MX2011002810A - Proceso para la produccion de fosfato de titanio iv. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso para la producción de fosfato de titanio IV en la forma de una solución de fosfato ácido y en forma de partículas y su utilización para el tratamiento de superficies.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE FOSFATO DE TITANIO IV La invención se refiere a un proceso para la producción de fosfato de titanio IV en la forma de una solución de fosfato ácido y en forma de partículas así como su uso para el tratamiento de superficies.

El fosfatado con soluciones acuosas a base de fosfato de zinc posibilita la producción de capas de fosfato de zinc en numerosas superficies metálicas como hierro, acero, aleaciones de acero galvanizado, aluminio o acero de aluminio plateado. La aplicación de las soluciones de fosfatado que además de zinc y ácido fosfórico también pueden contener más cationes y aniones se efectúa mediante procesos de aspersión, inmersión o aspersión/inmersión. Las capas de fosfato de zinc obtenidas son aptas para la protección contra la corrosión, adherencia para laca y pintura, reducción de resistencia al deslizamiento, lo que facilita el moldeado en frío y para el aislamiento eléctrico.

Un proceso de fosfatado, además de la operación de fosfatado en sí, también incluye varias etapas de tratamiento previas o posteriores . Lo que es indispensable es la limpieza de la superficie del metal, que generalmente se efectúa con limpiadores alcalinos o ácidos y aceites de limpieza, grasas, óxidos y partículas sólidas adheridos a la misma, fuera de la superficie del metal. Si la limpieza se efectúa con limpiadores alcalinos suaves en principio es posible combinar la limpieza con la activación de la superficie del metal. Sin embargo, en general la activación sigue a la operación de limpieza, como un paso distinto en el proceso .

El propósito de la activación de la superficie del metal es garantizar la producción de una capa de fosfato de zinc que sea tan finamente cristalina como sea posible, en la menor cantidad de veces de fosfatado posible. Por lo tanto, el tiempo de fosfatado mínimo es un criterio con respecto a la acción de un agente de activación. La aptitud para producir también capas de fosfato de zinc finamente cristalinas puede determinarse con base en los pesos de la capa o mediante el escaneo de imágenes con microscopio electrónico.

En la práctica los agentes de activación basados en el fosfato de titanio IV también han demostrado su eficacia. Los fosfatos de titanio IV se forman en la reacción de soluciones acuosas de la sal de titanio IV con fosfatos solubles o ácido fosfórico. Sin embargo, los productos con propiedades de activación sólo se obtienen en condiciones particulares de fabricación que se describen por ejemplo en las especificaciones de las patentes núms . 2 310 239 y 2 456 947 de EE.UU. y establecen los detalles precisos para la fabricación en lo que respecta a la naturaleza y concentración de las materias primas, la temperatura y ' el intervalo de pH . No obstante, aun cuando se observen condiciones de reacción constantes, ocurren fluctuaciones en el aspecto técnico respecto al uso de un lote a otro.

Una desventaja cuando se utilizan agentes de activación basados en fosfato de titanio IV es que los baños de activación tienen que ser preparados con agua totalmente desalinizada . La razón de esto es que los iones de metales alcalinotérreos presentes en las tuberías o en el agua del grifo como componentes de endurecimiento desestabilizan al fosfato de titanio IV en los baños de activación. Estos iones de metales alcalinotérreos también pueden ser arrastrados al baño de activación por el agua de descargas.

Sin embargo la mejora en la estabilidad de los baños de activación con aditivos en relación con la dureza del agua o la mejora de la calidad en materia de vida útil de los baños de activación y la cristalinidad del recubrimiento de fosfato de zinc aplicado en la etapa posterior por agentes quelantes, también padece graves desventajas. En particular, una desventaja de los agentes quelantes es que actúan como venenos de baños de fosfatado y causan dificultades en lo que respecta al tratamiento de aguas residuales, ya que añaden o mantienen metales pesados en solución.

EP 264 151 describe un procedimiento para producir revestimientos de fosfato en los componentes compuestos de acero y acero galvanizado por limpieza alcalina, enjuagando con un baño de lavado acuoso y un fosfatado de zinc, asi como su uso para la preparación de tales componentes compuestos para la pintura posterior, en particular, la pintura por electroinmersión .

