Фосфатная композиция и ее применение

1 Область техники, к которой относится описание Изобретение относится к таким областям,как медицина, ветеринария, сельское хозяйство и строительство. Изобретение относится к холоднотвердеющим водным растворам, которые известны как минеральные связующие вещества или вяжущие вещества, синтезированные действием орто-, пиро-, три-, поли- или какой-нибудь другой фосфорной кислоты на окисле, фосфате или на металле. Их можно применить в медицине: в хирургии, дерматологии, стоматологии,онкологии, фармакологии и др. областях. В сельском хозяйстве (их можно применить) в качестве средств против заболеваний растений; в ветеринарии - в качестве средств для лечения и профилактики болезней животных; в строительстве - в качестве антикоррозионных, огнестойких, декоративных, гидро- и электроизоляционных покрытий керамических плит, бетонных изделий, защищающих от радиации, а также для изготовления других композиционных материалов. Предшествующий уровень техники Хорошо известны примеры фосфатных клеев, содержащих цинк и алюминий, и фосфатных клеев, содержащих алюминий и магний,которые применяются как в стоматологии в качестве средства для получения пломбировочных цементов, так и в строительстве - в качестве средства для создания огнестойких покрытий(Копеин В.А. "Материалы на основе металлофосфатов". Москва, "Химия", 1976, с. 50-54; Корбридж Д. "Фосфор". Москва, 1982, с. 130141) с помощью термической обработки. Кальцийфосфатное связующее применяется при производстве зубных паст, оно может служить в качестве ингридиента корма для скота, в строительстве оно может быть использовано для изготовления антикоррозионных и огнестойких покрытий, полученных термической обработкой(Копеин В.А. "Материалы на основе металлофосфатов". Москва, "Химия", 1976, с. 50-54; Корбридж Д. "Фосфор". Москва, 1982, с. 130141). Известно также фосфатное связующее, которое содержит полифосфат железа, полифосфорную кислоту и воду (Авторское свидетельство СССР 968005, 1992). Его получают добавлением Fе 2O3 в ортофосфорную кислоту и последующим кипячением, в ходе которого происходит выпаривание воды и поликонденсация с получением железа и триполифосфатов. Полученное таким образом фосфатное связующее применяется для создания огнестойких материалов с помощью термической обработки. Выбранным прототипом предложенного изобретения является фосфатная композиция: связующее (Авторское свидетельство СССР 1564281, 1991), которое содержит раствор оксида железа в полифосфатной кислоте, воду и дополнительно высокомолекулярный полисахарид 2 или его производное при следующем соотношении компонентов, маc. ч.: полифосфорная кислота - 100, оксид железа - 36-53, высокомолекулярный полисахарид или его производное 0,5-3,5, вода - 15-30. Недостатком композиции является высокая себестоимость из-за (I) неэффективного использования полифосфорной кислоты и электрической (тепловой) энергии; (II) токсичность раствора из-за распада полисахарида в процессе кипения в кислой среде и выделения вредных растворимых и газообразных веществ; (III) необходимость термической (тепловой) обработки для твердения материалов на основе полифосфорных связующих. Широко известна фосфатная композиция в виде водного раствора. Она содержит 200-500 г 55%-ной фосфорной кислоты, 5-10 г металлического железа, 6-12 г металлического цинка, 3-7 г металлического марганца и воду (Сичев М.М. Неорганические клеи. Ленинград, "Химия",1996, с. 117-125). Малое содержание железа в данной композиции вызвано малой растворимостью металлического железа. При этом высокое содержание металлического Zn и Мn относительно повышает токсичность водного раствора. Сущность изобретения В предлагаемом изобретении снижение себестоимости, токсичности и периода холодного отверждения фосфатной композиции достигается за счет исключения из состава композиции полифосфорной кислоты и полисахарида, а также за счет исключения использования электрической (тепловой) энергии из технологического процесса. В предлагаемом изобретении замена неэффективной дорогостоящей полифосфорной кислоты ортофосфорной