BRPI0709354B1

BRPI0709354B1 - Formulação de material com propriedades de cimento

Info

Publication number: BRPI0709354B1
Application number: BRPI0709354-3A
Authority: BR
Inventors: Mintz David; Decker Jens
Original assignee: Stellar Materials, Inc.
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2018-02-06
Also published as: US20070221099A1; EP2001815A2; AR060063A1; EP2001815A4; US7503974B2; ES2428091T3; CA2643650C; WO2007109757A3; WO2007109757A2; AU2007226871A1; EP2001815B1; CA2643650A1; AU2007226871B2; PL2001815T3; MX2008012035A; BRPI0709354A2

Abstract

material com propriedades de cimento e formulação de material com propriedades de cimento. provê-se um material com propriedades de cimento que inclui um componente baseado em fosfato e um componente alcalino-terroso. o componente íon alcalino terroso tem como uma fonte majoritária uma fonte de lons cálcio de hepta-aluminato de dodeca-cálcio, ou aluminato de tricálcio. o óxido de magnésio que foi fundido e triturado até um tamanho menor que 200 mícrons, sozinho ou combinado com a fonte de lons cálcio de aluminato de cálcio também é provida como o componente íon alcalino- terroso. quando o componente baseado em fosfato e o componente ion alcalino-terroso se combinam em proporçõesadequadas obtém-se uma estrutura rígida. provê-se também uma formulação de material com propriedades de cimento tendo uma solução aquosa de fosfato ácido como uma parte e e uma fonte de íons alcalino-terrosos como uma parte a que inclui aluminato de cálcio, óxido de magnésio ou uma combinação dos mesmos. outros aditivos incluem aditivo de fosfato insolúvel melhorador de resistência, um supressor de reação de metal de impureza, agentes de pegajosidade, agentes antiespumantes, e similares.

Description

(54) Título: FORMULAÇÃO DE MATERIAL COM PROPRIEDADES DE CIMENTO (51) Int.CI.: C04B 12/02 (30) Prioridade Unionista: 20/03/2007 US 11/688.410, 22/03/2006 US 60/784.672 (73) Titular(es): STELLAR MATERIALS, INC.

(72) Inventor(es): DAVID MINTZ; JENS DECKER

1/22 “FORMULAÇÃO DE MATERIAL COM PROPRIEDADES DE CIMENTO

Campo da invenção [0001] De modo geral, a presente invenção refere-se a materiais tendo propriedades de cimento e, em particular, aos reagentes de fosfato operativos para formar um agregado com propriedades de cimento tendo processamento superior e/ou propriedades em desempenho como um agregado refratário. Histórico da invenção [0002] Cimentos cerâmicos são misturas de água e óxidos metálicos reativos que reagem para formar uma massa endurecida. Frequentemente usam-se cimentos como adesivos para concreto. O cimento Portland, por exemplo, é uma mistura de água e sílica e óxido de cálcio calcinado que cura para formar fases principais de silicato de dicálcio e silicato de tricálcio. O cimento Portland tem atributos de custo e manuseio atraentes, sofre ainda de inconsistência de propriedades físicas, viscosidade relativamente elevada, e baixas taxas de cura. Como resultado, o cimento Portland não é bem apropriado para bombeamento e aspersão. Além disso, o cimento Portland tem aderência insuficiente num substrato de cimento Portland. Como resultado, quando há uma interrupção na formação de um corpo de cimento Portland, resulta numa descontinuidade estrutural impedindo dessa forma o uso como uma reparação ou revestimento de superfície.

[0003] Materiais com propriedades de cimento baseados em fosfato tratam um número de limitações associadas com cimento Portland e se caracterizam por excelentes propriedades de resistência e dureza e aderência à maioria dos materiais, incluindo cimentos de assentamento, tijolos, metais, madeira, a maioria dos produtos de madeira, e asfalto. Materiais com

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 8/33

2/22 propriedades de cimento baseados em fosfato têm também boa estabilidade química e resistência à compressão, e tenacidade superior às do cimento Portland. Além disso, materiais com propriedades de cimento baseados em fosfato tendem a armar com pequena ou nenhuma porosidade e, portanto podem ser usados para constituir vedações e forma à prova d'água.

