DE19727144A1 - Soluble, acidic polyphosphates and process and device for their production - Google Patents
Soluble, acidic polyphosphates and process and device for their productionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft gut lösliche, saure Polyphosphate mit hohem P2O5- Gehalt und Verfahren zu ihrer Herstellung und weiterhin wird eine geeignete Vorrich tung beschrieben, die eine kontinuierliche Arbeitsweise erlaubt.The present invention relates to readily soluble, acidic polyphosphates with a high P 2 O 5 content and process for their preparation and furthermore describes a suitable device which permits continuous operation.
Unter sauren Polyphosphaten versteht der Fachmann solche, die ein Natriumiphos phor-Molverhältnis von < 1, insbesondere < 0,9 aufweisen, entsprechend einem Na2O- Gehalt von < 30 Gew.-%, und im festen Zustand üblicherweise noch 2-10 Gew.-% Was ser enthalten. Der Wassergehalt beruht im wesentlichen auf dem Vorhandensein von freien Phosphorsäure-Hydroxylgruppen. Zur Charakterisierung dieser durch ketten- und ringförmige Strukturen gekennzeichnete Phosphate dient ferner der Polymerisa tionsgrad. Durch den hohen Gehalt an freien Hydroxylgruppen sind die Lösungen die ser Phosphate sehr stark sauer. Diese sauren Gruppen sind grundsätzlich unter Was seraustritt noch weiter polymerisationsfähig, wobei dann auch Quervernetzung über PO4-Tetraeder erfolgt und räumlich vernetzte, wesentlich wasserärmere Strukturen entstehen. Diese Strukturen mit einem geringen Na2O und Wassergehalt werden dann als Ultraphosphate bezeichnet. Wesentliches Merkmal ist die stark verringerte Lösege schwindigkeit in Wasser, da die Lösung erst durch Hydrolyse in kleinere Einheiten erfolgt.Acidic polyphosphates are understood by those skilled in the art to be those which have a sodium phosphorus molar ratio of <1, in particular <0.9, corresponding to an Na 2 O content of <30% by weight, and in the solid state usually still 2-10% by weight .-% What water contained. The water content is essentially based on the presence of free phosphoric acid hydroxyl groups. The degree of polymerization also serves to characterize these phosphates, which are characterized by chain and ring-shaped structures. Due to the high content of free hydroxyl groups, the solutions of these phosphates are very acidic. These acidic groups are fundamentally polymerizable under water leakage, in which case crosslinking also takes place via PO 4 tetrahedra and spatially crosslinked, substantially less water structures are formed. These structures with a low Na 2 O and water content are then called ultraphosphates. An essential feature is the greatly reduced rate of dissolution in water, since the solution is only hydrolysed into smaller units.
Die Bedingungen, unter denen bei Natriumpolyphosphaten mit einem Na/P-Verhältnis < 0,9 eine Quervernetzung und damit eine Bildung von Ultraphosphat auftritt sind a) hohe Schmelztemperatur und b) niedriger Wasserdampfdruck (vergl. A. Winkler und E. Thilo, Z. anorg. allg. Chemie 298 S. 302-315 (1959)).The conditions under which sodium polyphosphates with a Na / P ratio <0.9 cross-linking and thus formation of ultraphosphate occurs a) high melting temperature and b) low water vapor pressure (see A. Winkler and E. Thilo, Z. anorg. General Chemistry 298 pp. 302-315 (1959)).
Die Beziehungen zwischen der Konstitution von sauren Natriumphosphatgläsern in Abhängigkeit von ihrer chemischen Analyse und den Herstellbedingungen ist weiterhin von Westman et al., Canadian Journal of Chemistry, Vol. 27, 1959, Seite 1764 bis 1775, dargestellt.The relationships between the constitution of acidic sodium phosphate glasses in Dependence on their chemical analysis and the manufacturing conditions remains Westman et al., Canadian Journal of Chemistry, Vol. 27, 1959, pages 1764 to 1775.
