СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КЛЕЯ-СВЯЗКИ Российский патент 2000 года по МПК C09J1/02 

Изобретение относится к способам получения силикатных клеев-связок, применяемых в бытовой химии, строительной индустрии для склеивания бетонных изделий, кирпича, природного камня, мраморных плит, а также для изготовления замазок, мастик, шпатлевок, жаростойких и пористых теплоизоляционных материалов. Оно позволяет эффективно использовать многотоннажные пылевидные отходы производства ферросилиция - аморфного микрокремнезема.

Известен способ получения клея-раствора типа жидкого натриевого стекла, включающий обработку кремнийсодержащих отходов производства ферросилиция раствором едкого натра при температуре 20 - 80^oC. Однако жидкое стекло - это истинный раствор неорганического полимера (Na₂SiO₃), который является клеем, но обладает относительно невысокими клеящими свойствами и, для ускорения процесса отвердения при его использовании, требует специального отвердителя (RU N 2044838, 20.11.92).

Неорганический клей-связка предлагаемого типа занимает промежуточное положение между истинными растворами и коллоидными растворами. В большей степени он приближается к коллоидным из-за наличия в нем некоторого количества дисперсной фазы, выделяющейся в раствор в процессе конденсации (полимеризации) части растворенного вещества в виде золя SiO₂.

Силикатные клеи-связки обычно получают модифицированием жидкого стекла путем введения в него золеобразующих и стабилизирующих добавок, а также на стадии получения клея-связки с процессе растворения кремнийсодержащих материалов (М.М.Сычев. Неорганические клеи, Л., Химия, с. 99).

Например, известен способ активации жидкого стекла, включающий введение активирующей добавки, в качестве которой используют раствор серной кислоты плотностью 1,14 - 1,15 г/см² с последующим перемешиванием до полного растворения образовавшегося геля кремниевой кислоты (RU 2041178, 09.08.95).

Недостатком этого способа является то, что он трехстадиен, так как сначала надо получить силикат-глыбу, затем жидкое стекло, а потом произвести его модифицирование.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ получения силикатного клея-связки путем разварки силикат-глыбы в автоклаве в присутствии высокодисперсной двуокиси кремния, причем последнюю вводят в количестве 0,95 - 2,0 вес. ч. на 100 вес.ч. силикат-глыбы (SU 331080, 07.09.72).

Известный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, он двухстадиен, так как требует предварительного получения силикат-глыбы, во-вторых, он сложен, требует высоких давлений, температур, а также больших затрат электроэнергии.

Цель изобретения - упрощение способа получения клея-связки при снижении трудо- и энергозатрат, а также повышение эксплуатационных характеристик получаемого продукта.

Цель достигается тем, что кремнезем, содержащий аморфный материал, подвергают механохимической обработке в 10 - 17% растворе едкого натра в шаровой мельнице при соотношении Т:Ж = 1:(2,0-3,5), где Т - количество загружаемого аморфного кремнеземсодержащего материала, Ж - раствор едкого натра вышеуказанных концентраций, при температуре 25 - 50^oC и атмосферном давлении в течение 4 - 10 часов.

В качестве кремнеземсодержащего аморфного материала используют пылевидные отходы производства ферросилиция.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:
- кремнеземсодержащий аморфный материал подвергают механохимической обработке в 10 - 17% мас. растворе едкого натра в шаровой мельнице;
- механохимическую активацию проводят при соотношении Т:Ж = (2,0 - 3,5);
- механохимическую обработку проводят при температуре 25 - 50^oC и атмосферном давлении в течение 4 - 10 часов.

Частным отличительным признаком заявляемого технического решения является:
- в качестве кремнеземсодержащего аморфного материала используют пылевидные отходы производства ферросилиция.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие заявляемого технического решения "новизна".

Совокупность существенных отличительных признаков позволяет достичь поставленную цель, а также сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

В качестве кремнеземсодержащего аморфного материала используют пылевидные отходы производства ферросилиция, например, следующего состава (мас. %): SiO₂ = 92,8; CaO = 2,32; MgO = 1,28; Al₂O₃ = 0,94; MnO = 0,28; Fe₂O₃ = 1,82; C = 0,56 и имеющие плотность примерно 0,2 г/см³.

В качестве щелочного компонента используют едкий натр технический. Количество воды дозируют из расчета заданного соотношения между твердой и жидкой фазой приготавливаемой суспензии.