[0004] Um material com propriedades de cimento baseados em fosfato tem as características ajustáveis de fixação, manutenção de resistência com o passar do tempo em temperatura operacional, e mudanças dimensionais limitadas como uma função da temperatura. A produção de um material com propriedades de cimento é particularmente problemática quando se usa o material com propriedades de cimento como um refratário. Em material refratário com propriedades de cimento, as altas temperaturas experimentadas servem para melhorar mudanças dimensionais facilitando ainda reações químicas indesejadas que são de pequena consequência em temperatura operacional menor.

[0005] Materiais com propriedades de cimento usando um aglomerante baseado em fosfato para fixar a posição relativa de particulado agregado, embora eficaz na formação de uma variedade de materiais com propriedades de cimento, têm dificuldade comprovada na prática para obter as propriedades teoricamente alcançáveis. No caso de cimentos de aluminato de cálcio, a reação do fosfato com fonte de cálcio produz um aglomerante baseado em fosfato de cálcio. Tipicamente, quando se provê o fosfato reagente, tal como ácido fosfórico, em forma de solução, a cinética e a homogeneidade de íons de cálcio reativos é um fator na determinação de cinética e resistência à deformação de material com propriedades de

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 9/33

3/22 cimento .

[0006] A técnica anterior ensina o uso de monoaluminato de cálcio (CA) e dialuminato de cálcio (CA₂ ou conhecido pelo sinônimo de grossita) como fontes dominantes de íons cálcio para a formação de aglomerante de hidrogeno fosfato de cálcio, detalhado, por exemplo, na patente U.S. n² 5.888.292. A propensão do monoaluminato de cálcio hidratar é um contribuinte significativo para a resistência à deformação de cimentos de fosfato, e a reação desta fonte de cálcio tende a ser lenta. Grossita baseada numa estrutura tetraédrica de tetróxido de alumínio confere a natureza mais refratária no cimento resultante que CA com o custo de ser mais lento para armar e com um resultado mais sensível para inclusões não reagidas no interior do aglomerante. Estas bases de aluminato de cálcio ricas em alumínio como uma fonte de cálcio tende a diminuir a armação de material e incorporar inclusões ricas em alumínio que reduzem a temperatura operacional global de material com propriedades de cimento e resistência de cimento.

[0007] A fim de obter materiais refratários com propriedades de cimento em temperaturas de fusão além de 1093°C (2000°F), frequentemente recorre-se a aglomerantes de fosfato de magnésio produzidos através da reação de óxido de magnésio com um fosfato solúvel ou ácido fosfórico. Um problema associado com a formação de aglomerante de fosfato de magnésio é uma reação muito exotérmica associada com a neutralização de ácido fosfórico pelo óxido de magnésio. Praticamente, reações entre ácido fosfórico e óxido de magnésio resultam em artigos fracos com ajuste de temperatura ambiente e ajuste tempo, as quais são frequentemente muito

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 10/33

4/22 rápidas para manuseio apropriado. Como resultado, o óxido de magnésio combina-se com uma solução de fosfato de alumínio apesar de o custo e as propriedades operacionais favorecessem contrariamente a reação de óxido de magnésio com ácido fosfórico.

[0008] Problemas adicionais associados com cimentos de fosfato incluem transformação de fase de polifosfatos, conhecidos anonimamente como hexafosfatos e/ou metafosfatos, para ortofosfatos. A transformação de fase para ortofosfato resulta numa resistência à compressão na faixa de 538°C (1000°F) a 816°C (1500°F). Como resultado, reduz-se a durabilidade de tais cimentos em fornos que operem nesta faixa de temperatura.

