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Verfahren zur Darstellung wasserlöslicher glasiger Kaliumphosphat-Produkte
Vorliegendes Verfahren hat die Darstellung wasserlöslicher polymerer glasiger Phosphate,
welche die Oxyde des Kaliums, Phosphors und Siliciums enthalten, zum Gegenstand.
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Die Zusammensetzung der verfahrensgemäß zu erhaltenden Phosphate wird
im folgenden durch. die Angabe des molekularen Verhältnisses der sie bildenden Oxyde
K20, P20$ und Si02 ausgedrückt und an Hand des anliegenden Diagramms des ternären
Systems erläutert.
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In dem Dreieckdiagramm sind die Verhältnisse der drei Bestandteile
K20, P205 und Si 02 in Molprozeatien wiedergegeben, wobei z. B. die obere Spitze
des Dreiecks ioo Molprozent K,0 entspricht. Entlang der linken Seitedes Diagrammdreiecks
liegt ein das Kaliumorthophosphat und das Kaliu;mpyropho@phat umfassender Bereich,
s.nnerhalbdessen. die Verbindungen oder Gemische in Form von, leicht wasserlöslichen
Kristallen aJkalischer Reaktion vorliegen.. In einem anderen Bereich, der reicher
an P.03 ist als das Metaphosphat und sich bis zum P20., erstreckt, neigen die Produkte
im allgemeinen ,zur Bildung einer glasigen Form, die in Wasser sauer reagiert und
schwer in Lösung zu bringen ist. Es gibt aber eine in die beiden vorgenannten Bereiche
ivbergrei,fende Zone
mit einem molekularen Verhältnis von K2 O :
P2 05 etwa gleich i,8 : i bis o,8 : i, innerhalb dessen die Gewinnung von glasi.genKal.iumphosphaten
an sich möglich ist, es hierfür aber ganz besonders drastischer Kühl- und Abschrecktitigsmet@hoden
für die Phosphatschmelzen bedarf, andernfalls diese beim Abkühlen in kristalline
Massen übergehen. Stoffe der zuletzt genannten molekularen Zusammensetzung und mit
einer schwachen Azidität bei einem Verhältnis von etwa o,8 : i bis zu einer schwachen
Alkalität bei einem Verhältnis von etwa 1,8 : i wären als Zusätze zum Wasser für
manche Zwecke sehr zum Nutzen, wenn sie löslich wären. Bisher fehlte es aber an
geeigneten 1Iethoden, sie in löslicher Form zu erhalten, u. a. weil die für die
Gewinnung der glasigen Form erforderlichen Kühl-,he,dingungen in der Praxis nur
schwer innegehalten werden können. Kaliumphosphate mit einem Molekülverhältnis unter
o,8: i sind zwar wieder leichter in glasiger Form zu erhalten, diese Gläser sind
aber schwer löslich, um so schwerer, je mehr das molekulare Verhältnis zwischen
K20 und P205 unter o.8 : i sinkt.
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Es wurde nun gefunden, daß durch eine Zugabe von gewissen Mengen Si
02 zu den etwa im Verhältnis zwischen i,8 : i bis o,6: i vorliegenden Gemischen
von K20 und P205 bzw. den diese beim Schmelzvorgang bildenden Ausgangsmaterialien
oder zu den Schmelzen selbst ohne besonders schwierige @bkühlungsmetihoden leichtlösliche
Produkte erhalten werden können.
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Für ein molekulares Verhältnis von 57,5 K20 42,5 P E05, entsprechend
435 : i M01, besteht zwischen dem Kaliummebaphosphat und dem Kaliumpyrophosphat
ein Eutektihum, das durch den Punkt 1 im Diagramm bezeichnet ist. In diesem Eutektikum
und in seiner unmittelbaren Nachbarschaft ist ein Minimum von etwa 2 Molprozent
an si 02 erforderlich, um ,bei mäßigem Abschrecken, wie z. B. durch Gießender Schmelze
zu einer etwa 0,4 bis o,8 cm dicken Schicht auf eine Metallplatte bei Zimmertemperatur,
ein glasiges Produkt zu erzeugen. Die- Zusammensetzung eines solchen Produkts entspricht
Punkt 2 des Diagrarhms und et-,va 56% K20, 42% P205 und 2% Si 02. Für ein dem Metaphosphat
der Formel K P 03 entsprechendes Kaliumphosphat ist eine etwas größere Menge S'02
erforderlich, nämlich etwa 4%. Bei einer Zusammensetzung von etwa 480/a K20, 48%
P205 und 4% S'02 entspricht dies Punkt 3.
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Wird das molekulare Verhältnis zwischen, K20 und P205 unter i : i
gemindert, so sinkt die für die Bildung eines glasigen. Produkts unter gemäßigten
Abkühlungsbedingungen benötigte Menge Sd 02 wieder, .bis sie mit etwa i Molprozent
für ein Molverhältnis von etwa o,8 K20:1 P205 ihr Minimum erreicht. Dieser Punkt
ist ,im Diagramm durch Ziffer 4 bezeichnet und entspricht einer Zusammensetzung
von etwa q.40/0 K20, 55'/o p205 und i % Si 02. Für noch kleinere Verhältnisse von
K2 O : P2 05 als o,8 : i ist ein Zusatz von S'02 für die Bilidung von glasigen Produkten
an sich nicht erforderlich, aber für diie Erhöhung der Löslichkeit zu empfehlen,
insbesondere bis zu einem Molverhältnis von etwa o,6 K20 : i P205. Punkt 5 entspricht
z. B. einer Zusanunensetzung von etwa 36% K20, 59% P205 und 5% Si02.