Weiterhin wurde gefunden, daß spezielle Zusammensetzungen von sauren Polyphos phaten bei längerem Tempern ihrer Schmelze in kristalline Produkte umgewandelt wer den. So geht eine wäßrige Lösung von NaH(PO3)2 nach Eintrocknen und Schmelzen bei Temperaturen von 400°C und längerem Tempern bei etwa 300°C in einen kristalli nen Feststoff über, von dem angenommen wird, daß er ein cyclisches Trimetaphos phat darstellt. Das Produkt ist sehr langsam in Wasser löslich. Eine Mischung, die der Zusammensetzung Na2H(PO3)3 entspricht, läßt sich bei 300°C in faserige Kristalle überführen, die in Wasser schwer löslich sind, welche nach dem Röntgenspektrum langkettige Polyphosphate beinhalten (vergl. Griffith, ACS 1954, S 5892).Furthermore, it has been found that special compositions of acidic polyphosphates are converted into crystalline products upon prolonged annealing of their melt. So an aqueous solution of NaH (PO 3 ) 2 after drying and melting at temperatures of 400 ° C and longer annealing at about 300 ° C in a crystalline NEN solid, which is believed to be a cyclic trimetaphosphate. The product is very slowly soluble in water. A mixture which corresponds to the composition Na 2 H (PO 3 ) 3 can be converted at 300 ° C. into fibrous crystals which are sparingly soluble in water and which, according to the X-ray spectrum, contain long-chain polyphosphates (cf. Griffith, ACS 1954, p 5892).
Eine weitere kristalline Form entspricht der Formel Na3H(PO3)4, welche durch Erhitzen auf 600°C und Tempern bei 350°C in 12 Stunden erhalten werden kann. Auch dieses Produkt ist unlöslich in Wasser (Griffith, ACS 1956, S. 3867-3870 und US-P 2,774,672).Another crystalline form corresponds to the formula Na 3 H (PO 3 ) 4 , which can be obtained in 12 hours by heating to 600 ° C. and tempering at 350 ° C. This product is also insoluble in water (Griffith, ACS 1956, pp. 3867-3870 and US-P 2,774,672).
In der DE 41 28 124 C2 werden saure Polyphosphate als Zusatzstoff bzw. als Schmelz salz für die Zubereitung von Käse beschrieben. Diese Polyphosphate werden aus Mononatriumphosphat und Phosphorsäure oder Natronlauge und Phosphorsäure in geeigneten Mischungsverhältnissen direkt durch Schmelzen bei 400°C bis 500°C, bei Verweilzeiten von 20 min bis 2 Stunden hergestellt, wobei die Zusammensetzung des Endprodukts durch Schmelztemperatur, Verweilzeit und Na/P-Verhältnis bestimmt wird. Für die allgemeinen Herstellbedingungen wird auf die obige US-P 2,774,672 verwiesen. Diese Polyphosphate sollen stabilisierende und konservierende Eigenschaften aufwei sen. Der P2O5-Gehalt beträgt zwischen 73 und 77 Gew.-%, der Na2O-Gehalt beträgt zwischen 20 und 25% und der Restwassergehalt 2 bis 3 Gew.-%. Das Na/P-Verhältnis beträgt somit zwischen 0,6 und 0,8. Die Löslichkeit solcher Produkte beträgt etwa 90 Minuten, was für die beabsichtigte Verwendung als Schmelzsalz und Stabilisierungsmit tel unter anderem in der Käseindustrie zu langsam ist. Wegen der notwendigen Verar beitungszeiten wären Lösezeiten von unter 30 Minuten, vorzugsweise unter 20 Minu ten, wünschenswert.DE 41 28 124 C2 describes acidic polyphosphates as additives or as melting salts for the preparation of cheese. These polyphosphates are produced from monosodium phosphate and phosphoric acid or sodium hydroxide solution and phosphoric acid in suitable mixing ratios directly by melting at 400 ° C to 500 ° C, with residence times of 20 minutes to 2 hours, the composition of the end product being determined by melting temperature, residence time and Na / P- Ratio is determined. For the general manufacturing conditions, reference is made to the above US Pat. No. 2,774,672. These polyphosphates are said to have stabilizing and preserving properties. The P 2 O 5 content is between 73 and 77% by weight, the Na 2 O content is between 20 and 25% and the residual water content is 2 to 3% by weight. The Na / P ratio is therefore between 0.6 and 0.8. The solubility of such products is about 90 minutes, which is too slow for the intended use as a molten salt and stabilizing agent, inter alia, in the cheese industry. Because of the necessary processing times, dissolving times of less than 30 minutes, preferably less than 20 minutes, would be desirable.