Del mismo modo EP 454 211 se refiere a un agente de activación basado en fosfato de titanio IV para la activación de superficies metálicas previas al fosfatado de zinc y su utilización posterior para la preparación de baños de activación.

En lo que respecta a las opciones de uso versátil, hay un deseo de un proceso de producción simple de fosfato de titanio IV, y por lo tanto el objeto de la invención es proporcionar un proceso y una adición para producir un fosfato inorgánico que pueda usarse en la protección contra la corrosión libre de metales pesados y en la protección contra las llamas y que además pueda ocurrir en una forma fluida de fácil aplicación .

Ese objetivo se alcanza por el tratamiento de dióxido de titanio con ácido fosfórico. Por lo general, los tipos de dióxido de titanio ricos de superficie y los precursores de dióxido de titanio reaccionan con el ácido fosfórico para dar cuerpos sólidos difícilmente solubles. Sorprendentemente los inventores tuvieron éxito en la producción de una solución de Ti3(PC>4) 4 en ácido fosfórico teórico con un contenido teórico de Ti3(P04)4 de 100-120 g/1 de ácido fosfórico por la reacción de dióxido de titanio con ácido fosfórico concentrado con una concentración de 85% en peso, preferiblemente más del 89% en peso.

En consecuencia, la invención se dirige a un proceso para la producción de fosfato de titanio, que incluye los siguientes pasos: la introducción de un compuesto de titanio y oxígeno en ácido fosfórico acuoso con una concentración de más del 85% en peso; - el tratamiento de la suspensión resultante en un intervalo de temperatura de más de 50°C a 150°C hasta la completa disolución del compuesto de titanio y oxígeno, en donde el compuesto de titanio y oxígeno se utiliza en el paso a) en forma seca.

Preferiblemente en el proceso de acuerdo con la invención, el compuesto de titanio y oxigeno se utiliza en el paso a) en una forma de ser secado para llegar a un peso constante a una temperatura inferior a 110°C.

Además preferentemente el compuesto de titanio y oxigeno se utiliza en el paso a) en forma purificada, en particular, como dióxido de titanio y, en particular en la modificación anatasa.

En este sentido " es preferible el uso del compuesto de titanio y oxigeno en el paso a) en forma de partículas con un tamaño de cristalito de 7 a 300 nm.

Como un posible compuesto de titanio y oxígeno, se debe mencionar que pueden emplearse óxidos o hidróxidos de titanio que son adecuados como materiales de partida y que pueden ser empleados de forma selectiva, que están disponibles en el mercado bajo la denominación S 150, S 140 y S 240 de Remira, bajo la denominación P 25 de Degussa, como VKR 611, Hombikat UV100 y Hombifine N de Sachtleben, XT 25376 de Norton, DT 51 de Thann et Mulhouse así como Bayoxide TA-DW-1, Bayoxide T A-K-1 de Bayer. Se encontró que el dióxido de titanio Hombifine N es más adecuado.

Hombifine N se disuelve particularmente bien en el ácido fosfórico concentrado, pero de preferencia debe ser previamente secado en condiciones suaves (máximo 110°C) hasta un peso constante. El secado excesivamente intensivo por ejemplo a 130°C y 150°C conduce a una menor solubilidad, como si el producto contuviera todavía una gran cantidad de humedad residual. En consecuencia, el dióxido de titanio de preferencia se seca a llegar a un peso constante.

Como compuesto de titanio y oxígeno, el dióxido de titanio de preferencia se utiliza en una cantidad de 0.1 a 2.0 mol/1 de ácido fosfórico.

En el laboratorio se pudo producir una solución de fosfato de titanio por ejemplo con alrededor de 110 g/l de Ti3(P04)4 calculado de Hombifine N y 89% de ácido ortofosfórico . A este respecto la solubilidad del óxido de titanio en ácido ortofosfórico depende en gran medida del contenido de agua del ácido fosfórico, así como del producto de partida seleccionado y del tratamiento preliminar del mismo, es decir, secado sustancialmente .

