Способ приготовления янтарных лаков - RU2699645C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области химической технологии и биотехнологии и предназначено для приготовления, в частности, янтарных лаков, широко используемых в живописи, а также для защиты различных поверхностей (дерева, металлов, стекла, пластмасс, ногтей) от микроорганизмов и биокоррозии.

Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса приготовления янтарных лаков.

Цель достигается предварительной очисткой отходов механической обработки янтаря и/или янтаря мелких, непригодных для дальнейшей ювелирной обработки в водном растворе, содержащем NaCl и лимонную кислоту (С₆Н₈О₇) в поле ультразвука (патент на изобретение RU 2626468, МПК С04В 41/53, 28.07.2017), ополаскиванием, сушкой, измельчением до размеров 0,5-5 мкм, суспендированием измельченного янтаря в растворителе (этаноле, метаноле, ацетоне, нефрасе-С4-155/200 (уайт-спирите), скипидаре и др.), в соотношении 1:1-1:10, обработку суспензии при комнатной температуре ультразвуком с частотой 22-44 кГц в течение 5-50 минут, и плотностью мощности 0,1-10 Вт/см³, последующим растворением в течение 1-10 часов, в зависимости от физико-химических свойств и, в частности, температуры кипения используемого растворителя, в емкости с присоединенным обратным холодильником.

Полученные упомянутым способом янтарные лаки, представляют собой как самостоятельную ценность для защиты поверхностей, например от биокоррозии, так и как полупродукт, вводимый, например, в художественные масляные краски, в косметические композиции или в средства защиты ногтей ног от грибковых инфекций в общественных банях, бассейнах, пляжах.

Несмотря на все достижения техники получения лакокрасочных покрытий с заданными свойствами, янтарный лак до сих пор считается одним из лучших. Его применение весьма перспективно для покрытия музыкальных инструментов, мебели, подводной части кораблей. Покрытая янтарным лаком мебель, долго сохраняет ровный сияющий блеск, днище корабля не обрастает моллюсками (Виолетта Богучар. Смола веков янтарь. http://malahov-plus.com/main/in-addition2/316-smola-vekov-jantar.html). Известные технологии приготовления лака занимают длительное время (часы и даже дни), и сопряжены с потерей существенной части янтаря (Мошков Н.Н. Неизвестное об известном. Янтарь - красота, здоровье и долголетие от природы. Калининград, 2008 г. 82 с.).

Известен способ приготовления янтарного лака, включающий грубое измельчение янтаря, последующее нагревание до 160°С, плавление янтаря, смешение с льняным маслом (1:1) и разбавителем уайт-спиритом или скипидаром (1:2), кипячение полученной смеси в течение 3-4 часов и длительное отстаивание до оседания грубых, не растворившихся полностью частиц (Земетис М.М. Очерки о проблеме скрипичного лака. Рига, 1963 г. http://www.balalaika-master.ru/paper/010/).

Известен способ получения янтарного лака, включающий измельчение янтаря до частиц размером ≤7 мм, последующее нагревание с олифой, в соотношении примерно (1:≤20), до температуры, при которой янтарь размягчается, набухает и всплывает на поверхность олифы. Смесь подвергают дальнейшей термической обработке при ограниченном доступе кислорода, и температуре ≥350°С, в течение нескольких часов до формирования однородной консистенции (патент на изобретение US 6011097, C09D 191/00, 04.01.2000). Вышеупомянутые способы, связанные с сухой перегонкой янтаря, сопровождающиеся нагреванием до высоких температур и разрушением первичной структуры янтаря, позволяют получить, как правило, темный лак, требуют длительного времени для его получения и специальных мер для ограничения доступа кислорода, и при этом всего лишь 15-20% процентов исходного продукта - янтаря переходит в раствор (Сребродольский Б.И. Янтарь. М., Наука, 1984 с. 110; Сребродольский Б.И. Мир янтаря. - Киев, Наукова думка, 1988, с. 143).