Für die Anwendung als Nahrungsmittelphosphate, unter anderem für die Schmelzkäse
herstellung, müssen solche Polyphosphate eine Reihe von Eigenschaften bzw. Funk
tionen aufweisen:
Such polyphosphates must have a number of properties and functions for use as food phosphates, for example for the production of processed cheese:
- a) es müssen feste, gut handhabbare Pulver sein, diea) it must be solid, easy-to-handle powder that
- b) eine hohe Löslichkeit, insbesondere eine Zeit bis zur Auflösung in Wasser von unter 30, vorzugsweise unter 20 Minuten aufweisen,b) high solubility, especially a time to dissolve in water of below 30, preferably less than 20 minutes,
- c) ein gutes Komplexierungsvermögen für Erdalkalimetalle, insbesondere Calcium und Magnesium,c) a good complexing ability for alkaline earth metals, in particular calcium and Magnesium,
- d) eine gute Pufferwirkung im sauren Bereich insbesondere für eine Anwendung bei spielsweise in Salatdressings und Mayonnaisen,d) a good buffering action in the acidic range, in particular for an application for example in salad dressings and mayonnaises,
- e) eine konservierende Wirkung (ausgedrückt in der Keimzahlreduktion pro Volumen und Menge) auch während der Lagerzeit des fertigen Käses,e) a preservative effect (expressed in the reduction in the number of bacteria per volume and quantity) also during the storage time of the finished cheese,
- f) eine stabilisierende Wirkung gegenüber anderen Zusatzstoffen, insbesondere Vit amin C zeigen.f) a stabilizing effect compared to other additives, especially Vit show amine C.
Gemäß der DE 41 28 124 C2 wurden für diesen Zweck bisher schwach saure Polyphos phate mit einem Na/P-Verhältnis von 0,8 bis 0,6 verwendet, welche jedoch kein ausrei chendes Löseverhalten zeigen. Aufgrund des bisher Dargelegten läßt sich schließen, daß der Anteil von Ultraphosphat für eine schnelle Löslichkeit zu hoch ist.According to DE 41 28 124 C2, weakly acidic polyphos have so far been used for this purpose phate with a Na / P ratio of 0.8 to 0.6, which is not sufficient Show appropriate dissolving behavior. Based on what has been said so far, it can be concluded that the proportion of ultraphosphate is too high for rapid solubility.
Es stellte sich daher die Aufgabe, feste, lösliche und saure Polyphosphate mit gerin gem Anteil vernetzter Strukturen (Ultraphosphat) zu finden sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. It was therefore the task of containing solid, soluble and acidic polyphosphates according to the share of cross-linked structures (ultraphosphate) and a process for Making the same.