[0009] Cimentos de fosfato também são particularmente suscetíveis a contaminadores metálicos que formam rapidamente fosfatos metálicos. A contaminação metálica está frequentemente associada com a degradação de ferramentas de corte e trituração usadas para processar precursores de material com propriedades de cimento e agregados refratários que são parte da formulação.

[0010] A reação de metal com ácido fosfórico libera, inevitavelmente, subprodutos gasosos que ou são retidos nos vazios dentro do material com propriedades de cimento ou infiltram-se através do mesmo produzindo caminhos de propagação de trincas de baixa energia através do material. [0011] Portanto, há necessidade de aditivos de cimento de fosfato para tratar as limitações acima mencionadas de aglomerante de cimento de fosfato existente. A capacidade para controlar propriedades de aderência e resistência facilita o uso de materiais com propriedades de cimento,

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 11/33

5/22 particularmente, como refratários.

Sumário da invenção [0012] Provê-se um aglomerante com propriedades de cimento que inclui um componente baseado em fosfato e um componente alcalino-terroso. O íon alcalino-terroso componente tem como maioria da estequiometria atômica de íon alcalino-terroso uma fonte de íons cálcio de aluminato de cálcio de heptaaluminato de dodeca-cálcio, aluminato de tricálcio ou uma combinação dos mesmos. Quando o componente baseado em fosfato e o componente íon alcalino-terroso se combinam em proporções apropriadas, obtém-se uma estrutura rígida em resposta à formação de fosfato de cálcio.

[0013] Provê-se uma formulação de material com propriedades de cimento de duas partes que inclui óxido de magnésio que foi fundido e triturado até um tamanho de menos que 200 mícrons como parte A e uma solução aquosa de ácido fosfórico como parte B. Provê-se também uma formulação de material com propriedades de cimento tendo uma solução aquosa de fosfato ácido como parte B e uma fonte de íons alcalinoterrosos como parte A que inclui aluminato de cálcio, óxido de magnésio ou uma combinação dos mesmos. Provê-se também um aditivo de fosfato insolúvel melhorador de resistência tais como fosfato de boro, fosfato de lítio, ou fluoroapatita. Provê-se também uma formulação de material com propriedades de cimento que inclui uma solução aquosa de fosfato ácido como parte B, uma fonte de íons alcalino-terrosos de aluminato de cálcio, óxido de magnésio, ou uma combinação dos mesmos e um supressor de reação de impureza de metal tendo a fórmula:

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 12/33

6/22

Rí

Q ,C

N N.

R₂ r₄ onde Q é oxigênio ou enxofre, e cada um de R1-R4 é, independentemente, hidrogênio, alquila de Ci-C₈ e arila de C₆C12; grupos R1-R4 específicos incluem etila, butila, fenila, e tolila; preferivelmente, Q é enxofre; supressores específicos exemplares incluem tio-ureia e N,N'-dietil-tio-ureia.

Descrição detalhada das incorporações preferidas [0014] A presente invenção tem utilidade como um aglomerante de cimento de fosfato para agregado e como um material refratário resultante com propriedades de cimento. Obtém-se controle opcional sobre propriedades de aderência e resistência através da adição de ions reativos com fosfato para formar um composto aglomerante desfavorecendo a transformação relativa a um ortofosfato. Como resultado, a inclusão de um aglomerante de fosfato secundário relativo a hidrogeno fosfato de cálcio ou magnésio inclusive a aglomerantes de fosfato é o melhoramento de resistência entre 538°C (1000°F) e 982°C (1800°F). Opcionalmente, provê-se um inibidor de corrosão para sequestrar impurezas metálicas que contrariamente resultam em evolução de gás que tende a inchar o material com propriedades de cimento e induzir enfraquecimento mecânico.