Заявляемый способ иллюстрируется примерами, приведенными в таблице.

Пример 1 (по прототипу)
В автоклав загружают 450 кг силикат-глыбы, 1500 л воды и 9 кг кремнеземсодержащих пылевидных отходов. Смесь нагревают до 120^oC под давлением 2 атм. и выдерживают при этой температуре в течение 8-10 часов до получения раствора с удельным весом 1,17 г/см³. Раствор фильтруют и упаривают до удельного веса 1,45 г/см³, охлаждают и отстаивают до получения прозрачного раствора. По данным РФА (рентгенофазовый анализ) получившийся клей содержит до 15% золя SiO₂.

Пример 2
Согласно заявляемому способу в шаровую мельницу, заполненную на 1/3 стальными шарами, подают 15 л воды, 2,7 кг едкого технического натра и 6 кг пыли-уноса производства ферросилиция. В процессе перемешивания содержимое шаровой мельницы нагревают до 50^oC и подвергают механохимической обработке в течение 8 часов. Получившийся клей-связку сливают в емкость-накопитель. Выход готового продукта 100%.

Все примеры, необходимые для обоснования заявляемого способа, а также свойства клея по прототипу и заявляемому способу приведены в таблице.

По внешнему виду клей представляет собой раствор темно-серого цвета с плотностью 1,3 - 1,45 г/см³ и рН около 10, содержащий в своем составе около 20 - 25% золя SiO₂ и 80% Na₂SO₃ по данным РФА. Он имеет большой срок годности, не требует специального отвердителя. Клеевое соединение сохраняет свои рабочие характеристики при нагреве вплоть до 1400^oC.

Как видно из таблицы, при использовании при приготовлении суспензии щелочи с более низкой концентрацией, при несоблюдении заявляемого соотношения Т:Ж, а также температурных и временных параметров реализации способа получают клей-связку с пониженными характеристиками, то есть с пониженной клеящей способностью.

При длительной механической обработке (пример 10), образуется клей-паста с низкой клеящей способностью из-за высокой вязкости вследствие дилатансии.

При повышении температуры получения клея-связки выше 50^oC не наблюдается улучшения его характеристик, следовательно, нецелесообразно (пример 11).

При повышении содержания раствора, то есть при Т:Ж = 1:4 и выше получаемый клей-связка не стоек (расслаивается при хранении).

При снижении времени реагирования исходных компонентов ниже заявленных пределов, реакция не проходит до конца, продукта не однороден, а при уменьшении концентрации щелочи ниже 10 продукт также не однороден и не стоек.

Таким образом, клей-связку с необходимыми физико-химическими свойствами получают благодаря совокупности заявленных отличительных признаков.

Предлагаемый способ более прост в технологическом и техническом исполнении, не требует высоких температур и давлений, является более эффективным в экономическом и экологическом отношении и позволяет получить конечный продукт с более высокими служебными и эксплуатационными характеристиками.

Описывается способ получения силикатного клея-связки, заключающийся в том, что кремнийсодержащий аморфный материал подвергают механохимической обработке в 10-17 мас.% растворе едкого натра при Т:Ж= 1:(2,5-3,5) в шаровой мельнице при температуре 25-50°С и атмосферном давлении в течение 4-8 ч. Способ позволяет эффективно использовать многотоннажные пылевидные отходы производства ферросилиция - аморфного микро- кремнезема и получать силикатный клей-связку, применяемый в химической и в других видах промышленности для изготовления кислотостойких покрытий, замазок, мастик, в металлургии и теплоэнергетике - при получении жаростойких (плотных и пористых) материалов, в строительной индустрии - для склеивания бетонных изделий, кирпича, природного камня, разного рода отделочных материалов. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения силикатного клея-связки, включающий использование кремнеземсодержащего аморфного материала, отличающийся тем, что кремнеземсодержащий аморфный материал подвергают механохимической обработке в 10 - 17 мас. % растворе едкого натрия в шаровой мельнице при соотношении Т : Ж = 1 : (2,0 - 3,5), где Т - количество загружаемого аморфного кремнеземсодержащего материала, Ж - раствор едкого натрия указанных концентраций, при температуре 25 - 50^oC и атмосферном давлении в течение 4 - 10 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего аморфного материала используют пылевидные отходы производства ферросилиция.