Термический анализ алкидных красителей с добавкой синтезированного пигмента диамидофосфат-кобальт-фталоцианин (ДАФСоРс)

АННОТАЦИЯ

Синтезированный в изделии алкидный краситель, содержащий кобальт, азот, фосфор и новый пигмент диамидофосфат-кобальт-фталоцианин (ДАФСоРс), был проанализирован методом термического анализа. Термостойкость синтезированного алкидного красителя с добавлением пигмента сравнивалась с термостойкостью импортного алкидного красителя с добавлением пигмента.

ABSTRACT

An alkyd dye synthesized in the product containing cobalt, nitrogen, phosphorus and a new pigment diamidophosphate-cobalt-phthalocyanine (DAPCoPc) analyzed by thermal analysis. The heat resistance of the synthesized alkyd dye with the addition of pigment was compare with the heat resistance of the imported alkyd dye with the addition of pigment.

Ключевые слова: фталоцианиновый пигмент, термический анализ, алкидный краситель, экзотермический, эндотермический, диамидофосфат кобальта, фталевый ангидрид, интенсивность.

Keywords: phthalocyanine pigment, thermal analysis, alkyd dye, exothermic, endothermic, cobalt diamidophosphate, phthalic anhydride, intensity.

Введение. Объем строительных работ в мире стремительно растет. Это, в свою очередь, приводит к резкому увеличению спроса на лаковые изделия. Основным компонентом лакокрасочных материалов являются пленкообразующие полимеры, которые получают на лакокрасочных заводах. Использование таких синтетических пленкообразующих полимеров позволило расширить сырьевую базу лаковой промышленности, созданы новые современные лаковые материалы. Около 25% объема производимых органических пигментов составляют фталоцианиновые пигменты. В связи с этим особый научный и практический интерес представляют фталоцианины, содержащие группы-накопители азота и фосфора. В этом случае можно получить лакокрасочные покрытия, полученные в присутствии фталоцианиновых пигментов. Соединение, называемое фталоцианином, было впервые получено при промышленном производстве орто-разделенных производных бензола. В 1907 г. Браун и Черняк сообщили, что при синтезе 2-цианобензамида был получен густой нерастворимый комплексный продукт [1]. В 1927 г. взаимодействие 1,2-дибромбензола с цианидом меди в кипящем пиридине привело к стабильному синему соединению [2]. Линстед был первым, кто доказал строение фталоцианина, а также синтезировал некоторые металлокомплексы фталоцианина [3-8].

Методы и объекты исследования. Синтез фталоцианина кобальта (DAФCoPc) на основе диамидофосфата. Синтез проводился двумя способами: в среде растворителя и нагреванием при высоких температурах.

В трехгорлую колбу объемом 1дм³, с оснащенную мешалкой, термометром и обратным холодильником добавляем 73,6 г (0,4 моль) диамидофосфата, 24 г (0,4 моль) мочевины, 235,6 г (1,6 моль) фталимида, 70,8 г (0,4 моль) ацетата кобальта (II катализатор в виде гептамолибдата аммонии в количестве 1% по отношению к массе фталимида и растворителя и 550 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Реакцию проводят в течение 3-4 часов, перемешивая при этой температуре. После завершения реакции ее охлаждают и фильтруют в воронке Бюхнера, а оставшийся в воронке темно-бирюзовый пигмент снова промывают дистиллированной водой. Промытый продукт сушат в духовке при 50 °C выход 93%.

Синтез при высоких температурах методом нагревания. В специальной емкости из высокотемпературного кислотоустойчивого нерявика вместимостью 500 мл смешайте 9,8 г (0,1 моль) ортофосфатной кислоты с 18 г (0,3 моль) мочевины с помощью стеклянной палочки до полного растворения при 130 °C и добавьте 7 г (0,04 моль)  ацетат кобальта (II), 6 г (0,10 моль) мочевины, 24 г (0,17 моль) фталимида, гептамолибдат аммония в качестве катализатора в количестве 1% по отношению к массе фталимида перемешивают до однородности (красноватого цвета). Реакционную смесь нагревают в печи до 260 °C в течение 3 часов. Затем полученную порошкообразную реакционную смесь охлаждают до 50 °C и нагревают до 40 °C в течение 20 мин с добавлением 85% серной кислоты. В растопленный продукт добавить кипяток и перемешать. Добавляется 1М раствор NaHСO3 для нейтрализации растворимых первичных и промежуточных продуктов, которые не прореагировали. Пигмент DAФCoPc выпадает в осадок. Выпавший в осадок фталоцианиновый пигмент фильтруют на воронке Бюхнера, и продукт сушат в печи при 50 °C. Сухая масса очищается от примесей в этиловом спирте и повторно очищается в дистиллированной воде на воронке Бюхнера. Выход полученного продукта 80%.

Экстракция пигмента фталоцианина кобальта (DAФCoPc) на основе нового диамидофосфата проводилась в среде растворителя и при нагревании композитной массы исследовалась его интенсивность, эффект обесцвечивания красок на акриловой основе и некоторые физико-химические свойства. На основании полученных результатов был выбран второй способ получения пигмента для синтеза сухой массы при высокой температуре, выход этого метода ниже, чем у первого метода, но его интенсивность, блеск, активное действие выше 4,5%, добавленных в лаковые материалы на акриловой основе, cтепень обесцвечивания отличается от пигмента, полученного в среде растворителя, образованием яркого красителя бирюзового цвета. Формула полученного вещества основана на элементном анализе и ИК-спектральном анализе:

По данной формуле исследовали изменение выхода в зависимости от температуры, при которой был получен пигмент DAФРoPc.