[0015] O processo de cimento de fosfato de acordo com a presente invenção baseia-se numa reação ácido/base entre um componente ion alcalino-terroso e um componente baseado em fosfato. A forma preferida da presente invenção é uma mistura

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 13/33

7/22 seca como parte A na qual se adiciona uma parte B líquida inclusive do componente baseado em fosfato para iniciar a cura. Uma forma seca de parte B também é funcional na qual se adiciona água em misturação com a parte A.

[0016] Quando aqui usada, define-se “porcentagem em peso seco total como a porcentagem em peso de uma porção seca completamente formulada exclusive da porção líquida de uma parte B, água, ou outros líquidos independentemente do peso de um componente estar na parte A ou na parte B.

[0017] Um componente baseado em fosfato exemplar inclui ácido fosfórico, fosfato de cálcio, fosfato de potássio, fosfato de magnésio, fosfato de sódio, fosfato de alumínio, fosfato de amônio, fosfato de zinco, fosfato de boro, e combinações dos mesmos. As fontes preferidas do componente baseado em fosfato incluem fosfato de cálcio, ácido fosfórico, e fosfato de magnésio.

[0018] O componente íon alcalino-terroso exemplar inclui óxido de magnésio, dolomita, óxido de zinco, óxido de alumínio, óxido de cálcio, carbonato de lítio, carbonato de bário, sulfato de bário, óxido de molibdênio, hidróxido de cálcio, hidróxido de alumínio, óxido de estanho, óxido de níquel, hidróxido de níquel, óxido de cobalto, hidróxido de cobalto, óxido de vanádio, hidróxido de magnésio, óxido de ferro, óxido de titânio, óxido de cromo, hidróxido de cromo, dolomita, óxido de manganês, óxido de zircônio, hidróxido de zircônio, NaOH, KOH, carbonato de sódio, e carbonato de potássio. As fontes preferidas de íons alcalino-terrosos para o processo de reação de cimento de fosfato incluem óxido de magnésio e aluminatos de cálcio.

[0019] De acordo com a presente invenção, descobriu-se que

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 14/33

8/22 o uso de hepta-aluminato de dodeca-cálcio (Ci₂A₇ ou maienita), aluminato de tricálcio (C₃A) , ou uma combinação dos mesmos como as fontes principais de íons cálcio para a formação de aglomerante de fosfato de cálcio conduz a um material refratário superior. Compreende-se que devido à maior porcentagem atômica de íons cálcio em Ci₂A₇ e C₃A em relação a CA e CA₂, necessita-se de uma quantidade menor de heptaaluminato de dodeca-cálcio ou de aluminato de tricálcio para formar um aglomerante eficaz. A manutenção de estequiometria de cálcio, em relação aos aluminatos de cálcio do estado da técnica, com a substituição das fontes de cálcio da presente invenção, é mais fácil para se manter durante a definição de uma carga típica para tais componentes de material tendo propriedades de cimento. Devido à rápida hidratação de heptaaluminato de dodeca-cálcio e de aluminato de tricálcio em relação a CA e CA₂, nota-se que as fontes inventivas de íons cálcio de aluminato de cálcio reduzem a densidade numérica e o tamanho das inclusões não-reativas de aluminato de cálcio, dentro de uma matriz de material com propriedades de cimento. Adicionalmente, nota-se que os aluminatos de cálcio inventivos Ci₂A₇ e C₃A como as fontes predominantes de cálcio para reação aumentam a taxa de cura me relação aos materiais com propriedades de cimento convencionais. Preferivelmente, Ci₂A₇, C₃A e combinações dos mesmos reagem com ácido fosfórico líquido para formar um aglomerante de fosfato para um material com propriedades de cimento. Quando se usa particulado de Ci₂A₇ ou C₃A em forma pulverulenta numa variedade de tamanhos, preferivelmente facilita-se a formação de uma matriz de aglomerante quando se introduz o material inventivo de aluminato de cálcio tendo um tamanho médio de

