RU2767855C1

RU2767855C1 - Method of producing adduct of phosphoric and boric acids

Info

Publication number: RU2767855C1
Application number: RU2021106554A
Authority: RU
Inventors: Виктор Сергеевич Мальков; Людмила Евгеньевна Каличкина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Инжиниринговый химико-технологический центр»; Общество с ограниченной ответственностью «НОВОХИМ»
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-03-22

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to synthetic inorganic chemistry and specifically to a method of producing an adduct of phosphoric and boric acids. Process is carried out in a paddle mixer by mixing boric acid with ammonium phosphate in molar ratio of 1:1–3 at a temperature of producing adduct from 150 to 350 °C for 30–180 minutes.EFFECT: proposed method enables to obtain an adduct of phosphoric and boric acids with decomposition temperature higher than 300 °C (with weight loss at 300 °C of not more than 5 %) and residual weight after calcination at 500 °C of more than 80 % using one apparatus, without separation of intermediate reaction products, as well as high water and power consumption.1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к синтетической неорганической химии, а именно к способу получения аддукта борной и фосфорной кислоты - фосфата бора, с температурой разложения выше 300°С (с потерей массы при 300°С не более 5%) и остаточной массой после прокаливания при 500°С более 80%.The invention relates to synthetic inorganic chemistry, and in particular to a method for producing an adduct of boric and phosphoric acid - boron phosphate, with a decomposition temperature above 300°C (with a weight loss at 300°C not more than 5%) and a residual mass after calcination at 500°C over 80%.

Фосфат бора находит широкое применение в качестве антипирена, например, описано изобретение (патент US 5714550, C08K 3/38, C08L 71/03, C08L 77/00, опубл. 03.02.1998 г.), в котором добавка 5% (мас.) фосфата бора в полиамиды в сочетании с 2% (мас.) силиконового масла приводит к огнестойкости класса V0.Boron phosphate is widely used as a flame retardant, for example, the invention is described (patent US 5714550, C08K 3/38, C08L 71/03, C08L 77/00, publ. 02/03/1998), in which the additive of 5% (wt. ) boron phosphate to polyamides in combination with 2% (wt.) silicone oil leads to fire resistance class V0.

Известно использование комбинации бората цинка и фосфата бора в электрической изоляции, устойчивой к высокой (до 1100°C) температуре (патент EP 1347464, C08L 23/08, H01B 3/44, C08L 23/16, опубл. 24.09.2003 г.). В изобретении описана композиция для изоляции электрического кабеля, которая отвечает всем требованиям безопасности и огнестойкости. В состав композиции входит: органический полимер; плавкая керамика (наполнитель); от 5 до 50 мас.% на 100 частей от веса полимера (оксид бора или бората цинка или их смесь; безводные или гидратированные фосфаты бора, или смесь этих компонентов); огнеупорный наполнитель, с температурой плавления выше 500°C (оксид магния, слюды, мусковита или их смеси).It is known to use a combination of zinc borate and boron phosphate in electrical insulation resistant to high (up to 1100 ° C) temperature (patent EP 1347464, C08L 23/08, H01B 3/44, C08L 23/16, publ. 24.09.2003) . The invention describes a composition for insulating an electrical cable that meets all safety and fire resistance requirements. The composition includes: organic polymer; fusible ceramics (filler); from 5 to 50 wt.% per 100 parts by weight of the polymer (boron or zinc borate oxide or a mixture thereof; anhydrous or hydrated boron phosphates, or a mixture of these components); refractory filler, with a melting point above 500°C (magnesium oxide, mica, muscovite or mixtures thereof).

Известна композиция (патент EP 2449014, C08K 3/38, C09K 21/04, опубл. 09.05.2012 г.), состоящая из термопластичного полимера и фосфата бора или металлборфосфата, с огнезащитой V0.A composition is known (patent EP 2449014, C08K 3/38, C09K 21/04, publ. 05/09/2012), consisting of a thermoplastic polymer and boron phosphate or metal boron phosphate, with fire protection V0.

Известно добавление от 5 до 15 % боратофосфата в эпоксидные краски, для повышения огнестойкости (Zhou, Y., Feng, J., Peng, H., Qu, H., & Hao, J. (2014). Catalytic pyrolysis and flame retardancy of epoxy resins with solid acid boron phosphate. Polymer Degradation and Stability, 110, 395-404.).It is known to add 5 to 15% borate phosphate to epoxy paints to improve fire resistance (Zhou, Y., Feng, J., Peng, H., Qu, H., & Hao, J. (2014). Catalytic pyrolysis and flame retardancy of epoxy resins with solid acid boron phosphate Polymer Degradation and Stability, 110, 395-404.).

