močovina v hmotnostním množství alespoň stejném jako škrob, nejvíce však v padesátinásobném množství, s výhodou v množství dvojnásobném až desetinásobném, vzhledem ke hmotnosti škrobu.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tzn. ve formě přírodních látek obsahujících tím, že se škrob použije v nezpraoované formě, škrob.
3. 3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se jako škrob tak také močovina použije ve formě suché směsi.