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 15/33

9/22 partícula menor que 100 mícrons. Mais preferivelmente, peneira-se o componente inventivo de aluminato de cálcio para impedir que o particulado tenha um tamanho maior que 100 mícrons. Muitíssimo preferivelmente, o tamanho médio de partícula de fonte inventiva de aluminato de cálcio é menor que 60 mícrons, determinado com peneiras-padrão de malha U.S. Carregamentos típicos de C₁₂A₇ num material com propriedades de cimento completamente formulado inclusive de agregado são de 0,5 a 5 por cento em peso total com C₁₂A₇ estando tipicamente presente em cerca de um quarto da porcentagem em peso de aluminato de cálcio CA e/ou CA2 usado em materiais com propriedades de cimento da técnica anterior. Tipicamente, C₃A está presente em cerca de 0,3 a 4 por cento em peso seco total de uma composição de material com propriedades de cimento e, tipicamente, está presente em cerca de um quinto do carregamento em porcentagem em peso de aluminato cálcio CA e/ou CA2 usado em materiais com propriedades de cimento da técnica anterior. Preferivelmente, um aglomerante inventivo C12A7 ou C3A está presente de 0,7 a 2,2 por cento em peso total da composição.

[0020] Compreende-se que o aglomerante de fosfato se forma rapidamente pela substituição parcial ou completa de uma fonte de íons cálcio por magnésio. Em particular, MgO forma uma matriz de aglomerante refratário de fosfato para agregar em resposta à reação com ácido fosfórico ou uma solução de fosfato. O material com propriedades de cimento resultante tem propriedades refratárias superiores, quando comparado com o material com propriedades de cimento de aluminato de cálcio puro. Funde-se um óxido metálico tendo a fórmula MgO num forno acima da temperatura de fusão e área de superfície

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 16/33

10/22 reduzida e pulveriza-se até um tamanho médio de partícula entre 1 e 200 mícrons. A temperatura de fusão para um óxido metálico MgO é de 2315°C (4200°F). Preferivelmente, uma fusão em forno de arco voltaico de clínquer de magnésia de água do mar é a forma preferida de óxido de magnésio aqui usada. Tipicamente, MgO está presente numa composição de material com propriedades de cimento de 1 a 10 por cento em peso total a fim de ajustar o tempo de cura do material resultante. Preferivelmente, MgO está presente de 3 a 6 por cento em peso total da composição de material com propriedades de cimento com a capacidade para ajustar o tempo de cura em resposta à adição de ácido fosfórico para um tempo entre 20 minutos e várias horas. Também se notam resistência superior e contração reduzida para um aglomerante produto de reação de MgO/fosfato em relação a materiais com propriedades de cimento de aluminato de cálcio. Adicionalmente, compreende-se que aquecendo o material com propriedades de cimento resultante até uma temperatura suficientemente elevada na presença de alumina, óxido de cromo (III), ou óxido de ferro (III) induz formação de um espinélio tendo a fórmula geral MgY2O4 onde Y é alumínio, cromo, ferro, ou uma combinação dos mesmos. Entre os espinélios particularmente preferidos como materiais refratários estão MgAl2O4 e MgCr2O4 com temperaturas de fusão de 2135°C (3875°F) e 2350°C (4262°F), respectivamente. Compreende-se que a formação de um aglomerante em espinélio melhora a condutividade térmica e reduz o coeficiente de expansão térmica em relação a aglomerantes de fosfato M assim como melhora a resistência ao intumescimento. Nota-se também que o MgO fundido hidrata cineticamente lento para formar hidróxidos metálicos em

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 17/33

11/22 relação a MgO sinterizado convencional.