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß stark saure Polyphosphate (1%ige Lösung pH < 2!) mit einem Na/P-Verhältnis von 0,3-0,6 unter geeigneten Bedin gungen in eine mittellangkettige Form mit etwa 10 bis 30, vorzugsweise 20 bis 30 PO3- Einheiten überführt werden können, welche nur in geringem Maße die literaturbekannte Vernetzung aufweisen und auch nicht die aus der Literatur vorbeschriebene Ring- oder Methaphosphatstruktur des (Na2H2PO3)4 haben.(s. o.)Surprisingly, it has now been found that strongly acidic polyphosphates (1% solution pH <2!) With a Na / P ratio of 0.3-0.6 under suitable conditions into a medium-long-chain form with about 10 to 30, preferably 20 up to 30 PO 3 units can be transferred, which have only a small extent the crosslinking known from the literature and also do not have the ring or methaphosphate structure of (Na 2 H 2 PO 3 ) 4 described in the literature. (see above)
Diese mittellangen Ketten weisen überraschenderweise eine sehr große Lösungsge schwindigkeit auf, wobei in günstigen Fällen Lösungszeiten für 10 Gew.-% von etwa 10 Minuten erreicht werden. Durch die kettenförmige Struktur ist ein Großteil der sauren Gruppen blockiert, so daß diese Polymeren wesentlich weniger sauer sind als es dem analytischen Gehalt an Phosphorsäure entspricht. Die Verbindungen sind jedoch imstande langsam zu hydrolysieren und insoweit eine starke Pufferwirkung auszuüben. Andererseits ist die polymere Struktur imstande zweiwertige Ionen, insbesondere Magnesium- und Calciumionen zu komplexieren und damit ihre Ausfällung als schwer lösliche Phosphate zu verhindern. Weiterhin erweisen sich diese Polyphosphate als überraschend gute Stabilisierungsmittel. Sie zeigen auch gegenüber Bakterien und insbesondere Pilzen eine leicht mikrobiocide Wirkung.These medium-length chains surprisingly have a very large solution speed, with solution times for 10% by weight of about 10 in favorable cases Minutes can be reached. Due to the chain-like structure, a large part of the acid Groups blocked, so that these polymers are much less acidic than that analytical content of phosphoric acid corresponds. The connections are however able to hydrolyze slowly and to this extent exert a strong buffering effect. On the other hand, the polymeric structure is capable of divalent ions, in particular To complex magnesium and calcium ions and thus their precipitation as difficult to prevent soluble phosphates. Furthermore, these polyphosphates prove to be surprisingly good stabilizers. They also show against bacteria and mushrooms in particular have a slightly microbiocidal effect.
Im Gegensatz zu früheren Verfahren, bei denen die Kettenlänge von Polyphosphaten mühsam durch Endgruppentitration bestimmt werden mußte, lassen sich mit modernen 31P-NMR-Verfahren Kettenlängen und Vernetzungsgrad von Polyphosphaten sehr einfach bestimmen, in dem man das Polyphosphat in Deuteriumoxid löst und während oder kurz nach dem Lösevorgang, d. h. bevor eine merkliche Hydrolyse einsetzt und das Ergebnis verfälscht, die Resonanzsignale der verschiedenen Phosphatgruppen aufnimmt. Endständige Phosphatgruppen haben eine Resonanz bei -6 bis -12 ppm, mittelständige Phosphatgruppen in der Kette eine Resonanzfrequenz von -18 bis -24 ppm, cyclische Phosphate eine Resonanz bei -23 (Trimetaphosphat) oder -21 ppm (Tetrametaphosphat). Das Signal der freien Orthophosphate wird unter diesen Umstän den bei 0 ± 2 ppm, je nach Acidität gefunden.In contrast to previous methods, in which the chain length of polyphosphates had to be laboriously determined by end group titration, chain lengths and degree of crosslinking of polyphosphates can be determined very easily with modern 31 P-NMR methods by dissolving the polyphosphate in deuterium oxide and during or briefly after the dissolution process, ie before a noticeable hydrolysis begins and the result is falsified, picks up the resonance signals of the different phosphate groups. Terminal phosphate groups have a resonance at -6 to -12 ppm, medium-sized phosphate groups in the chain have a resonance frequency of -18 to -24 ppm, cyclic phosphates have a resonance at -23 (trimetaphosphate) or -21 ppm (tetrametaphosphate). The signal of the free orthophosphates is found under these circumstances at 0 ± 2 ppm, depending on the acidity.