Известен способ получения янтарного лака растворением предварительно плавленого и трансформированного в янтарную канифоль сырья. Способ сложен в реализации и, в конечном итоге, позволяет получить не янтарный лак, а лак из янтарной канифоли (Волков П. Производство лаков. С.-Петербург, Типография бр. Пантелеевых, 1882. 330 с.; http://www.backtomusic.ru/do/acoustic/varnish).

Известен способ, обеспечивающий ускоренное приготовление янтарного лака и более полное растворение янтаря за счет применения ультразвука после растворения основной части янтаря в горячем 120-160°С льняном масле в течение 40-80 мин (патент на изобретение № RU 2543169, C09D 004/00, 27.02.2015), направленный, однако, только на приготовление масляного лака.

Поставленная в заявляемом способе задача решается предварительной очисткой отходов механической обработки янтаря и/или янтаря мелких, непригодных для дальнейшей ювелирной обработки в водном растворе, содержащем NaCl и лимонную кислоту (С₆Н₈О₇) в поле ультразвука (патент на изобретение RU 2626468, МПК С04В 41/53, 28.07.2017), ополаскиванием, сушкой, измельчением до размеров 0,5-5 мкм, суспендированием измельченного янтаря в растворителе (этаноле, метаноле, ацетоне, нефрасе-С4-155/200 (уайт-спирите), скипидаре и др.), в соотношении 1:1-1:10, обработку суспензии при комнатной температуре ультразвуком с частотой 22-44 кГц в течение 5-50 минут, и плотностью мощности 0,1-10 Вт/см³, последующим растворением в течение 1-10 часов в зависимости от физико-химических свойств и, в частности, температуры кипения используемого растворителя, в емкости с присоединенным обратным холодильником.

При более низких плотностях мощности ультразвука снижается эффективность его воздействия, при более высоких - повышается вероятность возникновения нежелательных звукохимических реакций (Акопян В.Б., Ершов А.Ю., Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами, Москва, Из-во РГТУ им. Баумана, 2006, 223 с.).

Технический результат достигается использованием простой конструкции (Фиг. 1), содержащей емкость 1, с суспендированным в растворителе измельченным янтарем, подогреваемую на, например, электроплитке 2 с песчаной баней 3, и снабженной обратным холодильником 4, охлаждаемым проточной водой и обеспечивающим улавливание паров и возврат их в емкость с кипящей суспензией, а также ограничение контакта кипящей жидкости с кислородом воздуха. Предлагаемый способ получения янтарного лака включает:

- предварительную очистку сырья - отходов механической обработки янтаря и/или янтаря мелких, непригодных для дальнейшей ювелирной обработки фракций в водном растворе, NaCl и лимонной кислоты (С₆Н₈О₇) в поле ультразвука с плотностью мощности 1-10 Вт/см в течение 5-10 минут;

- ополаскивание в чистой воде;

- сушку;

- механическое измельчение кусочков янтаря до частиц размером 0,5-5 мкм;

- суспендирование измельченного янтаря в растворителе (этаноле, метаноле, ацетоне, нефрасе-С4-155/200 (уайт-спирите), скипидаре и др.) в соотношении 1: 1-1:10, в зависимости от свойств растворителя;

- обработку ультразвуком с частотой 22-44 кГц в течение 5-50 минут, и плотностью мощности 0,1-10 Вт/см³,

- растворение измельченного и суспендированного янтаря в течение 1-10 часов в зависимости от свойств выбранного растворителя при температуре его кипения,

- удаление посторонних и не растворившихся частиц янтаря фильтрованием;

- расфасовку готового янтарного лака.