[0021] Compreende-se que monômeros de polímeros ou prépolímeros são misturados, opcionalmente, com a composição tendo propriedades de cimento junto com catalisadores convencionais para induzir a polimerização. A inclusão de polímero tendo a produzir um cimento de fosfato como menor porosidade e mais resistente à água em relação à composição desprovida de resina. Polímeros aqui operativos incluem ilustrativamente poli(metacrilato de metila) (pMMA), poli(metacrilato de etila) (pEMA), poli(metacrilato de butila) (pBMA) e copolímeros em blocos dos mesmos; epóxis; uretanos; silicones; e combinações dos mesmos. Nota-se que monômero ou pré-polímero de resina de cura úmida impossibilita a necessidade de um catalisador de polimerização e ao invés disso, conta com uma água de composição para cura. Alternativamente, dissolve-se um polímero solúvel em água, tal como poli(ácido acrílico) ou poli(álcool vinílico) na composição inventiva de material com propriedades de cimento. Compreende-se que policarboxilatos, tendo uma propriedade absorvedora de água, provêm uma propriedade dispersante subsequentemente descrita. Independentemente da identidade do polímero, polímero ou precursores do mesmo estão presentes na faixa de 0,001 a 3 por cento em peso total da composição inventiva de material com propriedades de cimento final.

[0022] Opcionalmente, adiciona-se um ou mais aceleradores de cura na composição inventiva com propriedades de cimento. Os aceleradores exemplares incluem ácidos minerais fortes tal como ácido nítrico; sais tais como cloreto de sódio e cloreto de cálcio; cristais sementes tais como alumínio, estanho,

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 18/33

12/22 óxido de estanho; e carbonatos inorgânicos. Tipicamente, um acelerador está presente na faixa de 0,005 a 2 por cento em peso seco total da composição inventiva com propriedades de cimento.

[0023] Compreende-se que a cura da composição com propriedades de cimento é apressada aquecendo ou a superfície de substrato alvo, o componente baseado em fosfato, o componente íon alcalino-terroso, ou uma combinação dos mesmos. Quando o componente baseado em fosfato ou o componente íon alcalino-terroso estiver numa forma líquida, usa-se uma variedade de aquecedores de tambor para aquecer os líquidos. Aquecedores de tambor com unidades de aquecimento interno são particularmente bem apropriados para este propósito. Para este propósito, usa-se comumente uma temperatura de aquecimento de 23°C (75°F) a 66°C (150°F) . O aquecimento promove também a fluidez de material viscoso. Tipos exemplares de aquecedores incluem aquecedores de faixas, aquecedores de imersão, e câmaras de aquecimento. Um aquecedor de faixas é equipado com revestimento de aço aluminizado que libera até 3.000 Watts de energia térmica com temperaturas operacionais de aquecimento na faixa de 15°C (60°F) a 205°C (400°F). Adicionalmente, usa-se uma colcha ou coberta de área para isolar um aquecedor de tambor. Preferivelmente, instala-se um dispositivo interruptor de temperatura com o propósito de impedir superaquecimento do componente baseado em fosfato.

[0024] Opcionalmente, adiciona-se um ou mais agentes de pegajosidade na composição inventiva com propriedades de cimento para aumentar o nível de plasticidade de artigo curado para usos onde se usa a composição inventiva numa

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 19/33

13/22 aplicação disforme. Os agentes de pegajosidade incluem carboidratos tais como sacarídeos e polissacarídeos; amido e derivados tais como amido pré-gelatinizado, dextrina, e xarope de milho; polímeros de condensado de naftaleno/sulfonato/formaldeído; polímeros de condensado de melamina/sulfonato/formaldeído; compostos poli-hidroxi policarboxílicos tais como ácido tartárico e ácido múcico; ácido lignossulfônico; e sais de qualquer uma das de ácidos supracitados de agentes de pegajosidade. Tipicamente, um agente de pegajosidade está presente na composição inventiva com propriedades de cimento numa quantidade correspondente às características necessárias de polímero resultante, e na faixa de 0,01 a 6 por cento em peso seco total da composição inventiva com propriedades de cimento final, mais preferivelmente na faixa de 0,1 a 2 por cento em peso seco total. Estes agentes de pegajosidade tendem a aumentar a resistência do artigo curado podendo ainda retardar o tempo de solidificação da mistura de cimento. No caso de um agente de pegajosidade solidificar lentamente, usa-se opcionalmente o agente de pegajosidade juntamente com um acelerador de pega tal como cloreto de cálcio para restabelecer a taxa de pega a um nível observado na ausência do plastificante.