Der Wassergehalt der Produkte, den in diesem Fall überwiegend gebundenes Wasser bestimmt, wird üblicherweise durch Bestimmung des Glühverlustes bei 600 bis 800°C bestimmt, wobei bei den Bestimmungen jeweils Zinkoxid zugegeben wird, um bei sau ren Polyphosphaten P2O5-Verluste zu vermeiden.The water content of the products, which in this case predominantly determines bound water, is usually determined by determining the loss on ignition at 600 to 800 ° C., zinc oxide being added to the determinations in order to avoid P 2 O 5 losses in the case of acidic polyphosphates .
Zur Bestimmung der Lösungsgeschwindigkeit wurde ein Trübungsphotometer der Firma Dr. Lange, Modell LTP5 sowie ein Rührwerk der Firma Heidolph, Modell RZR - 2000 (mit Drehzahlmesser) mit einem KPG-Blattrührer für 50 ml Kolben der Glaswerke Wertheim Nr. 3.855 verwendet.A turbidity photometer was used to determine the dissolution rate Dr. Lange, model LTP5 and a stirrer from Heidolph, model RZR - 2000 (with tachometer) with a KPG blade stirrer for 50 ml flasks from the glassworks Wertheim No. 3,855 used.
Für die Durchführung der Untersuchung werden jeweils 5 g des Polyphosphats in einer Meßküvette des Photometers mit 45 ml Wasser versetzt und mit einer Umdrehungsge schwindigkeit von 500 min-1 gerührt. Nach den vorgesehenen Meßzeiten (5,10,15, 20, 30, 40, 50 und 60 Minuten) wird der Rührer entfernt und die Trübung gemessen, wobei dieser Vorgang möglichst schnell verlaufen soll, um ein Absetzen des Phosphats weit gehend zu vermeiden.5 g of the polyphosphate in a measuring cuvette of the photometer with 45 ml of water are each added and stirred at a speed of 500 min -1 Umdrehungsge for carrying out the examination. After the intended measuring times (5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes), the stirrer is removed and the turbidity is measured, this process should proceed as quickly as possible in order to largely avoid settling of the phosphate.
Die gemessene Trübung in TE/F wird nach folgendem Schema visuell beurteilt:
The measured turbidity in TE / F is assessed visually according to the following scheme:
1-2 TE/F = klar
2-10 TE/F = opal
10-15 TE/F = schwach trüb
15-20 TE/F = trüb
< 20 TE1F = stark trüb1-2 TE / F = clear
2-10 TE / F = opal
10-15 TE / F = slightly cloudy
15-20 TE / F = cloudy
<20 TE1F = very cloudy
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte erfolgt durch Vortrocknen einer wäß rigen Lösung aus Phosphorsäure und Natriumphosphat bzw. Natronlauge in einem Natrium/Phosphor-Verhältnis von 0,3 bis 0,6 bis zu einem Wassergehalt von ca. 20% und Schmelzen durch langsame Erhitzung dieser Mischung in einem geeigneten Ofen auf Temperaturen von 400 bis 600°, während einer Zeit von 60 bis 120 Minuten. Durch Überleiten von entsprechend befeuchteter Luft bei kontinuierlichen Prozessen oder durch Anpassen der zu verdampfenden Wassermenge an das Ofenvolumen, bei spielsweise bei einem Muffelofen, wird als weiterer Parameter der Wasserdampfdruck über der Schmelze auf 0,1-0,5 bar eingestellt.The products according to the invention are produced by predrying an aqueous solution solution of phosphoric acid and sodium phosphate or sodium hydroxide solution in one Sodium / phosphorus ratio from 0.3 to 0.6 up to a water content of approx. 20% and melting by slowly heating this mixture in a suitable oven to temperatures of 400 to 600 °, for a time of 60 to 120 minutes. By Transfer of appropriately humidified air in continuous processes or by adapting the amount of water to be evaporated to the furnace volume for example in a muffle furnace, water vapor pressure is another parameter adjusted to 0.1-0.5 bar above the melt.