Для сравнения свойств лаков, полученных растворением янтарного порошка в различных растворителях, использован метод, представляющий собой цепь последовательно реализуемых стандартных лабораторных методик:

- учет массового соотношения янтарного порошка и добавленного растворителя →

→ нанесение стандартного количества, например, 1 мл готового продукта на гладкую, горизонтальную поверхность пластины из одного и того же материала (например, алюминия) при фиксированной температуре, например, при 30°С, в условиях свободного растекания лака →

→ высушивание пластины до постоянного веса →

→ измерение площади растекания стандартного количества лака →

→ измерение толщины полученной пленки с помощью, например, измерителя толщины покрытий RICHMETERS GY-910 и при этом осуществление дополнительного контроля высушивания пленки до постоянной толщины →

→ измерение площади пятна, образовавшегося при растекании и высушивании стандартного количества лака, с помощью любого из многочисленных способов измерения площадей, например, с помощью палетки →

→ подсчет количества сухого вещества в пленке, перемножением площади пленки на ее толщину →

→ подсчет концентрации растворенного янтаря в лаке с учетом количества сухого вещества в 1 мл растекшегося лака →

→ оценка растворимости янтаря в виде порошка с частицами микронных размеров в конкретном растворителе на основании полученных данных (концентрации янтаря в лаке и начального соотношения янтаря и растворителя).

Изобретение поясняется примерами, не носящими, однако, ограничивающего характера.

Пример 1.

Отходы механической обработки янтаря и мелкую, непригодную для ювелирной обработки фракцию янтаря очищают от окисной пленки промывкой в водном растворе, NaCl и лимонной кислоты в поле ультразвука с плотностью мощности 5 Вт/см³ в течение 5-10 минут; ополаскивают чистой водой, сушат, измельчают янтарь на планетарной мельнице до частиц размером 2,5±3 мкм, суспендируют измельченный янтарь в этаноле в соотношении 1:5, подвергают при комнатной температуре действию ультразвука с частотой 22 кГц в течение 20 минут, и плотностью мощности 5 Вт/см³, растворяют янтарь, измельченный и суспендированный, в этаноле в течение 4 часов при температуре его кипения 78,4°С, после чего остужают, удаляют посторонние и не растворившиеся частицы янтаря фильтрованием.

Приготовленный лак оценивают по концентрации растворенного в этаноле янтаря, для чего, 1 мл лака выливают на чистую, плоскую, горизонтальную поверхность подогретой до 30°С алюминиевой пластины, толщиной в 1 мм, высушивают, измеряют толщину образовавшейся пленки с помощью толщиномера Richmeters GY-910, ее площадь методом наложения палетки и, на основании полученных данных, вычисляли концентрацию янтаря в растворе.

Пример 2.

Отходы механической обработки янтаря и мелкую, непригодную для ювелирной обработки фракцию янтаря очищают от окисной пленки промывкой в водном растворе, NaCl и лимонной кислоты в поле ультразвука с плотностью мощности 5 Вт/см³ в течение 5-10 минут; ополаскивают чистой водой, сушат, измельчают янтарь на планетарной мельнице до частиц размером 2,5±3 мкм, суспендируют измельченный янтарь в ацетоне в соотношении 1:5, подвергают при комнатной температуре действию ультразвука с частотой 22 кГц в течение 20 минут, и плотностью мощности 5 Вт/см³, растворяют янтарь, измельченный и суспендированный, в ацетона в течение 4 часов при температуре его кипения 56,2°С, после чего остужают, удаляют посторонние и не растворившиеся частицы янтаря фильтрованием.

Приготовленный лак оценивают по концентрации растворенного в ацетоне янтаря, для чего, 1 мл лака выливают на чистую, плоскую, горизонтальную поверхность подогретой до 30°С алюминиевой пластины, толщиной в 1 мм, высушивают, измеряют толщину образовавшейся пленки с помощью толщиномера Richmeters GY-910 и ее площадь методом наложения палетки, после чего на основании полученных данных, вычисляют концентрацию янтаря в растворе.