Рисунок 1. Влияние температуры на выход продукта при синтезе пигмента фталоцианина кобальта (DAФРoPc) на основе нового диамидофосфата при высокой температуре в сухой массе

Результаты и обсуждения. Температура играет важную роль в высокоинтенсивных, активных свойствах пигмента, и в то же время, если высокая температура превышает норму, выход получаемого продукта в определенной степени снижается.

Пигмент был синтезирован при 190, 230 и 260 ° C. При интенсивном синтезе активного пигмента, как показано на рисунке 1, эта температура была выбрана без повышения температуры до 260 ° C, тогда как через 2 часа выход реакции был максимум 93%, а через 3 часа выход упал до 80%. Разница между двумя продуктами заключалась в том, что 80% пигмента, полученного в продукте, проявляли высокую интенсивность после добавления лакокрасочных материалов на акриловой основе.

Термический анализ – Термическая стабильность синтезированных азотных и фосфорсодержащих фталоцианиновых пигментов была проанализирована дифференциально-термическими и термогравиметрическими методами на французском приборе LABSYS EVO STA. LABSYS evo STA (одновременный термический анализ) TGA, а также методы анализа TGA-DTA, TGA-DSC - это простая в использовании, надежная и высокоэффективная платформа термического анализа. Дериватограф исследовали при скорости 10 град / мин, Т-900, ТГ-200, ДТА - 1/10, ДТГ - 1/10 чувствительности гальванометра, путем автоматической записи дериватограммы на фотобумагу. Навеску исследуемых пигментов массой 35–46 мг помещали в тигель из стойкого к 1650 ° С оксида алюминия и платины без крышки диаметром 10 мм.

Рисунок 2. Дериватограмма алкидной эмалевой краски с добавлением пигмента DAФРoPc.

Результаты термического анализа алкидной эмали с добавлением вновь синтезированного пигмента DAФСoPc, показанные на рисунке 2, были изучены на основе представленных изображений дериватограмм. Пять эндотермических эффектов наблюдались при 20, 30, 200, 220, 260 ° C и пять экзотермических эффектов при 50, 280, 300, 325, 500 ° C. При термическом анализе алкидной эмали с добавлением пигмента DAФСoPc результаты анализа были представлены на основе этих значений. В алкидной эмали, приготовленной с добавлением пигмента DAФСoPc, в системе отмеряли 60 мг эмали и температуру повышали с 20 ° C. Результаты термического анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Термический анализ красителей, подвергшихся воздействию высоких температур

В приведенной ниже таблице был изучен термический анализ красителей с добавлением азотного и фосфорсодержащего пигмента фталоцианина кобальта и хроматических пигментов игментов фталоцианина меди, в заключение, алкидные эмалевые краски на основе синтезированных фталоцианиновых пигментов показали частичное уменьшение массы до 350 ° C и постепенное уменьшение при более высоких температурах.

Вывод. В заключение был изучен термический анализ алкидного красителя с добавлением комплексного красителя пигмента, содержащего азот, фосфор, кобальт и фталатную группу. Проведено сравнение термостойкости алкидных эмалевых красок с добавлением 4,5% пигмента DAФСoPc и импортных пигментов CuPu на основе фталоцианина меди. Перекрестно-сложное расположение органических групп в пигментной композиции DAФСoPc играет важную роль в увеличении интенсивности пигмента. Синтезированный новый пигмент синтезируется новым уникальным способом, что позволяет достичь высокой экономической эффективности в процессе синтеза пигмента и снизить расход валюты.

Список литературы:

1. Braun A. Über die Produkte der Einwirkung von Acetanhydrid auf Phthalamid / A. Braun, J. Tcherniac // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. – 1907. – Т. 40 – № 2– P. 2709–2714.
2. Diesbach H. de Quelques sels complexes des o-dinitriles avec le cuivre et la pyridine / H. de Diesbach, E. von der Weid // Helvetica Chimica Acta. – 1927. – Т. 10 – № 1– P. 886–888.
3. Linstead R.P. 212. Phthalocyanines. Part I. A new type of synthetic colouring matters / R. P. Linstead // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P. 1016-1017.
4. Byrne G.T. 213. Phthalocyanines. Part II. The preparation of phthalocyanine and some metallic derivatives from o-cyanobenzamide and phthalimide / G. T. Byrne, R. P. Linstead, A. R. Lowe // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P.1017-1022.
5. Linstead R.P. 214. Phthalocyanines. Part III. Preliminary experiments on the preparation of phthalocyanines from phthalonitrile / R. P. Linstead, A. R. Lowe // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P.1022-1027.
6. Dent C.E. 215. Phthalocyanines. Part IV. Copper phthalocyanines / C. E. Dent, R. P. Linstead // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P. 1027- 1031.
7. Linstead R.P. 216. Phthalocyanines. Part V. The molecular weight of magnesium phthalocyanine / R. P. Linstead, A. R. Lowe // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P.1031-1033.
8. Dent C.E. 217. Phthalocyanines. Part VI. The structure of the phthalocyanines / C. E. Dent, R. P. Linstead, A. R. Lowe // Journal of the Chemical Society (Resumed). – 1934. – P. 1033-1039.