кислотой вызывает снижение себестоимости композиции и увеличение способности холодного отверждения. Синтез протекает без подачи электрической (тепловой) энергии из внешних источников, а за счет протекания экзотермической реакции в реакционной зоне, что также снижает себестоимость композиции. Изъятие из состава согласно изобретению полисахарида снижает уровень токсичности композиции. Синтез фосфатной композиции проводят по следующей методике: в ортофосфорную кислоту, в пересчете на 100%-ную, добавляют при непрерывном перемешивании воду, порошкообразный оксид железа и порошок какого-нибудь металла, например, алюминия, для поддерживания в реакционной зоне температурного режима и для нейтрализации избыточной кислотности при следующем соотношении компонентов, маc. ч.: Ортофосфорная кислота 100 Оксид железа 20-41 Порошок металла 0,5-2,5 Вода 30-70 Молярное соотношеие ионов фосфата к ионам железа 2-4 3 Выделенное экзотермической реакцией тепло (40-50 С) достаточно для растворения оксида железа и металлического порошка, которое требует выдерживания массы в течение 2-х часов. В конце реакции получается прозрачная вязкая жидкость коричневого цвета с плотностью 1,50 г/м 3, с отношением ионов фосфата к ионам железа 2,0-4,0. Раствор стабилен примерно в течение 2-х лет. Внесение в реакционную смесь избытка оксида железа больше 41 маc. ч. вызывает разложение и затвердевание раствора, а меньше 41 маc. ч. - уменьшение способности к холодному твердению. Замена порошка алюминия любым другим металлическим порошком, например Fe, Ca, Mg,Zn, Co, Ni, Y, Sc и др., приводит к изменению свойств композиции, а именно или к увеличению, или к уменьшению способности холодного твердения. Внесение в реакционную зону металлического порошка в количестве более 2,5 маc. ч. вызывает повышение температуры до 120-130 С и приводит к слипанию растворенных частиц, и ортофосфатный анион будет превращаться в полифосфат. При внесении металлического порошка в количестве менее 0,5 маc.ч. температура в реакционной зоне не меняется, и процесс растворения происходит медленно, в течение нескольких дней. Добавление воды в реакционную зону больше или меньше допустимого количества вызывает нарушение температурного режима. Примеры конкретных составов железофосфатного раствора и их свойств приведены в таблицах 1, 2. Предлагаемая фосфатная композиция, в отличие от ее прототипа и ее аналогов отличается бактерицидными и вирусоцидными, и фунгицидными свойствами. По литературным данным (Корбридж Д. "Фосфор". Москва, 1982, с. 130-141) среди фосфатных смесей (примесей) только фосфат меди обладает антимикробными свойствами, и при производстве фунгицидов его рекомендуется использовать. Предварительное клиническое исследование фосфатной композиции по предложенному изобретению проводилось в экспериментальной и клинической научной лаборатории при Государственном медицинском университете, в Институте гигиены труда и профболезней Министерства здравоохранения Грузии, в Научном центре особо опасных инфекций Института санитарии и гигиены. Исследование показало, что фосфатная композиция в водных растворах убивает микробы чумы, псевдотурбекулеза, сальмонеллы, кишечную палочку, дизентерийную палочку, золотого стафилоккока, вирусы гриппа, гепатита, лихорадки западного Нила, онковирусы (таблицы 3, 4). Обработанные раствором приборы, помещения, одежда, лабораторная 4 посуда, выделения больных становятся стерильными через 1-5 мин. Что касается токсичности, то хорошо известно, что неорганические соединения пятивалентного фосфора - одни из безвредных соединений, известных человеку. Кроме того, организм абсорбирует фосфор в орто-форме, и анион РО 43- считается одним из наиболее важных компонентов "физиологически" живого организма, который регулирует буферную НРО 42-/ Н 2 РО 4- систему крови. Результаты токсилогического, фармакологического, гистологического, патофизиологического, бактериологического, физиологического,биохимического, неврологического, иммунологического исследования, фосфатной композиции показали, что раствор не меняет параметры сердечно-сосудистой и