Die Schmelze wird nach einer kurzen Abkühlphase in einer wasserfreien Atmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt, und auf Pulverfeinheit vermahlen. Produkte mit einem Na/P- Verhältnis von unter 0,3 lassen sich nicht mehr vermahlen bzw. verfestigen sich nicht mehr bei Raumtemperatur.After a short cooling phase, the melt is left in an anhydrous atmosphere cooled to room temperature and ground to powder fineness. Products with one Na / P ratio of less than 0.3 can no longer be ground or solidified no longer at room temperature.
Aus den folgenden Versuchen läßt sich entnehmen, daß die gewünschten kettenför migen Produkte mit durchschnittlichen Kettenlängen von 10 bis 30, welche eine Lösungsgeschwindigkeit von bis zu 20 Minuten aufweisen, bei Schmelztemperaturen von 400 bis 550°C und Verweilzeiten von 60 bis 120 Minuten erreicht werden. Bei Temperaturen über 550° und Reaktionszeiten über 180 Minuten steigt die Kettenlänge auf über 30 an, womit die Lösungsgeschwindigkeit und auch der zyklische Phosphatan teil stark zunehmen, so daß solche Produkte für den erfindungsgemäßen Zweck wenig geeignet sind. Eine optimale Einstellung von Kettenlängen im Bereich von ungefähr 20 bis 25 läßt sich durch Einstellen des Wasserdampfdrucks oberhalb der Schmelze auf 0,2 bis 0,3 bar erreichen.From the following experiments it can be seen that the desired chain-shaped moderate products with average chain lengths of 10 to 30, which a Have a dissolution rate of up to 20 minutes at melting temperatures of 400 to 550 ° C and residence times of 60 to 120 minutes can be achieved. At Temperatures over 550 ° and reaction times over 180 minutes increase the chain length to over 30, with which the dissolution rate and also the cyclic phosphatane partly increase strongly, so that such products for the purpose of the invention little are suitable. An optimal setting of chain lengths in the range of approximately 20 to 25 can be adjusted by adjusting the water vapor pressure above the melt Reach 0.2 to 0.3 bar.
In einem Muffelofen (Heraeus Typ MR 70 E), der auf Temperaturen von 400 bis 800°
aufgeheizt werden kann, werden in Platinschalen jeweils eine Lösung aus 131,6 g
NaH2PO4 (1,1 Mol)
114,4 g H3PO4 (technisch 82,2%ig ≈ 0,96 Mol) und
39,5 g Wasser (2,2 Mol)
als Lösung eingesetzt und langsam aufgewärmt, so daß ein Verspritzen der Lösung
vermieden wird. Die Ergebnisse der Versuche sind in den folgenden Tabellen wieder
gegeben.In a muffle furnace (Heraeus type MR 70 E), which can be heated to temperatures of 400 to 800 °, a solution of 131.6 g NaH 2 PO 4 (1.1 mol) is placed in platinum dishes.
114.4 g H 3 PO 4 (technically 82.2% ≈ 0.96 mol) and
39.5 g water (2.2 mol)
used as a solution and warmed up slowly so that splashing of the solution is avoided. The results of the tests are given in the following tables.
Wie die Tabelle 1 zeigt, ist die Löslichkeit nach 20 Minuten bei Schmelztemperaturen von 400 bis 500° hervorragend. Gleichzeitig steigt, wie zu erwarten, die Hygroskopizi tät. Mit steigender Temperatur bei gleichem Wasserdampfdruck fällt der Glühverlust, so daß der mittlere Kondensationsgrad und der zyklische Phosphatanteil entsprechend Tabelle 2 zunimmt, mit der Folge, daß die Löslichkeit entsprechend zurückgeht. Die Angabe P1 bis P50 in Tabelle 2 gibt dabei den analytisch bestimmten Anteil der ent sprechenden Kettenlängen wieder.As Table 1 shows, the solubility is after 20 minutes at melting temperatures from 400 to 500 ° excellent. At the same time, as expected, the hygroscopicity increases act. With increasing temperature at the same water vapor pressure, the loss on ignition decreases that the average degree of condensation and the cyclic phosphate proportion accordingly Table 2 increases, with the result that the solubility decreases accordingly. The Specification P1 to P50 in Table 2 gives the analytically determined proportion of the ent speaking chain lengths again.
