СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО Российский патент 1995 года по МПК C04B12/02 

Изобретение относится к производству фосфорсодержащих соединений, а именно к получению фосфатных связующих, используемых для изготовления высокопрочных жаростойких композитов с низкой температурой отверждения.

Известен способ получения фосфатного связующего для огнеупорных изделий путем нейтрализации фосфатной кислоты гидроксидом магния при молярном соотношении Mg(OH)₂ H₃РO₄ 1 (10-20) в течение 30 мин при 100-110^оС, после чего раствор подвергают поликонденсации в течение 30 мин при 200-230^оС до полного удаления воды и образования смолоподобного вещества вязкостью 3,5-4,0 Па ˙ с [1]
Недостатки этого способа высокая температура получения и большая кислотность связующего, которая характеризуется соотношением MgO Р₂O₅ 1 (5-10), а также низкая механическая прочность материалов на основе данного связующего (38,7 МПа).

Известен способ получения фосфатного связующего, используемого для изготовления различных строительных материалов с низкой температурой отверждения, путем перемешивания при нагревании гидроксида алюминия с фосфатной и соляной кислотами при их молярном отношении 1 (0,9-1,1) (1,2-1,6) соответственно [2]
Недостатки этого способа высокая вязкость и сравнительно низкий предкристаллизационный период (126-135 сут) связующего при недостаточной механической прочности материалов (37,9-39,5 МПа) на основе данного связующего.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения связующего для огнеупорных изделий путем перемешивания при 110-130^оС гексагидрата хлорида магния с фосфорной кислотой при молярном соотношении 1 (1,4-1,8). Связующее вязкостью 2,9-4,6 Па ˙ с имеет соотношение Р₂O₅ MgO (0,7-0,9) 1, предкристаллизационный период 8-20 сут и предел прочности при сжатии материалов на его основе 42,4-52,1 МПа [3]
Недостатки этого способа высокая вязкость и малый предкристаллизационный период связующего и недостаточно высокая механическая прочность композитов на его основе.

Цель изобретения снижение вязкости, увеличение предкристаллизационного периода связующего и повышение механической прочности композитов на его основе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения фосфатного связующего путем перемешивания магнийсодержащего соединения с фосфорной кислотой при нагревании в качестве магнийсодержащего соединения используют гидроксид-карбонат магния и дополнительно вводят соляную кислоту при молярном соотношении MgCO₃ ˙ Mg(OH)₂ ˙ nH₂O] H₃РO₄ HCl 1 (1,8-2,2) (2,0-2,4), а перемешивание осуществляют без упаривания раствора связующего.

Отличительными признаками заявляемого решения являются применение гидроксида-карбоната магния в качестве магнийсодержащего соединения и дополнительное введение соляной кислоты при молярном соотношении [MgCO₃ Mg(OH)₂˙ ˙nH₂O] H₃РO₄ HCl 1 (1,8-2,2) (2,0-2,4).

При указанных условиях наблюдается максимальная скорость растворения гидроксида-карбоната магния в смеси кислот.

Использование молярного соотношения реагентов, равного [MgCО₃˙Mg(OH)₂˙ ˙nH₂O] H₃PO₄ HCl 1 (1,8-2,2) (2,0-2,4), обусловлено необходимостью полного растворения магнийсодержащего соединения и получения связующего хорошего качества с соотношением Mg P Cl 1 (0,9-1,1) (1-1,2). Температура реакции нейтрализации 20^оС является благоприятной для снижения газовыделения в начальный момент взаимодействия. Степень нагревания реакционной смеси должна быть ограничена температурой кипения раствора связующего 115^оС.

Использование гидроксида-карбоната магния в качестве магнийсодержащего соединения с целью получения фосфатного связующего меньшей вязкости с большим сроком хранения и высокой прочностью композитов на его основе из литературных источников неизвестно и предлагается впервые.

П р и м е р 1. В колбу с мешалкой всыпают 93,7 г MgCO₃ ˙ Mg(OH)₂ ˙ nH₂O с содержанием MgO 43% и медленно при перемешивании приливают смесь 130,3 мл 50% -ной Н₃PO₄ и 93,7 мл 35,4%-ной НCl, что соответствует молярному соотношению [MgCO₃ ˙ Mg(OH)₂˙ nH₂O] H₃PO₄ HCl 1 2 2,2. Затем включают нагрев и перемешивают связующее в течение 30 мин без упаривания при температуре, не превышающей 115^оС. Прозрачное бесцветное связующее с атомным отношением Mg:P Cl 1 1 1,1 имеет плотность 1,39 г/см³, вязкость 0,01 Па ˙ с и перекристаллизационный период более года. Для оценки прочностных свойств из смеси полученного связующего, воды и огнеупорного заполнителя методом отливки готовят образцы размером 20×20×20 мм. Режим сушки и отверждения следующий: скорость подъема температуры 30^оС/ч, продолжительность обработки при максимальной температуре 300^оС 1 ч. Предел прочности при сжатии равен 102,0 МПа. Остальные примеры выполнены аналогично и сведены в таблицу.

В таблице приведен сопоставительный анализ предлагаемого и известного способов получения фосфатного связующего в зависимости от соотношения реагентов и условий синтеза.

Использование запредельных значений реагентов приводит к значительному ухудшению прочностных свойств связующего и уменьшению срока его хранения вследствие неполного растворения магнийсодержащего компонента в реакционной смеси.

Как видно из таблицы, по предлагаемому способу получается фосфатное связующее, обладающее в 100-450 раз меньшей вязкостью и не кристаллизующееся более года, что позволит улучшить условия его сохранения и применения. Срок службы композитов на его основе значительно возрастает, а расход материала снижается за счет увеличения в 1,7-2 раза механической прочности огнеупорных изделий.

Использование: в производстве фосфатных связующих для высокопрочных жаростойких композитов с низкой температурой отверждения. Сущность: способ приготовления фосфатного связующего включает перемешивание при нагревании гидроксида - карбоната магния с фосфорной и соляной кислотой при их молярном соотношении [MgCO₃·Mg(OH)₂·H₂O]:H₃PO₄:HCl=1:(1,8-2,2):(2,0-2,4). Полученное связующее характеризуется плотностью 1,38-1,41 г/см³, вязкостью 0,01 - 0,04 Па с, предкристаллизационным периодом > 365 сут, пределом прочности при сжатии 89,1 - 102,0 МПа. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО путем перемешивания магнийсодержащего соединения с фосфорной кислотой при нагревании, отличающийся тем, что в качестве магнийсодержащего соединения используют гидроксидкарбонат магния и дополнительно вводят соляную кислоту при молярном соотношении [MgCO₃ · Mg(OH)₂ · nH₂O] H₃PO₄ HCl соответственно 1 1,8 2,2 2,0 2,4.