Связующее

 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для создания связующих фосфатных материалов. Фосфатные материалы используются в качестве покрытий, например, для декоративных и защитных покрытий на бетоне, кирпиче, металле, древесине и др. Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в снижении температуры отверждения до комнатной, увеличении прочности и водостойкости покрытий с данным связующим. Связующее содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: P₂O₅-31-36,2, Al₂O₅-4-6, Cr₂O₃-6-9, MgO-0,2-1,0, вода - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для создания связующих фосфатных материалов, в том числе покрытий, например, для декоративных и защитных покрытий на бетоне, кирпиче, металле, древесине и др.

Известно связующее, включающее гидрат окиси алюминия, продукт переработки боратовой руды и ортофосфорную кислоту (aвт. cв. ССР N 1263672, кл. C 04 B 28/34, 1986 г. БИ N 38). Данное связующее позволяет получить покрытия с малой пористостью.

Однако данное связующее обладает рядом недостатков: низкая стабильность при хранении, покрытия на химической основе требуют термической обработки при температуре 120^oC.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является связующее, включающее фосфорную кислоту, гидрат окиси алюминия, борную кислоту, силикат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фосфорная кислота - 47-49,7 Гидрат окиси алюминия - 3,1-4,6 Борная кислота - 0,2-1,0 Силикат натрия - 1,5-2,0 Вода - Oстальное (aвт. cв. СССР N 1509344, кл. C 04 B 12/02, 1989 г., Б.И. N 35).

Применение известного связующего позволяет сократить время отверждения прессовочных масс, а покрытия с данным связующим обладают хорошими адгезионными характеристиками.

Однако известное связующее имеет недостатки: покрытия на его основе требуют дополнительной термической обработки при температуре 120^oC, обладают недостаточной прочностью и водостойкостью.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в водостойкости покрытий с данным связующим.

Для достижения технического результата связующее, включающее фосфорную кислоту, алюминийсодержащий компонент и воду, в качестве алюминийсодержащего компонента содержит оксид алюминия и дополнительно оксид хрома и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: P₂O₅ - 31-36,2 Al₂O₃ - 4-6 Cr₂O₃ - 6-9
MgO - 0,2-1,0
Вода - Oстальное
Содержание в составе связующего оксида хрома (Cr₂O₃) обуславливает образование надмолекулярных структур, предшествующее микрорасслаиванию, т.е. переход от молекулярно-дисперсного к структурированному раствору происходит в процессе формирования покрытий на основе связующего.

Молекулярно-дисперсная структура связующего обеспечивает его высокую устойчивость к разбавлению, а структурирование раствора неорганического полимера при формировании покрытий обеспечивает их низкую смываемость и возможность отверждения без нагревания.

При введении в состав связующего оксида магния (MgO) происходит его взаимодействие с фосфорной кислотой с образованием центров кристаллизации, способствующих более быстрому отверждению.

Состав и количество компонентов выбрано на основании многочисленных экспериментов.

Фосфорная кислота является основой связующего и вводится в виде фосфорной кислоты H₃PO₄.

При введении в состав связующего фосфорной кислоты более 36,2 мас.% снижается вязкость, что может привести к снижению активности связующего.

При введении в состав связующего фосфорной кислоты менее 31 мас.% ухудшаются адгезионные характеристики связующего и увеличивается вязкость.

Оксид алюминия (Al₂O₃) вводится в состав связующего для улучшения вязкости и адгезионных характеристик.

При наличии в составе связующего оксида алюминия менее 4 мас.% наблюдается снижение адгезионных характеристик.

При увеличении в составе связующего алюминия более 6 мас.% увеличивается вязкость связующего и снижается водостойкость покрытия на его основе.

При наличии в составе связующего оксида хрома менее 6 мас.% увеличивается температура отверждения и снижается водостойкость покрытий на основе связующего.

Введение в состав связующего оксида хрома в количестве более 9 мас.% приводит к снижению адгезионных характеристик.

При введении в состав связующего оксида магния менее 0,2 мас.% снижается схватываемость связующего, более 1,0 мас.% - происходит быстрое затвердение и охрупчивание связующего.

Связующее получают следующим образом.

Перед началом синтеза готовят раствор фосфорной кислоты H₃PO₄ с концентрацией 62,3%. Полученный раствор фосфорной кислоты в количестве 79,8 г выливают в реактор, снабженный обратным холодильником, и добавляют порциями порошкообразный хромовый ангидрид (CrO₃) в количестве 107,9 г, после чего проводят растворение его при комнатной температуре до образования прозрачного светло-оранжевого гомогенного раствора.

Полученный раствор нагревают до температуры 40^oC и порциями при постоянном перемешивании засыпают гидроксид алюминия Al(OH)₃ в количестве 84,1 г. При этом необходимо медленно поднимать температуру до 90^oC до образования раствора темно-оранжевого цвета, прозрачного, без осадка.

После этого раствор охлаждают до температуры 45^oC и добавляют малыми порциями 39 мл водного раствора формалина CH₂O 37%-ной концентрации.

При этом температуру смеси держат постоянной, охлаждая реактор водой, т. к. восстановление шестивалентного хрома в трехвалентный является экзотермической реакцией.

При завершении стадии восстановления Cr⁶⁺ смесь медленно доводят до температуры ее кипения, составляющей 104^oC. При этом происходит удаления углекислого газа, образовавшегося при окислении формалина.

При температуре 104^oC смесь выдерживают 30 мин для полного удаления углекислого газа.

Затем смесь охлаждают до 30^oC и выливают готовое связующее в кислотостойкую герметичную емкость.

Срок хранения этой смеси достигает 5 лет.

Для достижения необходимых характеристик связующего, а именно снижения времени отверждения и быстрой схватываемости состава со связующим вводят оксид магния за 2 ч до непосредственного введения связующего в сырьевую смесь материалов.

В результате получают связующее следующего состава в пересчете на соответствующие окислы, мас.%:
P₂O₅ - 36,2
Al₂O₃ - 5,5
Cr₂O₃ - 8,3
MgO - 0,6
Вода - остальное
В табл. 1 представлены примеры составов связующих в заявленных пределах, примеры составов, выходящих за заявленные пределы, а также достигаемый технический результат покрытий на основе связующего по сравнению с прототипом.

В табл. 2 представлены свойства связующего и сравнение с прототипом.

Формула изобретения

Связующее, включающее фосфорную кислоту, алюминийсодержащий компонент и воду, отличающееся тем, что оно содержит в качестве алюминийсодержащего компонента оксид алюминия и дополнительно оксид хрома и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
P₂O₅ - 31 - 36,2
Al₂O₃ - 4 - 6
Cr₂O₃ - 6 - 9
MgO - 0,2 - 1,0
Вода - Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2