дыхательной системы,не меняет функции почек и печени, не влияет на периферические показатели крови и на имунную систему, не вызывает изменения в клетках. Отсутствуют признаки аллергических реакций. Раствор выполняет дезодорирующие функции,устраняя неприятные запахи. Как сама фосфатная композиция, так и процессы ее производства считаются экологически безопасными. Вышеупомянутые исследования показали,что раствор не является ни токсичным, ни канцерогенным, и его можно использовать как для наружного, так и внутреннего применения. Фосфатная композиция может служить в качестве:(I) дезинфицирующего средства в медицине и различных других областях (ветеринарии,сельском хозяйстве и т.д.);(II) средства для нейтрализации помещений, инвентаря, белья, фикальных масс при проведении текущих и окончательных дезинфекций во время бактериальных и вирусных инфекций;(III) средства для обработки предметов, зараженных бактериями и вирусами, и предметов,заражение которых вероятно;(IV) средства для очистки промышленных,питьевых вод и фекальных вод. В таблице 5 приведено количество вещества и время, необходимые для дезинфекции различных объектов. Клинические исследования фосфатной композиции проводились в республиканской больнице, в Центре лечения сепсиса и ожогов, в Институте урологии и кожной больнице. Они показали, что водные растворы фосфатной композиции отличаются сильно выраженными (по сравнению с фурацилином) противогнойновоспалительными свойствами, ранозаживляющими,аналгетическими, противогрибковыми, дезодорными свойствами. Таким образом, раствор может служить в качестве антисептика для обработки и лечения ран, кожных повреждений ожогов, гнойных дерматитов, трофических язв,пролежней, трещин и др. Фосфатная композиция в лечебных целях применяется для лечения: 5 цистита, нефрита, гастрита, колита, холецестита, вагинита, эрозии, язв, конъюктивита, кератита, гингивита, ангины, тонзилита, фарингита,дерматита, экземы, псориаза, геморроя, ожоговых, гнойных и гангренозных ран, рожистого воспаления, трофических язв, потливости, опухолей, онкологических заболеваний и др. Водные растворы фосфатной композиции применяются в ветеринарии для лечения микробных, вирусных и грибковых заболеваний животных, какими являются бруцеллез, сибирская язва, туляремия, чума. В практике, в лечебных целях, железо может применяться только в его органических соединениях для лечения анемии. Среди них есть фосфорсодержащие органические соединения,такие как не растворимый в воде глицерофосфат железа и фитоферролактол. Оба соединения малоэффективны. Для эффективного применения фосфатной композиции в лечебных целях целесообразно на ее основе изготовить ряд препаратов разного назначения в виде порошков, таблеток, свечей,мазей и ампул. Фосфатная композиция, вследствие ее противомикробных и фунгицидных свойств, может применяться в сельском и лесном хозяйствах для борьбы против вредителей растений (винограда, зерновых, цитрусовых, овощей, фруктов) и для лечения микробных, вирусных и грибковых заболеваний. По литературным данным фосфатные композиции применяются для создания строительных материалов, которые изготавливают путем нагрева композиции до температуры свыше 300 С. К этим материалам относятся следующие: огнестойкие, теплоизоляционные, антикоррозийные и декоративные покрытия, огнестойкие бетоны и керамические изделия, клеи и др. Согласно изобретению предусмотрено использование фосфатной композиции с холодным твердением без термообработки. 1. Огнестойкое - огнезащитное покрытие представляет собой прозрачный водный раствор фосфатной композиции, без цвета и запаха, с плотностью 1,15-1,10. Основное назначение раствора - покрыть поверхности строительных материалов - дерева,металла, бетона, а также тканей и бумаги с целью повышения их огнестойкости. Обработку материала можно производить путем разбрызгивания, нанесения и пропитки. Расход раствора- 0,2 л на 1 м 2 (или 1 л на 5 м 2). После обработки поверхность материала должна высохнуть при комнатной температуре и сухом окружающем воздухе в течение 24-х часов. Раствор не повреждает поверхность материала, не изменяет цвет и качество обрабатываемого материала. После обработки плотность дерева повышается на 20-30%. 