DE2405215B2 - Stabilisierte konzentrierte wäßrige Wasserstoffperoxidlösungen - Google Patents
Stabilisierte konzentrierte wäßrige WasserstoffperoxidlösungenInfo
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Description
Hochkonzentrierte wäßrige Wasserstoffperoxidlösungen (70 bis 95%) erfordern eine Stabilisierung
gegen den zersetzenden Einfluß von Verunreinigungen, die z. B. beim Verdünnen mit Metallionen enthaltendem
Leitungswasser auftreten. In der US-PS 33 81174 wird
als Stabilisator ein Gemisch aus einer löslichen Zinnverbindung, z. B. einem Stannat und einer Nitrilotrimethylenphosphonsäure
vorgeschlagen. Die Stabilitätsdaten für 35prozentige Wasserstoffperoxidlösungen,
die durch Verdünnen vom 70prozentigem Wasserstoffperoxid, das den genannten Stabilisator
enthält, erhalten wurden, zeigen, daß ohne die
Zinnverbindung praktisch keine Stabilisierungswirkung erzielt wird. Andererseits ist die Zinnverbindung allein
fast genau so wirksam wie die Stabilisatorkombination.
Eine Weiterentwicklung der in der US-PS 3383 174
gegebenen technischen Lehre enthält die US-PS 36 81 022, wobei im wesentlichen die Art und Weise des
Vereinigens bzw. Kombinierens beider Stabilisatorbestandteile verändert wurde. Nach der US-PS
36 81022 wird zunächst eine verdünnte wäßrige Stannatlösung hergestellt, worauf man mit Nitrilo-trimethylenphosphonsäure
einen pH von etwa 10,75 einstellt Die erhaltene Lösung wird dann zu konzentriertem
Wasserstoffperoxid gegeben.
Das auf diese Weise hergestellte Stabilisatorgemisch ist dem entsprechenden Gemisch aus der US-PS
33 83174 überlegen. So zeigt das letztgenannte Stabilisatorgemisch z.B. nach 16 Stunden im beschleunigten
Lagerungslest eine Stabilität von 743%,
während mit Hilfe der in der US-PS 36 81022 vorgeschlagenen Mischtechnik bei gleicher Lagerzeit
eine Stabilität von 95% erzielt wird.
Nach der Lehre der beiden US-Patentschriften werden Amino-methylphosphonsäuren zu dem Zweck
verwendet, die Stabilisierungswirkung von Zinnverbindungen zu verstärken, während gleichzeitig diesem
Stand der Technik zu entnehmen ist, daß die Phosphonsäuren als solche als Stabilisatoren unwir ksam
sind.
Gemäß der nicht vorveröffentlichten DE-OS 24 05214 können stark saure Wasserstoffperoxidlösungen
mit einem pH-Wert von weniger als 2, die in Gegenwart von 30 bis 30 000 ppm Eisen(III)-ionen rasch
zersetzt werden, durch Zusatz von Amino-methylphosphonsäuren in solchen Mengen, daß in Lösung drei
Phosphonsäuregruppen pro Eisen(III)-ion vorliegen, stabilisiert werden. Überraschenderweise fällen diese
ίο Phosphonsäuren, die in weitem Umfang als Komplexierungsmittel
benutzt wurden, zumindest den größten Teil des Eisens aus diesen Lösungen aus, so daß die
Zersetzung des Wasserstoffperoxids stark verlangsamt ist
is Bei der Durchführung dieses Verfahrens setzt man vorzugsweise der sauren Lösung einen Inhibitor zu, der
die katalytische Zersetzung des Wassert Jfperaxids
durch andere Schwermetallionen als Eisenionen, wie Kupferionen, hemmt Ein bevorzugter Inhibitor für
diesen Zweck ist PhenoL
Bei dem Versuch, Wasserstoffperoxidkonzenirate mit
diesen Inhibitoren in geeigneten Mengenverhältnissen zur Verfügung zu stellen, ergaben sich Stabilitätsschwierigkeiten.
Während die Amino-methylphosphonsäuren bei sehr niedrigen Konzentrationen von
unterhalb von 0,1 Prozent das Wasserstoffperoxid stabilisieren, erhöhen sie die Zerfallsneigung der
Wasserstoffperoxidlösungen, wenn man sie in Konzentrationen von 3 bis 5 Prozent verwendet, wie sie für
technisches 70prozentiges Wasserstoffperoxid benötigt werden. In diesen Lösungen, mit oder ohne Amino-methylphosphonsäuren,
verschwindet darüber hinaus die geringe. Menge des zum Stabilisieren benötigten
Phenols innerhalb einiger Tage vollständig, was offensichtlich auf einer Umsetzung mit dem Wasserstoffperoxid
beruht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegen die katalytische Zersetzung durch Eisen(lII)-ionen und
anderen Schwermetaliionen, wie Kupferionen, stabilisierte
konzentrierte wäßrige Wasserstoffperoxidlösungen, die 20 bis 50 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid
und eine lösliche Amino-methylphosphonsäure oder eines ihrer löslichen Salze enthalten, zu schaffen,
die sich zur Herstellung stabiler, stark saurer, Wasserstoffperoxid
enthaltender Metallbeizbäder eignen.
Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst daß bei einem Gehalt von 1 bis 3
Gewichtsprozent der Amino-methylphosphonsäure oder deren Salz und 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent
Phenol stabilisierte Lösungen erhalten werden, die Ober lange Zeit haltbar sind und geeignete Konzentrate
darstellen, um stabile stark saure Wasserstoffperoxidbäder zum Beizen von Metallen anzusetzen, die gegen
eine durch Eisenionen und andere Schwermetallionen katalysierte Zersetzung stabil sind.
Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Eine bevorzugte Lösung enthält 35 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid, ein Gemisch aus 2,0 Gewichtsprozent
Amino-tri-^methylphosphonsäure) und 04 Gewichtsprozent
Athylendiamin-tetra-(methyiphosphonsäure) sowie 0,2 Gewichtsprozent Phenol.
Versuche zur Verhinderung der raschen Zersetzung
stark wäßriger Wasserstoffperoxidlösungen mit einem
f.5 pH-Wert von unterhalb 2, die gewöhnlich 10 bis
30 000 ppm Eisen enthalten, ergaben, daß die Amino-methylphosphonsäuren oder deren Salze, die in stark
sauren Wasserstoffpeioxidlösungen löslich sind, Eisen-
ionen nicht komplex binden, sondern ausfällen. Bei Verwendung von drei Phosphonsäuregruppen pro
Eisen(III)-ion wurde die Hauptmenge des Eisens ausgefällt. Der in der Lösung verbliebene Rest war
bezüglich der Zersetzung des Wasserstoffperoxids erheblich weniger katalytisch aktiv. Es gibt keine
Erklärung für dieses Phänomen, aber die Amino-methylphosphonsäuren
verhindern tatsächlich die Zersetzung der Peroxide unter diesen Bedingungen. Die Amüio-methylphosphonsäuren
werden als solche oder in Form ihrer löslichen Salze eingesetzt Spezielle Beispiele für
bevorzugte Salze sind die Alkalimetall-, Ammonium-, substituierten Ammonium-, Magnesium- und Calciumsalze,
die im allgemeinen ebenso oder besser löslich sind als die Amino-methylphosphonsäuren selber.
Die einfachste wirksame Verbindung ist Amino-tri-(methyiphosphonsäure)
N(CHiPOsH2)J. Sie ist
ebenso wie ihre Natrium-, Kalium-, Ammonium- und substituierten Ammoniumsalze in Schwefelsäure leicht
löslich. Ersetzt man eine oder zwei der Methylphos-
XO—P—CH2
OX
O
OX
O
Il
XO-P-CH2
OX
OX
N-(CH2)^-N
phonsäuregruppen durch organische Reste, so werden die Verbindungen und ihre Salze weniger löslich. Jedoch
sind auch diese substituierten Verbindungen noch brauchbar, solange sie genügend löslich sind. Athylamino-bis-(methy]phosphonsäure)
und ihre Salze sind wasserlöslich; das Natriumsalz der Dodecyl-amino-bis-(methylphosphonsäure)
ist wasserlöslich und eine Lösung ist leicht herzustellen, jedoch wird sie bei
Zugabe zu Schwefelsäurelösungen größtenteils ausgefällt; dabei bleibt jedoch noch genügend in Lösung, um
kleinere Mengen Eisenionen zu inaktivieren. Als allgemeine Regel kann gelten, daß die gesamte Zahl der
Kohlenstoffatome in den Substituenten am Stickstoffatom höchstens etwa 12 betragen soll, wenn eine
ausreichende Löslichkeit aufrechterhalten werden solL
Die verwendeten Amino-methylphosphonsäuren können auch eine kompliziertere Struktur aufweisen.
Beispielsweise können verschiedene Polymethyiendiamin-tetra-(methylphosphonsäuren)
und ihre Salze der allgemeinen Formel I
CH2-P—OX
OX t
O
O
Il
CH2-P-OX
OX
OX
eingesetzt werden, in der π eine ganze- Zahl mit einem
Wert von 2 bis 6 ist und X ein Wasserstoffatom, eine Amonium- Oder substituierte Ammoniumgruppe, ein
Alkalimetall-, Magnesium oder Calciumion bedeutet
Die stabilisierten Lösungen der Erfindung enthalten ferner 0,05 bis 04 Gewichtsprozent Phenol, um die
durch andere Schwermetallionen, wie Kupferionen, induzierte Zersetzung des Wasserstoffperoxids zu
unterdrücken.