Пример 3: Отходы механической обработки янтаря и/или мелкую, непригодную для ювелирной обработки фракцию янтаря очищают от окисной пленки промывкой в водном растворе, NaCl и лимонной кислоты в поле ультразвука с плотностью мощности 5 Вт/см³ в течение 5-10 минут; ополаскивают чистой водой, сушат, измельчают янтарь на планетарной мельнице до частиц размером 2,5±3 мкм, суспендируют измельченный янтаря в скипидаре в соотношении 1:5, подвергают при комнатной температуре действию ультразвука с частотой 22 кГц в течение 30 минут, и плотностью мощности 8 Вт/см³, растворяют янтарь, измельченный и суспендированный в скипидаре в течение 6 часов при температуре его кипения 161°С, после чего остужают, удаляют посторонние и не растворившиеся частицы янтаря фильтрованием.

Приготовленный лак оценивают по концентрации растворенного в скипидаре янтаря, для чего, 1 мл лака выливают на чистую, плоскую, горизонтальную поверхность подогретой до 30°С алюминиевой пластины, толщиной в 1 мм, высушивают, измеряют толщину образовавшейся пленки с помощью толщиномера Richmeters GY-910 и ее площадь методом наложения палетки, после чего на основании полученных данных, вычисляют концентрацию янтаря в растворе.

Пример 4: Отходы механической обработки янтаря и мелкую, непригодную для ювелирной обработки фракцию янтаря очищают от окисной пленки промывкой в водном растворе, NaCl и лимонной кислоты в поле ультразвука с плотностью мощности 5 Вт/см³ в течение 5-10 минут; ополаскивают чистой водой, сушат, измельчают янтарь на планетарной мельнице до частиц размером 2,5±3 мкм, суспендируют измельченный янтарь в уайт-спирите в соотношении 1:5, подвергают при температуре 40°С действию ультразвука с частотой 22 кГц в течение 30 минут, и плотностью мощности 5 Вт/см³, растворяют янтарь, измельченный и суспендированный в уайт-спирите в течение 6 часов при температуре его кипения 165°С, после чего остужают и удаляют посторонние и не растворившиеся частицы янтаря фильтрованием.

Приготовленный лак оценивают по концентрации растворенного в уайт-спирите янтаря, для чего, 1 мл лака выливают на чистую, плоскую, горизонтальную поверхность подогретой до 30°С алюминиевой пластины, толщиной 1 мм, высушивают, измеряют толщину образовавшейся пленки с помощью толщиномера Richmeters GY-910 и ее площадь методом наложения палетки, после чего на основании полученных данных, вычисляют концентрацию янтаря в растворе.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого изобретения обеспечивает достижение указанного результата.

Использование предложенного изобретения позволяет сократить время получения готового продукта - янтарного лака с высоким содержанием янтаря.

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку применение ультразвука позволяет обеспечить предобработку янтаря, ускоряя его набухание, снизить его потери, а применение обратного холодильника дает возможность избежать потери растворителя, снизить контакт обрабатываемого раствора с кислородом воздуха, а, следовательно, предотвратить его окисление и изменение цвета, обеспечить максимально возможное повышение температуры растворения янтаря в конкретном растворителе, поддерживая при этом постоянную температуру растворения, равную температуре кипения растворителя, предотвратить перегрев суспензии янтаря в растворителе.

Реферат

Изобретение относится к способу приготовления янтарных лаков, широко используемых в живописи, а также для защиты различных поверхностей от микроорганизмов и биокоррозии. Способ включает очистку янтаря от окисной корки, измельчение янтаря до размеров 0,5-5 мкм. Суспендированный в растворителе янтарь подвергают обработке ультразвуком с частотой 22-44 кГц, после чего проводят его растворение при температуре кипения используемого растворителя в емкости с обратным холодильником. В качестве растворителя используют этанол, ацетон, уайт-спирит, скипидар. Изобретение обеспечивает получение янтарного лака с высокой концентрацией в нем янтаря, составляющей 59-73%, при сокращении времени получения целевого продукта до 4-6 часов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Формула