Aunque la solubilidad en ácido fosfórico al 85% es suficiente, se observó una mejor solubilidad en ácido fosfórico al 89%, que se utiliza preferentemente para producir la solución. El uso de ácido fosfórico más concentrado por lo tanto posibilita lograr una mejor solubilidad aún de dióxido de titanio. Esto es posible por una parte por la adición de pentóxido fosfórico al ácido fosfórico con 85% en peso, preferentemente al 89% en peso, y por otra por el uso de ácido fosfórico cristalino puro que, sin embargo primero tiene que ser fundido (punto de fusión alrededor de 42°C) .

La solución de fosfato ácido de fosfato de titanio, que puede obtenerse de acuerdo con la invención, ya puede utilizarse para el tratamiento de superficies de metales y partículas inorgánicas.

Aunque el compuesto que se forma aquí se conoce como fosfato de titanio éste también puede incluir compuestos como titanil fosfato o mezclas de fosfato de titanio. La consideración fundamental es que el proceso se lleva a cabo de acuerdo con la invención.

Igualmente es posible primero producir fosfato de titanio en forma de partículas a partir de la solución de fosfato ácido. Para ese propósito la solución de fosfato ácido se filtra en primer lugar. Esto es seguido por la neutralización del filtrado resultante con solución acuosa de amoniaco por ejemplo, la separación y el lavado de las partículas de precipitado con agua y el secado de las partículas, preferiblemente a una temperatura elevada. Las partículas resultantes se pueden disolver de nuevo para el uso en ácido fosfórico concentrado (>85%) .

El fosfato de titanio IV producido de acuerdo con la invención pueden ser empleado por ejemplo para la activación de superficies metálicas antes del fosfatado de zinc, es fácil de producir y su uso en la preparación de baños de activación conduce a baños de activación estables con una larga vida de servicio que además garantiza la producción de capas de fosfato de zinc finamente cristalinas en un tiempo reducido.

Por medio del fosfato de titanio IV, en particular en una solución de fosfato ácido, es posible prevenir la corrosión de superficies metálicas, y es posible lograr un fosfatado de la superficie, donde se forma una capa de conversión de fosfatos metálicos adheridos firmemente por las reacciones químicas de las superficies metálicas con l'a solución de fosfato de titanio IV. Ese fosfatado se puede utilizar en relación con el acero pero también puede ser empleado para los aceros galvanizados o plateados con cadmio y aluminios. Las principales áreas de uso de acuerdo con la invención son protección contra la corrosión, el sellado con primer, la reducción de la fricción y el desgaste, y el aislamiento eléctrico.

En lo que respecta a la operación de fosfatado e primer lugar se realiza un ataque de grabado sobre el material, en el que los cationes metálicos se disuelven, con la producción de hidrógeno. Esto es seguido por la formación de la capa por la precipitación de fosfatos difícilmente solubles. En la operación de fosfatado para la formación de la capa que se lleva a cabo de esa manera, la construcción de capa también se efectúa por cationes de titanio de la solución de fosfato, además de que están implicados los cationes metálicos de los materiales de base.

La capa de fosfato obtenida de acuerdo con la invención se adhiere muy bien de esa manera al sustrato y permite un buen anclaje de los recubrimientos posteriores, en virtud de la estructura de la capa microporosa o microcapilar . Por esa razón la capa de fosfato generada de esa forma puede ser muy bien utilizada como sustrato para recubrimientos posteriores. Además esto dificulta la oxidación en lugares dañados bajo el recubrimiento.

Se puede mejorar la protección contra la corrosión en relación con el fosfatado por medio de un encerado o aceitado. Las capas de fosfato tienen buenas propiedades de deslizamiento, que pueden utilizarse para trabajo en frió de acero.

Además, el fosfato de titanio IV producido de acuerdo con la invención puede utilizarse para la protección de materiales plásticos contra el fuego, por 52-708 una capa de intumescencia que se produce en el sustrato a proteger. En este campo técnico se conoce como intumescencia a la "inflamación" o formación de espuma de los materiales, que los hace a prueba de fuego. Dichos materiales generadores de intumescencia aumentan su volumen bajo el efecto del calor y disminuyen su I densidad y generalmente se emplean en la protección preventiva contra incendios estructurales.