6 Раствор не токсичный и не канцерогенный. Он отличается огнестойкостью и невоспламеняемостью. Раствором можно обрабатывать жилые помещения и места скопления людей. Процесс его производства экологически безопасен. Раствор хранится в закрытой пластмассовой или стеклянной посуде. После употребления посуда моется водой. Раствор хранится в течение 3-х лет. Огнеустойчивость фосфатной композиции изучена в противопожарной научной лаборатории при Министерстве внутренних дел. Установлено, что обработанные раствором деревянные, текстильные, бумажные и металлические материалы и краски на их поверхности выдержали испытания по Государственному стандарту, и, таким образом, их можно отнести к группе негорючих материалов. 2. Антикоррозийный композиционный раствор. Вышеуказанный раствор применяется для удаления ржавчины с поверхности металла без предварительной механической обработки и для защиты его от дальнейшего ржавления. Он представляет собой композиционный водный раствор без цвета и запаха. Его плотность составляет 1,4-1,5. Раствор наносится на ржавую поверхность металла кистью или распылителем. После нанесения его с поверхности металла снимается ржавчина и образуется защитное покрытие, которое в дальнейшем можно покрыть любой краской или этим же раствором, смешанным с пигментом. Антикоррозионное покрытие, толщина которого 80-90 мкм, характеризуется высокой адгезией к металлу (70-90 кг/см 2), механической прочностью (5 106 Па), стойкостью к изменениям температуры ( от -20 С до 500 С) независимо от изменений климатических условий. Покрытие огнестойкое. Раствор не токсичный, его производство экологически чистое. Раствор огнестойкий и взрывобезопасный. Расход раствора - 0,25 л на 4 м 2 поверхности. Раствор хранится в закрытой пластмассовой или стеклянной посуде при комнатной температуре в течение 4-5 лет. Инструменты и посуда после употребления могут быть промыты водой. 3. Фосфатная краска. Вышеуказанная краска применяется для окраски бетонных и кирпичных зданий, деревянных изделий и бумаги. Краска отличается высокой декоративностью, независимо от изменений климатических факторов и хорошей прилипаемостью к поверхности. Посредством добавления различных пигментов можно получать покрытия с желаемой фактурой и цветовой гаммой. Краску наносят на загрунтованную поверхность. Грунт готовят путем растворения той же краски в воде в определенном соотношении. Расход краски - 0,4 - 0,5 кг на 1 м 2. Краска хранится в стеклянной или пластмассовой посуде. Срок хранения - 2-3 года. После употребления посуда и инструменты промываются водой. Краска не токсична. Она не имеет запаха. Ее производство экологически чисто. Краска огнестойка и недорога. 4. Фосфатная композиция для упрочнения пористых минеральных тел. Вышеуказанная композиция представляет собой 10-20%-ный водный раствор, без цвета и без запаха. Плотность его составляет 1,05 - 1,1. Он отличается высокой адгезивной способностью к ряду неорганических материалов. Он отверждается при любой температуре и приобретает влагостойкость, жаропрочность (до 1000 С), фотохимическую стабильность, механическую прочность. Раствор не токсичный. Его производство экологически безопасно. 8 Защитное покрытие наносят на пористые алюмосиликаты и материалы (песчаники, туфопесчаники, бетон, кирпич и др.) кистью или путем распыления несколько раз. После двухкратного нанесения пористость уменьшается на 2030%, а прочность при сжатии увеличивается на 100-200%. Коэффициент термического расширения обработанного камня (каменного блока) равен нулю. 5. Для получения керамических материалов на основе фосфатной композиции в раствор добавляют отходы производства или отходы переработки сырьевых материалов. Материалы получают литьем или прессованием без термической обработки. Материалы отличаются высокой механической прочностью (твердостью) (60 МПа),термостойкостью до 2000 С, инертностью к агрессивным средам и климатическим изменениям, диэлектрическими свойствами. Форма,цвет и фактура могут быть изменены по желанию. Таблица 1 МеталличеОтношение 100%-ная Орто- Оксид Прифосфорная ки- железа, ский порошок, Вода, кг фосфата к мер кг иону железа кг слота 1 100 28 Таблица 2 Твердение композиционных материалов Термической обработкой При комнат.