Главная
АИ #7 (86)
Статьи журнала АИ #7 (86)
Пути совершенствования процесса удаления водорастворимых солей из паст органичес...

Пути совершенствования процесса удаления водорастворимых солей из паст органических пигментов

Рубрика

Химия

Ключевые слова

водорастворимые примеси
кластерная структура воды
колористическая концентрация

Аннотация статьи

В статье приводятся подходы к совершенствованию процесса отмывки пигментов методом репульпации-декантации.

Текст статьи

В связи с жесткой конкурентной борьбой на мировом рынке производителей азопигментов и красителей получение продуктов, обладающих определенным набором качественных характеристик (колористическая концентрация, относительная красящая способность).

К качественным характеристикам продуктов органического синтеза (пигментам, красителям) потребители предъявляют жесткие требования, основными из которых являются: колористическая концентрация, прозрачность, интенсивность, укрывистость, блеск, чистота, оттенок. Формирование качественных показателей происходит как на стадиях синтеза, так и на заключительных стадиях производства готового продукта, удаление водорастворимых примесей и термическое обезвоживание.

Одним из направлений повышения качественных показателей готового продукта (органических пигментов) является снижение содержания водорастворимых примесей (поваренной соли NaCl).

Главное значение в процессах поглощения света молекулами органических соединений имеет разность энергий граничных молекулярных орбиталей (ГМО) – высшей занятой и низшей свободной.

Цвет вещества зависит от положения полосы поглощения в видимой части спектра. Однако на цвет пигмента в большой степени влияют форма и размер частиц, так как суммарное цветовое ощущение определяется не только спектром поглощения, но и характером рассеяния света частицами пигмента, кроме того, большое влияние на цвет пигмента оказывает кристаллическая структура.

При производстве пигментов в первую очередь важно, чтобы продукты обладали определенным набором специфических пигментных характеристик (колористическая концентрация, цвет, интенсивность, укрывистость и т.д.).

Свойства пигментов определяются не только их химическим составом, но и кристаллическими свойствами, дисперсностью и количеством поверхности. В суспензии пигментов имеются примеси веществ, имевшихся в исходном сырье, продукты побочных реакций, адсорбированные компоненты реакционных растворов и специально вводимые добавки модификаторы. Модификаторы могут входить в кристаллическую решетку основного вещества пигмента или находиться только на его поверхности (в этом случае они являются поверхностными модификаторами). Поверхностные модификаторы не изменяют структуру вещества, но изменяют его свойства.

В суспензии пигмента наряду с целевым продуктом имеются вещества, поступившие с исходным сырьем, продукты побочных реакции, адсорбированные компоненты реакционных растворов и специально вводимые добавки модификаторы, примеси оказывают значительное влияние на качественные показатели готового продукта.

Примеси в суспензии пигментов водорастворимые и нерастворимые.

К растворимым в воде относятся вещества, обладающие растворимостью свыше 1 г в 100 г воды, все соли, образованные ионами калия К+, натрия Na+ и аммония NH4+ (NaCl, Na2SO4, CH3COONa, NH4Cl, KHCO3, СаCl2 и т. д.).

К нерастворимым примесям относят примеси не растворимые в воде. Это соли, растворимость которых менее 0,1 г в 100 г воды (CaCO3, CaSO3, BaSO4).

Концентрация водорастворимых примесей как органических, так и не органических в составе азопигментов влияет на качественные показатели готового продукта. Водорастворимые примеси значительно изменяют pH водной среды и оказывают отрицательное воздействие на стабильность лакокрасочных материалов, защитные свойства пигментированных покрытий [1].

Для улучшения качестве пигмента необходимо удаление водорастворимых примесей из пасты готового продукта.

Выделяют следующие способы удаления водорастворимых примесей:

  • промывка слоя осадка на фильтровальном оборудовании;
  • репульпация;
  • декантация.

