Способ получения силикофосфатной водной композиции

 

Изобретение относится к способам получения водных композиций, в частности водных растворов щелочных фосфатов и силикатов, которые могут быть использованы в качестве связующих, огнестойких красок и т. п. Сущность изобретения: в способе получения силикофосфатной водной композиции путем введения раствора фосфата в раствор щелочного силиката последний получают разваркой силикат - глыбы в водном растворе триэтаноламина или полиакриламида, а смешение полученного раствора щелочного силиката с раствором триполифосфата калия проводят при массовом соотнношении компонентов, приведенном в тексте описания. Для разварки силикат - глыбы применяют 1 - 5% водный раствор триэтаноламина или 0,1 - 0,4% раствор полиакриламида по сухому веществу. Используют силикат - глыбу, имеющую модуль 2,2 - 3,1. В автоклав заливают раствор триэтаноламина или полиакриламида, добавляют силикат - глыбу и проводят ее разводку при 180°С и давлении 6 атм в течении 90 мин. В полученный раствор, охлажденный до 40 - 60°С, вводят раствор триполийфосфата калия и перемешивают 30 мин, поддерживая температуру. На основе силикофосфатной водной композиции готовят покрытие. Характеристика покрытия: эластичность 18 - 20 мм; прочность на изгиб по шкале ШГ-1 без изменений; трещиностойкость - 30 циклов, прочность при ударе - 45 - 52 см. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству водных композиций, в частности водных растворов щелочных фосфатов и силикатов, которые могут быть использованы в качестве связующих, огнестойких красок и т.д.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения водных растворов фосфорсодержащих щелочных силикатов путем смешения растворов щелочных силикатов, имеющих молярное отношение Na₂O: SiO₂=1:1,6-2,4, с растворами калиевых или натриевых солей фосфорной кислоты, предпочтительно гидрофосфата калия, при температуре от комнатной до точки кипения. Недостатком известного способа является получение водной композиции, обладающей низкой стабильностью, особенно при температурах менее 20^оС. Это приводит к изменению ее вязкости, химического состава и потере первоначальных эксплуатационных свойств композиционных материалов на ее основе. Кроме того, материалы на основе данной композиции очень чувствительны к температурным перепадам, т.е. обладают недостаточной пластичностью, трещиностойкостью и т.д.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных свойств силикофосфатной водной композиции за счет повышения трещиностойкости, адгезии к металлу, эластичности изделий и материалов, в состав которых входит заявляемая силикофосфатная водная композиция (СФВК).

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения силикофосфатной водной композиции путем введения раствора фосфата в раствор щелочного силиката последний получают разваркой силикат-глыбы в водном растворе триэтаноламина или полиакриламида, а смешение полученного раствора щелочного силиката с раствором триполифосфата калия проводят при следующем массовом соотношении компонентов (ΣNa₂O+ K₂O):(Σ SiO₂+P₂O₅)=1:1,4-2,2.

Для разварки силикат-глыбы применяют 1-5%-ный водный раствор триэтаноламина или 0,1-0,4%-ный раствор полиакриламида по сухому веществу. Используют силикат-глыбу, имеющую модуль 2,2-3,1 по ГОСТ 13079-81, триэтаноламин ТУ 6-09-2448-72, полиакриламид ТУ 6-01-1049-81.

В результате получают силикофосфатную водную композицию, имеющую следующий компонентный состав, мас. SiO₂ 13,2-22,7; Na₂O 4,85-10,0; K₂O 4,2-10,6; P₂O₅ 3,8-9,4; ПАА 0,05-0,2 или ТЭА 0,5-3,75, плотность 1,44-1,48; вязкость 14,5-18,5 с.

Отличительными признаками изобретения являются применение в качестве раствора щелочного силиката раствора, получаемого в результате разварки силикат-глыбы в водном растворе азотсодержаего органического соединения (ПАА или ТЭА); используемая концентрация водного раствора ПАА, равная 0,1-0,4% и ТЭА, равная 1-5% последовательность стадий получения силикофосфатной водной композиции, т. е. первоначально разварка глыбы в присутствии азотсодержащих органических соединений; далее смешение растворов щелочного силиката и триполифосфата калия; смешение растворов щелочного силиката и триполифосфата калия при массовом соотношении компонентов композиции, равном (Na₂O+K₂O):(SiO₂+P₂O₅)=1: 1,4-2,2.

Введение азотсодержащих органических соединений (ПАА и ТЭА) необходимо и целесообразно только в процессе разварки силикат-глыбы. Введение их на других технологических стадиях получения СФВК недопустимо, поскольку не только ухудшает конечные свойства композиции (срок жизни, адгезию к металлу и дереву, вязкость), но иногда (например, при введении ПАА в раствор триполифосфата калия) препятствует получению СФВК вообще. Азотсодержащие органические соединения при разварке силикат-глыбы взаимодействуют с полисиликатным анионом и координационно-ненасыщенными атомами кремния, изменяя их строение и ориентацию таким образом, что она становится наиболее благоприятной при дальнейшем совмещении силикатной и фосфатной составляющих СФВК, что в конечном итоге приводит к формированию координационных комплексов, обеспечивающих минимум напряжений при формировании вяжущих систем.