температуре При комнат.температуре Термической обработкой При комнат.температуре При комнат.температуре При комнат.температуре При комнат.температуре Термической обработкой Микробы Чума EV Псевдотуберкулез Кишечный иерсиниоз Салмонеллы Клебсиелы Вибрионы (холеры) Дизентерия Кишечные палочки Золотистый стафилококк Сибирская язва Бруцеллеза Таблица 3 Длительность воздействия 3 мин Длительность воздействия 5 мин Контроль Концентрация раствора 0,1 0,2 0,3 0,5 1 2 0,1 0,2 0,3 0,5 1 2 Таблица 4 Длительность воздействия 3 мин Длительность воздействия 5 мин Концентрация раствора 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 Западнонильская лихорадка + Грипп Объект Помещение и твердый инвентарь Унитаз, бак, ванна, веник Жидкие выделения: моча и др. Окна, столы, мебель Белье, халаты, маски, перчатки, резиновые ботинки, посуда больного Лаб. посуда, фарфор, стекло, металл Руки и другие открытые части тела Инструменты после вскрытия Помещение вивариума Количество раствора 500 мл/м 2 500 мл/м 2 В два раза больше 300 мл/м 2 Таблица 6. Сравнение дезинфекционного раствора "Наргосепт" с другими дезинфектантами, содержащими соединения хлора, фенола и аммония хлористого (хлорид аммония) Свойства Хлористые препа- Фенол Аммоний хлори- Наргосепт раты стый 1.Токсичность Да Да Да Нет 2.Канцерогенность Да Да Да Нет 3.Аллергичность Да Да Да Нет 4.Запах Резкий Специфический Да Без запаха запах 5.Стойкость Нестойкий,Летучий Летучий Устойчив в течелетучий ние 5-6 лет 6.Воздействие на слизи- Вызывает сильное Острое воспаление Воспаление,Не влияет стую оболочку раздражение ожоги 7.Воздействие на кожу Вызывает ожоги, Острое воспалеКраснота,Не влияет дерматит ние, некроз ожоги Раздражает, вызывает конъюктивит 9.Воздействие на дыха- Раздражает, вызытельные пути вает ларингит,фарингит 10.Воздействие на ЦНС Головокружение,тошнота, потеря ориентации 11.Отравление Острое отравление 12.Бактерицидное и ви- Да, в течение 10 русоцидное мин 13.Изменения в крови Вызывает лейкоцитоз 14.Воздействие на легкие Вызывает воспаление 15.Воздействие на почки Нефротоксичен в сильной степени 16. Применение в быту, в Не допускается больницах, в школах и др.организациях Раздражает, вызы- Раздражает вает конъюктивит Раздражает, вызы- Раздражает вает ларингит,фарингит Вызывает паралич Да ЦНС Не влияет Не влияет Не влияет Да, вызывает вос- Не влияет паление Нефротоксичен Не влияет С предосторожно- Можно безопасно стью использовать Прочность на сжатие Состав композиции, маc. % Железофосфатная композиция Андезит-70 Железофосфатная композиция Андезит-70 Каолин-10 Железофосфатная композиция Андезит-80 Железофосфатная композиция Андезит-80 (нагрев до 400 С) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Фосфатная композиция, содержащая фосфорную кислоту, железо, металлический порошок, например порошок Zn или Мn, отличающаяся тем, что она содержит железо в виде оксида железа и металлический порошок в виде порошка любого металла, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. %: Ортофосфорная кислота 100 Оксид железа 20-41 Порошок металла 0,5-2,5 Вода 30-70 2. Применение фосфатной композиции по п.1 в качестве дезинфицирующего средства в продуктах, применяемых в медицине и ветери 14 нарии, и имеющих специфические антимикробные, антивирусные и фунгицидные свойства. 3. Применение фосфатной композиции по п.1 в фармакологии для создания препаратов против воспалительных процессов и грибковых заболеваний. 4. Применение фосфатной композиции по п.1 в сельском хозяйстве в качестве средства против грибковых и микробных заболеваний растений. 5. Применение фосфатной композиции по п.1 в строительстве в качестве адгезивного связующего холодного твердения для получения огнестойких, антикоррозийных, декоративных,гидро- и электроизоляционных, противорадиационных покрытий без термической обработки.