Известны способы получения металлборфосфата (патент DE4408486, B01J 20/02, B01J 27/16, B01J 29/82, B01J 39/12, C01B 25/26, C01B 25/36, C01B 35/08, C07C 1/20, C07C 249/02, C07C 4/06, C07C 41/03, C07C 67/26, C07D 203/08, опубл. 21.09.1995 г.), в котором реакцию ведут между борной кислотой и/или солью борной кислоты и металлом; фосфорной кислотой или фосфатом аммония или солью фосфата металла; оксиды и/или гидроксиды, и/или карбонаты. В качестве металлов используют щелочные, щелочноземельные металлы, алюминий и цинк; прокаливание проводят при температуре от 700°С до 1600°С не менее 2 часов. К недостаткам указанного изобретения относится высокая температура прокалки.Known methods for producing metal boron phosphate (patent DE4408486, B01J 20/02, B01J 27/16, B01J 29/82, B01J 39/12, C01B 25/26, C01B 25/36, C01B 35/08, C07C 1/20, C07C 249 /02, C07C 4/06, C07C 41/03, C07C 67/26, C07D 203/08, published 09/21/1995), in which the reaction is carried out between boric acid and/or a salt of boric acid and a metal; phosphoric acid or ammonium phosphate or metal phosphate salt; oxides and/or hydroxides and/or carbonates. The metals used are alkali, alkaline earth metals, aluminum and zinc; calcination is carried out at a temperature of 700°C to 1600°C for at least 2 hours. The disadvantages of this invention include a high calcination temperature.

Наиболее близким к изобретению является способ получения фосфата бора, который заключается в том, что 0,5 М растворы борной и фосфорной кислот, смешивают при нагревании, затем смесь концентрируют отгонкой воды и прокаливают полученную пасту от 130 до 1000°С в течение от 0,5 до 48 часов в муфельной печи. В зависимости от температуры переработки получается продукт с температурой начала разложения от 200°С до 1000°С. (Kmecl, P. & Bukovec, P. (1999). Boron phosphate: Its synthesis, gradual crystallization and characterization of bulk properties. Acta chimica slovenica. 46. 161-172.). Данный способ выбран в качестве прототипа.Closest to the invention is a method for obtaining boron phosphate, which consists in the fact that 0.5 M solutions of boric and phosphoric acids are mixed when heated, then the mixture is concentrated by distillation of water and the resulting paste is calcined from 130 to 1000 ° C for from 0, 5 to 48 hours in a muffle furnace. Depending on the processing temperature, a product is obtained with a decomposition start temperature from 200°C to 1000°C. (Kmecl, P. & Bukovec, P. (1999). Boron phosphate: Its synthesis, gradual crystallization and characterization of bulk properties. Acta chimica slovenica. 46. 161-172.). This method is chosen as a prototype.

Недостатками данного способа являются использование большого количества деионизованной воды, многостадийность процесса, получение пасты, затем ее прокаливание, и как следствие необходимость использования большого числа разнообразного технологического оборудования (смесители, испарители, муфельные печи).The disadvantages of this method are the use of a large amount of deionized water, the multi-stage process, obtaining a paste, then calcining it, and as a result, the need to use a large number of various technological equipment (mixers, evaporators, muffle furnaces).

Задачей данного изобретения является создание способа получения фосфата бора с температурой разложения выше 300°С (с потерей массы при 300°С не более 5 %) и остаточной массой после прокаливания при 500°С не менее 80% с использованием одного аппарата, без выделения промежуточных продуктов реакции, а также больших водо- и энергозатрат. The objective of this invention is to create a method for obtaining boron phosphate with a decomposition temperature above 300°C (with a weight loss at 300°C not more than 5%) and a residual mass after calcination at 500°C of at least 80% using one apparatus, without isolating intermediate reaction products, as well as high water and energy costs.

Поставленная задача решается тем, что получение фосфата бора ведут в лопастном смесителе при температуре от 20 до 350°С смешением борной кислоты с фосфатом аммония (моно-, ди-, триаммонийфосфат). Мольное соотношение борной кислоты к фосфату аммония (1:1-3). Время синтеза от 30 до 180 минут. При этом получают продукт с температурой начала разложения 300°С (с потерей массы при 300°С не более 5%) и остаточной массой после прокаливания при 500°С не менее 80%.The problem is solved by the fact that the production of boron phosphate is carried out in a paddle mixer at a temperature of 20 to 350°C by mixing boric acid with ammonium phosphate (mono-, di-, tri-ammonium phosphate). The molar ratio of boric acid to ammonium phosphate (1:1-3). Synthesis time from 30 to 180 minutes. In this case, a product is obtained with a decomposition start temperature of 300°C (with a weight loss at 300°C of not more than 5%) and a residual mass after calcination at 500°C of at least 80%.

Пример: 115 г моноаммонийфосфата и 85 г борной кислоты загружают в лопастной смеситель, смесь перемешивают при температуре 200°С в течение 45 минут. Получают 188 г порошкообразного фосфата бора с температурой начала разложения 300°С (с потерей массы при 300°С не более 5%) и остаточной массой после прокаливания при 500°С не менее 80% (фиг. 1).Example: 115 g of monoammonium phosphate and 85 g of boric acid are loaded into a paddle mixer, the mixture is stirred at a temperature of 200°C for 45 minutes. Get 188 g of powdered boron phosphate with a decomposition start temperature of 300°C (with a weight loss at 300°C no more than 5%) and a residual weight after calcination at 500°C of at least 80% (Fig. 1).

На фиг. 1 представлена зависимость изменения массы навески фосфата бора от температуры.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the change in the mass of a sample of boron phosphate on temperature.

Claims

A method for producing an adduct of phosphoric and boric acids using boric acid, characterized in that the process is carried out in a paddle mixer by mixing boric acid with ammonium phosphate at a molar ratio of 1:1-3 at a temperature for obtaining the adduct from 150 to 350 ° C for 30 - 180 minutes.