Промывка осадка на фильтровальном оборудовании относится к методам удаления примесей из паст без разрушения их структуры [2]. Применяется для достижения требуемой чистоты органических пигментов и красителей и является одним из самых доступных методов очистки от водорастворимых примесей [3].

Репульпация представляет собой метод удаления примесей из паст с разрушением их структуры [2], проводится как в одну, так и в несколько стадий, требует наличия специального оборудования. Использование воды в больших объемах является существенным недостатком. Частичное снижение расхода воды получают при использования противотока [3], когда при многостадийной промывке чистая промывная жидкость подается на заключительную стадию промывки, а фильтрат с этой стадии используется для промывки на предыдущей.

Декантация относится к методам удаления водорастворимых солей из пигментов с разрушением структуры осадка после отстаивания при дальнейшей отмывке [2]. Это метод является самым распространенным и простым методом очистки [3]. Проводят в одну или несколько стадий в зависимости от требований, предъявляемых к чистоте готового продукта.

Декантация дает хорошие результаты при очистке быстро расслаивающихся суспензий от примесей с высокой растворимостью, при низкой температуре (16–20 0С).

Сравнительный анализ методов удаления водорастворимых примесей из паст и суспензий органических красителей и пигментов, связанные с использованием промывной жидкости показал, что метод декантации наиболее пригоден вследствие того, что разделение суспензий происходит быстро при сниженных расходах промывной жидкости, и данный способ гарантирует сохранность кристаллической структуры пигмента.

Вода из универсальных и самых сильных природных растворителей. В ней в той или иной мере растворяются почти все вещества.

Существует большое количество теорий и моделей, объясняющих структуру и свойства воды. Общим является представление о водородных связях, как основного фактора, определяющего образование структурированных агломератов [4]. Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине – ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О–Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О–Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp2-гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,30) близок к тетраэдрическому (109,50). Электроны, образующие связи О–Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, поскольку на них создаются два положительных полюса.

По своей структуре вода представляет собой иерархию правильных объемных структур, в основе которых лежит кристаллоподобные образования, состоящие из 57 молекул и взаимодействующие друг с другом за счет свободных водородных связей. Это приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников, состоящих из 912 молекул воды. Свойства кластеров зависят от того, в каком соотношении выступают на поверхность кислород и водород.

Конфигурация элементов воды реагирует на любое внешнее воздействие и примеси, что объясняет чрезвычайно мобильный характер их взаимодействия. В обычной воде совокупность отдельных молекул воды и случайных ассоциатов составляет 60 % (деструктурированная вода), а 40 % - это кластеры (структурированная вода).

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды. Водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар.

Выводы

Качество органических пигментов и красителей в значительной степени зависит от выбранного способа удаления водорастворимых солей (NaCl) и растворителя (воды) определенной кластерной структуры.

Список литературы

  1. Ермилов, П. И. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы. Учебное пособие для ВУЗов / П.И. Ермилов, Е.А. Индейкин, И.А. Толмачев. – Л.: Издательство «Химия», 1987. – 198 с.
  2. Жужиков, В. А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий / В. А. Жужиков – М.: Химия, 1980. – 400 с.
  3. Брук, О. Л. Процессы промывки осадков / О. Л. Брук. – М., Недра, 1973. – 256 с.
  4. Маленков, Г. Г. Структура воды. / Г. Г. Маленков; под ред. Я. М. Колотыркина // Физическая химия. Современные проблемы. – М.: Химия, 1984. – С. 41–76.

Поделиться

725

Леонтьева А. И., Субочева М. Ю., Мотсеотата К. Б. Пути совершенствования процесса удаления водорастворимых солей из паст органических пигментов // Актуальные исследования. 2022. №7 (86). С. 8-10. URL: https://apni.ru/article/3764-puti-sovershenstvovaniya-protsessa-udaleniya

Актуальные исследования

#30 (212)

Прием материалов

20 июля - 26 июля

осталось 6 дней

Размещение PDF-версии журнала

31 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

13 августа