Bei der Herstellung von Wasserstoffperoxidkonzentrationen stellte sich heraus, daß übliches 70prozentiges
Wasserstoffperoxid nicht genügend lagerbeständig zum Transport war, wenn es mit 3 bis 5 Gewichtsprozent
Amino-methylphosphonsäure versetzt war, also der
notwendigen Menge, um das richtige Mengenverhältnis in sauren Beizbädern einzustellen. Darüber hinaus
verschwand jegliches der Lösung zugesetztes Phenol innerhalb weniger Tage, was offensichtlich auf einer
Umsetzung mit dem Wasserstoffperoxid beruht
Die stabilisierten Lösungen der Erfindung stellen einwandfrei lagerstabile Konzentrate dar, deren Stabilität
während 24 Stunden bei 100° C oberhalb 95 Prozent beträgt und die das erforderliche Mengenverhältnis von
Wasserstoffperoxid zu Inhibitor nach dem Vermischen des Konzentrats mit Säure zur Herstellung stark saurer
Wasserstoffperoxidlösungen für Metallbeizbäder aufweisen.
Für weniger konzentrierte Wasserstoffperoxidlösungen werden im allgemeinen auch niedrigere
Konzentrationen an Stabilisatoren eingesetzt. Beste Erfolge werden bei Verwendung technischer 35prozentiger
Wasserstoffperoxidlösungen erhalten. Die stabilisierten Wasserstoffperoxidkonzentrate werden vorzugsweise
auf einen pH-Wert von 2 bis 4 eingestellt, um eine optimale Lagerstabilität zu erhalten. Es genügt
jedoch, wenn die Konzentrate einen schwach sauren pH-Wert von 6 oder weniger aufweisen, um sie
ausreichend zu stabilisieren.
gaben beziehen sich auf das Gewicht soweit nichts anderes angegeben ist
Es wurde eine 35prozentige Wasserstoffperoxidlösung mil: 1 Gewichtsprozent Amino-tri-(methylphosphonsäure)
und 0,1 Gewichtsprozent Phenol hergestellt Der End-pH-Wert der Wasserstoffperoxidlösung wurde
mit Natronlauge auf 2,2 eingestellt Die erhaltene Lösung zeigte nach 24 Stunden bei 100° C eine Stabilität
von 98,0 Prozent Diese Stabilität liegt weit über dem 95 Prozent Minimum, das bei der Handhabung und beim
Transport als sicher gefordert wird.
Gemäß Beispiel 1 wurde Wasserstoffperoxidlösung hergestellt die zusätzlich noch Ofi Gewichtsprozent
Äthylendiamin-tetra-(methylphosphonsäure) in Form einer Lösung ihres Natriumsalzes enthält Der End-pH-Wert
wurde mit Natronlauge auf 2,2 eingestellt. Die erhaltene Lösung zeigte nach 24 Stunden bei 1000C eine
Stabilität von 973 Prozent und besitzt somit vollständig
zufriedenstellende Eigenschaften.
" Beispiel 3
Es wurde eine größere Menge einer 35prozentigen Wasserstoffperoxidlösung mit 2 Prozent Ami-
S 5 6
no-tri-(methylphosphonsäure), 0,5 Prozent Äthylendi- zwei unabhängigen analytischen Methoden bestimmt
;, amin-tetra-(methylphosphonsäure) und 0,2 Prozent Er betrug 1550 ppm bzw. 1515 ppm. Die Wassemoff-%
Phenol hergestellt Die anfängliche Phenolmenge peroxidkonzent ration war praktisch unverändert Somit
ii betrug 2100 ppm. Die erhaltene Wasserstoffperoxid- hat der erfindungsgemäB verwendete Hilfssitabilisator
I lösung wurde 6 Monate bei Raumtemperatur in einem s eine ausreichend lange Halbwertszeit in der Wasserte
208 Liter fassenden, mit Polyäthylen ausgekleideten stoffperoxidlösung, um deren Herstellung und Lagerung
i| Behälter gelagert Danach wurde der Phenolgehalt mit zu gewährleisten.
Claims (3)
1. Stabilisierte konzentrierte wäßrige Wasserstoffperoxidlösungen,
die 20 bis 50 Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid und eine lösliche Amino-methylphosphonsäure
oder eines ihrer löslichen Salze enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß
sie I bis 3 Gewichtsprozent der Aminomethylphosphonsäure oder deren Salz und 0,05 bis 0,5
Gewichtsprozent Phenol enthalten.
2. Stabilisierte Lösungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 35 Gewichtsprozent
Wasserstoffperoxid, ein Gemisch aus 2,0 Gewichtsprozent Amino-tri-{methyrphosphonsäure)
und 0,5 Gewichtsprozent Äthylendiamin-tetra-(methylphosphonsäure)
sowie 0,2 Gewichtsprozent Phenol enthalten.
3. Verwendung von wasserlöslichen Amino-methylphosphonsäuren
oder deren Salzen in einer Menge von 1 bis 3 Gewichtsprozent zusammen mit
0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Phenol zum Stabilisieren von konzentrierten, wäßrigen, 20 bis 50
Gewichtsprozent Wasserstoffperoxid enthaltenden Lösungen.
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OD | Request for examination | ||
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