Количество вводимой азотсодержащей органической добавки обусловлено возможностью образования комплекса между составляющими композиции и природой добавки. Увеличение количества ПАА выше 0,4% в щелочном силикате приводит к значительному увеличению вязкости конечной композиции, а снижение содержания ПАА менее 0,1% недопустимо, поскольку не обеспечивает необходимое уменьшение величины внутренних напряжений. Проведение разварки силикат-глыбы в растворе ТЭА концентрацией менее 1% нежелательно по вышеприведенной причине, а увеличение концентрации более 5% не дает положительного эффекта по сравнению с достигнутым. Массовое соотношение компонентов композиции, равное (Na₂O+K₂O): (SiO₂+P₂O₅)= 1:1,4-2,2, обусловлено возможностью получения однородной композиции, обладающей сравнительно невысокой вязкостью, хорошими эксплуатационными качествами, большим сроком жизни.

Известна модификация жидкого стекла органическими полимерами с целью улучшения прочностных свойств стекла и придания ему повышенной реакционной способности. Применение же раствора щелочного силиката, полученного разваркой силикат-глыбы в водном растворе полиакриламида или триэтаноламина для приготовления силикофосфатной водной композиции с целью снижения величины внутренних напряжений при формировании вяжущих систем на ее основе и сообщения им высоких адгезионных характеристик, высокой эластичности и трещиностойкости, не известно из литературных источников.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

П р и м е р 1. В автоклав заливают 150 г раствора ПАА концентрации 0,25% по сухому веществу, добавляют 100 г силикат-глыбы, имеющей модуль 2,2 и конц. SiO₂ 68,8 и Na₂O 31,2 и проводят ее разварку при 180^оС и давлении 6 атм. 90 мин. Далее в полученный раствор жидкого стекла, охлажденный до 40-60^оС, вводят при интенсивном перемешивании 250 г 40% раствора триполифосфата калия и продолжают перемешивать еще 30 мин, поддерживая температуру композиции на уровне 40-60^оС. Получают 500 г СФВК, имеющей следующие характеристики: состав (% ): SiO₂ 13,7; Na₂O- 6,25; K₂O-10,6; P₂O₅-9,4. Σ(Na₂O+K₂O): Σ(SiO₂+P₂O₅)=1:1,4; ПАА- 0,125; плотность 1,45 г/см³, вязкость 14,0 с.

Регистрацию величины внутренних напряжений, возникающих при формировании вяжущих систем на основе СФВК, модифицированной ПАА, оценивают по известной методике рентгеновским методом.

В качестве наполнителя используют смесь пяти ингредиентов состава, вермикулит 11; каолин 22; кальций углекислый 11; графит 33; натрий тетраборнокислый (бура) 25.

Твердение образцов осуществляют при комнатной температуре 17-22^оС, соотношение между связующим и наполнителем в вяжущей системе 60 и 40% соответственно.

В табл. 1 приведены условия получения и состав полученной композиции, а также величины относительной деформации системы при твердении.

Последовательность получения СФВК в примерах 2-10 была аналогичной примеру 1, различие состояло в количестве и виде модифицирующей азотсодержащей органической добавки и условиях разварки силикат-глыбы. Составы полученных СФВК и величины относительной деформации вяжущих систем приведены в табл.1.

Как видно из данных табл.1, полученные СФВК с введением азотсодержащих органических модификаторов характеризуются плотностью и вязкостью на уровне прототипа, однако величина возникающих внутренних напряжений при формировании вяжущей системы, выраженная в в 2,5-7 раз ниже по сравнению с композицией по прототипу. Чтобы убедиться в конечном положительном результате такого рода композиций приготовлены образцы огнезащитных покрытий с использованием СФВК согласно изобретению и прототипу и проверены их адгезионные характеристики: эластичность, прочность на удар, трещиностойкость. Результаты сведены в табл.2.

Как видно из данных табл.2, покрытие, приготовленное с использованием СФВК согласно изобретению, обладает высокими эксплуатационными характеристиками, т.е. в 2,5 раза более высокой прочностью при ударе, высокой трещиностойкостью, в 2,5 раза более высокой эластичностью, что позволяет эксплуатировать его в жестких атмосферных и механических нагрузок.

Как видно из примеров 10 и 11 табл.1 и 2, использование жидкого стекла, полученного разваркой силикат-глыбы в присутствии полиакриламида и триэтаноламина, в составе огнезащитного покрытия не обеспечивает высокой трещиностойкости, эластичности, прочности при ударе покрытия.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКОФОСФАТНОЙ ВОДНОЙ КОМПОЗИЦИИ путем смешения раствора калиевой соли фосфорной кислоты с водным раствором щелочного силиката, полученного разваркой силикат-глыбы, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств композиции за счет повышения трещиностойкости, адгезии к металлу и эластичности покрытий на ее основе, разварку силикат-глыбы проводят в водном растворе триэтаноламина или полиакриламида, а смешение раствора щелочного силиката с раствором калиевой соли фосфорной кислоты проводят при массовом соотношении компонентов (Na₂O + K₂O) : (SiO₂ + P₂O₅) = 1 : 1,4 - 2,2, причем в качестве соли фосфорной кислоты используют триполифосфат калия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разварку силикат-глыбы проводят в водном растворе триэтаноламина концентрацией 1 - 5%.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что разварку силикат-глыбы проводят в водном растворе полиакриламида концентрацией 0,1 - 0,4 %.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что используют силикат-глыбу с модулем 2,2 - 3,1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3