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Auf der anderen Seite des Eutektik@ums entlang der linken Dreieckseite
bei einem molaren Verhältnis K20 :P205 größer als i,35:1 steigt die für die Herstellung
eines glasigen Produkts unter mäßigen Kühl!be-dingungen benötigte Mindestanenge
an Si O, wieder an, bis etwa 5 Molprozent für ein Verhältnis von etwa i,8 : i für
K20 :P205 benötigt werden. Punkt 6 z. B. entspricht dieser molekul:aren Zusammensetzung
von etwa 60% K20, 35 % P2 05 und 5 % Si 02.
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In der Praxis folgt dieser Minimalbetrag an Si 02 natürlich nicht
genau der angegebenen Linie 6-2-3-.I-5, da er auch etwas von den jeweils angewandten
Kühlmaßnähmen bei der Herstellung der modifizierten Kaliumphosplt.ate abhängig ist.
Im übrigen hängt die den Schmelzen oder dem zu schmelzenden Gemisch zuzusetzende
Menge an S'02 auch von dem Verwendungszweck der zu erhaltenden Produkte ab. Wird
z. B. besonderer Wert auf die calciumbindenden Eigenschaften der Produkte gelegt,
so wird mau im allgemeinen den Anteil an Si 02 möglichst niedrig halten. In gerinigem
Umfang schwankt die Zusammensetzung auch mit der Schmelztemperatur, wobei man aus
wirtschaftlichen Gründen naturgemäß bei möglichst tiefen Temperaturen arbeiten wird.
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Die Erfindung ist aber nicht auf die Darstellung solcher Produkte
beschränkt, deren Zusammensetzung annähernd der Linie6-2-3-4-5 auf demDiagramm entspricht.
In manchen Fällen sind auch Produkte mit einem erhoblich höheren Gehalt an Si 02
erwünscht, besonders wenn es weniger auf ihre calciumbindenden Eigenschaften ankommt,
so z. B. manchmal als Zusätze zu Kesselwasser. Die Zusammensetzung derartiger Produkte
liegt um die Mitte und auf dem rechten Teil der Zone Ader Zeichnung. Solche Produkte
mit höherem Si 02-Gehalt sind leicht löslich. Wenn sie z. B. für WäschereiizWecke
,gebraucht werden sohlen, sind solche mit alkalischer Reaktion gemäß dem oberen
Teil der Zone A etwa innerhalb der Linie 6-7-8-9-12-3 zu bevorzugen, und zwar, wenn
es gleichzeitig auf calciumbindende Eigenschaften ankommt, mehr die auf der linken
Seite, etwa innerh'al'b der Linie 6-7-12-3-2 gelegenen, während die mehr auf der
rechten Seite der Zone A gelegenen Zusammensetzungen, also die etwa innerhalb der
Linie 7-8-9-12, vor allem da in Frage kommen, wo es sich in der Hauptsache um die
Basiz@ität der Produkte handelt.
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Produkte gemäß Odem unteren Teil der Zone A, d. h. innerhalb etwa
der Linie 3-12-9-10-11-5-.I, und '@besonders auf deren linker Seite, d. h. innerhalb
der Linie 3-12-11-5-I, sind sauer und kommen u. a. für die Ledergerbung 'n Frage.
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Die den einzelnen Punkten des Diiagram,ms entsprechenden molekularen
Zusammensetzungen der Produkte sind, äuch soweit sie bereits erwähnt
wurden,
in der nachfolgenden Talbelte zusammen gestellt.
| Mol 0/0 |
| Punkt K- 0 P2 05 Si 02 |
| 1 57,5 42,5 |
| 2 56 42 2 |
| 3 48 48 4 |
| 4 44 55 |
| 5 36 59 5 |
| 6 6o 35 5 |
| 7 47 26.5 26,5 |
| 8 56 5 39 |
| 9 40 5 55 |
| To 25 5 70 |
| 11 18 41 41 |
| 12 . 32 34 34 |
| 13 25 15 60 |
| 14 49 i 15 36 |
Man kann jedes der in die Zone A fallenden Produkte aus irgendwelchen Ausgangsmaterialien
herstellen, die Produkte der gewünschten Zu= sammensetzung liefern können. S'02
kann beispielsweise als Sand, wie er bei der Herstellung von Silicatgläsern .gebraucht
wird, oder als Kaliumsil,icat, das dann gleichzeitig das benötigte Kalium oder einen
Teil von ihm stellt, zugegeben werden, das K2 0 als solches oder zunächst auch als
K O H, K2 C 03 oder, für die Herstellung alkalischer Produkte weniger geeignet,
als KCI, das P20. wiederum als solches oder in Form von sich vom P205 ableitenden
Phosphorsäuren oder Kaliumphosphaten.; es können kurz alle oxydbildenden Gemische
verwandt werden. Die gemischten Komponenten werden dann in bekannter Weise in einem
Schmelzofen erhitzt, bis eine einheitliche Zusammensetzung der Schmelzen gewährleistet
ist, worauf zur Bildung eines Glases oder einer unterkühlten Flüssigkeit abgeschreckt
wird. Die Kühlang und Abschreckung erfolgen auf bekannbe Weise.
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Dem Gemisch können auch andere glasbildende Stoffe, wie Boroxyd oder
Metalloxyde, als Modifizierungs,nnitted beigegeben werden.