Tabelle 3 zeigt, daß bei sehr langer Verweilzeit bei Temperaturen von 500° oder bei kürzeren Verweilzeiten bei noch höheren Temperaturen die durchschnittliche Ketten länge stark zunimmt, was sich auch durch die Abnahme des Glühverlustes zeigt. Die entsprechenden, stärker vernetzten Produkte sind nicht mehr ausreichend löslich, um erfindungsgemäß verwendet zu werden. Table 3 shows that with a very long residence time at temperatures of 500 ° or at shorter dwell times at even higher temperatures the average chains length increases sharply, which is also shown by the decrease in ignition loss. The corresponding, more networked products are no longer sufficiently soluble to to be used according to the invention.
In einem weiteren Versuch wurde die Einwaage so verändert, daß sich ein Na2O/P2O5- Molverhältnis von 0,5, entsprechend einer Bruttoformel NaHP2O6×H2O ergibt. Wie die Tabelle 4 zeigt, unterscheiden sich solche Produkte nicht signifikant in ihrer Zusam mensetzung von den Produkten gemäß Beispiel 1. Lediglich die Hygroskopizität ist durch die Erhöhung des Säuregrades verstärkt und die Löslichkeit offensichtlich durch zunehmende Quervernetzung etwas verringert.In a further experiment, the weight was changed so that an Na 2 O / P 2 O 5 molar ratio of 0.5, corresponding to a gross formula NaHP 2 O 6 × H 2 O, results. As Table 4 shows, such products do not differ significantly in their composition from the products according to Example 1. Only the hygroscopicity is increased by increasing the acidity and the solubility is obviously somewhat reduced by increasing crosslinking.
13,8 kg einer 85%igen technischen H3PO4 Lösung werden in einem Quarzreaktor mit Rührer und Kühlung vorgelegt und 5,9 kg 49,2%ige Natronlauge so langsam unter Rühren zugefügt, daß die Temperatur unter dem Siedepunkt bleibt. Man erhält 19 kg Phosphatlösung mit einem Na2O/P2O5-Verhältnis von 0,533 und einer Dichte von 1,61.13.8 kg of an 85% technical H 3 PO 4 solution are placed in a quartz reactor with stirrer and cooling, and 5.9 kg of 49.2% sodium hydroxide solution are added so slowly with stirring that the temperature remains below the boiling point. 19 kg of phosphate solution with an Na 2 O / P 2 O 5 ratio of 0.533 and a density of 1.61 are obtained.