Así, según la invención el fosfato de titanio en general puede emplearse para el tratamiento superficial de metales, electrodos de grafito, partículas inorgánicas y materiales orgánicos, como los materiales textiles, donde la consideración importante es la aplicación de una capa de protección retardante a la superficie del sustrato.

EJEMPLO DE PRODUCCIÓN Materiales de partida - Hombifine N, presecada durante 4 horas a 110°C , y f' ácido ortofosfórico, w(H3P04) = 89%, muy puro .

Se introdujeron 75 g de Hombifine N en 1.5 L de ácido fosfórico al 89% y se disolvió durante 4 horas 52-708 a 95°C. Esto fue seguido por una filtración de protección sobre filtros de fibra de vidrio de 85/90 MN. Se calculó la solución amarillenta clara con alrededor de 110 g/L de Ti3(P04)4. Se investigó la solución en relación al contenido de Ti y de fosfato y se caracterizó por una medición ÜV/VIS.

Con el fin de poder caracterizar mejor el producto, se diluyeron 250 mi de la solución con 500 mi de agua TE y se precipitó con una solución de NH3 al 25% dentro de unos 15 minutos a pH 6. En ese caso, la temperatura subió a 70°C. Se efectuó un calentamiento a 80°C y se mantuvo a esa temperatura durante 2 horas. Luego se filtró el producto en forma de gel por un filtro de fibra de vidrio 85/90 MN y se lavó. Después de lavar el filtrado de lavado por cuatro dias y suspenderlo de nuevo dos veces en cada ocasión en cerca de 2 L de agua TE caliente, fue posible alcanzar una conductividad de alrededor de 700 pS/cm. Entonces finalizó la operación de lavado. El sólido obtenido se secó a 130°C. El sólido se caracterizó por área superficial especifica, porosimetría , UV/VIS, difracción de rayos X y REM. 52-708

Claims (10)

REIVINDI CAC I ONE S

1. Un proceso para la producción de fosfato de titanio, que incluye los siguientes pasos: a) la introducción de un compuesto de titanio y oxigeno en ácido fosfórico acuoso con una concentración de más del 85% en peso; b) el tratamiento de la suspensión resultante en un intervalo de temperatura de más de 50°C a 150°C hasta la completa disolución del compuesto de titanio y oxigeno, en donde el compuesto de titanio y oxigeno se utiliza en el paso a) en forma seca.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye además: c) filtrar la solución obtenida en el paso b) ; d) neutralizar el filtrado obtenido en el paso c) con una solución de amoniaco acuosa; e) la separación y el lavado de las partículas de precipitado con agua, y f) el secado de las partículas a temperatura elevada, y g) la redisolución de las partículas en ácido fosfórico acuoso con una concentración de más del 85% en peso. 52-708

3. Un proceso para la producción de fosfato de titanio de acuerdo con la reivindicación 1 en donde f el compuesto de titanio y oxígeno se utiliza en el paso a) en una forma de secado a un peso constante a una temperatura menor a 110°C.

4. Un proceso para la producción de fosfato de titanio de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el compuesto de titanio y oxígeno se utiliza en el paso a) en forma purificada.

5. Un proceso para la producción de fosfato de titanio de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde el compuesto de titanio y oxígeno se utiliza en el paso a) en la modificación anatasa. r

6. Un proceso para la producción de fosfato de titanio de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde el compuesto de titanio y oxígeno se utiliza en el paso a) en un tamaño de cristalito de 7 a 300 nm.

7. Un proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en donde se utiliza dióxido de titanio en una cantidad de ácido fosfórico 0.1 a 2.0 mol/1 como el compuesto de titanio y oxígeno.

8. Un proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en donde se utiliza ácido fosfórico con una concentración de más del 89% en peso. 52-708

9. Una solución de fosfato de titanio que puede obtenerse por el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.

10. El uso de la solución de fosfato ácido de fosfato de titanio, que puede ser obtenido de conformidad con el procedimiento definido en una de las reivindicaciones 1 a 8, para el tratamiento de superficie de metales, electrodos de grafito, partículas inorgánicas y materia orgánica. 52-708