Die vorgenannte Phosphatlösung wird kontinuierlich über eine Membrandosierpumpe, deren Hubvolumen und Taktfrequenz einstellbar ist, in einen Schmelzofen gemäß Fig. 1 eingefüllt. Wie man sehen kann, befindet sich in einem Röhrenofen 1 (im aktuellen Fall wurde ein Typ F 500 der Firma Gero, mit einer Gesamtlänge von 750 cm und einer Heizzone von 500 cm verwendet) als Reaktionsbehälter ein Quarzrohr 3 mit einer Länge von 880 cm und einem Durchmesser von 55 cm. In dem Quarzrohr eingelegt befindet sich eine leicht geneigte Schmelzwanne 2, welche aus einem Graphitrundstab ausgefräst ist, welche eine Fläche von 256 cm2 und ein Volumen von 1024 cm3 besitzt welches ggf. durch Einfügen eines Einlegekeils auf 256 cm3 verringert werden kann (außer Graphit kann auch Siliziumcarbid als Werkstoff verwendet werden, andere keramische Werkstoffe werden von den Phosphatschmelzen teilweise angegriffen). Die Phosphatlösung wird mit einer Dosiergeschwindigkeit von 300 g/h über Leitung 4 aufgegeben, die hergestellte Schmelze läuft aufgrund der Neigung am Ende der Schmelzwanne 2 über Leitung 5 kontinuierlich ab und wird über eine gekühlte Walze 6 glasartig erstarrt. Das erhaltene Phosphatglas wird unter Ausschluß von Luftfeuchtig keit mit Schaber 7 gebrochen und nach Zwischenlagerung in Behälter 8 zu Pulver ver mahlen. Die Eingangszone des Quarzrohres 1a wird auf 100° vorgeheizt, die eigentli che Reaktionszone 1b wird auf 650 bis 675° eingestellt, wobei sich Schmelzetempera turen von 515 bis 560° ergeben. Zur Einstellung des Wasserdampfdruckes wird die Apparatur mit 10 l/min Stickstoffstrom über Leitung 9 kontinuierlich durchströmt, welcher durch Durchleiten durch 60° warmes Wasser im Wäscher 10 auf 150 mbar Wasserdampfdruck eingestellt ist. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle 5 wiedergegeben. Es zeigt sich, daß optimale Löslichkeiten ent sprechend Kettenlängen von ungefähr 20 bis 30 bei Schmelzetemperaturen bis 530° erreicht werden können.The aforementioned phosphate solution is continuously introduced into a melting furnace according to FIG. 1 via a diaphragm metering pump, whose stroke volume and cycle frequency can be adjusted. As can be seen, a tube furnace 1 (in the current case a type F 500 from Gero, with a total length of 750 cm and a heating zone of 500 cm was used) as a reaction vessel, a quartz tube 3 with a length of 880 cm and a diameter of 55 cm. Inserted in the quartz tube is a slightly inclined melting trough 2 , which is milled out of a graphite rod, which has an area of 256 cm 2 and a volume of 1024 cm 3 , which can be reduced to 256 cm 3 if necessary by inserting an insert wedge (except Graphite can also be used as a silicon carbide, other ceramic materials are partially attacked by the phosphate melts). The phosphate solution is fed in at a metering rate of 300 g / h via line 4 , the melt produced runs continuously via line 5 due to the inclination at the end of the melting tank 2 and is solidified in a glass-like manner via a cooled roller 6 . The phosphate glass obtained is broken with the exclusion of atmospheric humidity with a scraper 7 and, after intermediate storage in container 8, ground to powder ver. The input zone of the quartz tube 1 a is preheated to 100 °, the actual reaction zone 1 b is set to 650 to 675 °, resulting in melt temperatures of 515 to 560 °. To set the water vapor pressure, the apparatus is continuously flowed through with a 10 l / min nitrogen stream via line 9 , which is set to 150 mbar water vapor pressure by passing through 60 ° warm water in the scrubber 10 . The results of these tests are shown in Table 5 below. It shows that optimal solubilities can be achieved accordingly chain lengths of about 20 to 30 at melt temperatures up to 530 °.
..
Claims (9)
- a) einem Röhrenofen (1) mit
- b) einer Auskleidung aus einem Quarzrohr (3), in dem
- c) eine Schmelzwanne (2) mit einer Zuleitung (4) für die Phosphate und Ableitung (5) für die Schmelze der Polyphosphate leicht geneigt um den Fluß der Schmelze zu ermöglichen angebracht ist, und
- d) eine Wasserdampfzuführung (9) vorgesehen ist.
- a) with a tube furnace ( 1 )
- b) a lining made of a quartz tube ( 3 ) in which
- c) a melting tank ( 2 ) with a feed line ( 4 ) for the phosphates and discharge line ( 5 ) for the melt of the polyphosphates is slightly inclined to allow the flow of the melt, and
- d) a steam supply ( 9 ) is provided.
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