[0025] Durante a reação de metal com ácido fosfórico, inevitavelmente liberam-se subprodutos gasosos que ou são retidos como vazios no interior do material com propriedades de cimento ou se infiltram através do material de cura para formar caminhos de propagação de trinca de baixa energia no artigo curado. Geralmente, desejam-se composições com propriedades de cimento com ar aprisionado tendo um conteúdo gasoso menor que 3%, sendo preferidas com um conteúdo gasoso

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 20/33

14/22 menor que 2%. Quando se usam agentes antiespumantes com uma composição inventiva para prover conteúdos de ar determinados de 5 a 8 por cento a fim de melhorar a durabilidade de congelamento/descongelamento da composição com propriedades de cimento, é desejável ajustar a quantidade de agente antiespumante usado em relação a uma formulação com propriedades de cimento para compensar a evolução de gás associada com a composição inventiva. Tipicamente, o agente antiespumante está presente numa quantidade na faixa de 0,5 a 3 por cento em peso total.

[0026] Opcionalmente, adiciona-se um supressor de reação de impureza de metal para inibir evolução de gás associada com reação de impureza de metal com ácido fosfórico. Tipicamente, adiciona-se um supressor de reação de impureza de metal numa quantidade de 0,001 a 0,1 por cento em peso seco total com a quantidade adicionada de supressor se relacionando com fatores incluindo ilustrativamente pureza de reagente e peso molecular do supressor. Os supressores de reação aqui operativos têm a fórmula:

Q r

Rí 'R, onde Q é oxigênio ou enxofre, e cada um de Ri-R₄ é, independentemente, hidrogênio, alquila de Ci-Cg e arila de ΟβC12. Grupos Ri-R₄ específicos incluem etila, butila, fenila, e tolila. Preferivelmente, Q é enxofre. Supressores específicos exemplares incluem tio-ureia e N,N'-dietil-tio-ureia.

[0027] Opcionalmente, adicionam-se, simultaneamente na

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 21/33

15/22 composição inventiva com propriedades de cimento, um plastificante tal como um sal lignossulfonato, e um agente antiespumante em quantidades que equilibrem até uma extensão desejada o arrasto gasoso que caso contrário ocorreria. O plastificante funciona para arrastar gás. Num exemplo particular, prepara-se, inicialmente, uma composição inventiva com propriedades de cimento como uma mistura seca na qual posteriormente se adiciona água para preparar uma pasta fluida na qual se adicionam plastificante para arrasto de ar e antiespumante. Em aplicações onde se requer máxima resistência à compressão, usa-se a composição com propriedades de cimento com plastificante limitado ou sem nenhum plastificante, a fim de que o artigo endurecido contenha mínimo ar arrastado. Em aplicações onde se tolera menor resistência à compressão e níveis maiores de durabilidade de congelamento/descongelamento, adicionam-se carregamentos maiores de plastificante de arraste de ar. [0028] Opcionalmente, provê-se um fosfato insolúvel melhorador de resistência numa composição inventiva a fim de tratar de resolver a redução de resistência observada em cimentos de fosfato convencionais numa faixa de temperatura de 538°C (1000°F) a cerca de 927°C (1700°F). Seleciona-se um fosfato aditivo melhorador de resistência para tornar-se reativo quimicamente numa temperatura acima daquela em que água quimicamente coordenada aos componentes de composição foi liberada e como tal tem efeito mínimo sobre as propriedades de cura rápidas de uma composição da invenção. O aditivo de fosfato melhorador de resistência insolúvel em água torna-se tipicamente reativo acima de 427°C (800°F) e preferivelmente acima de 538°C (1000°F). Mais

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 22/33

16/22 preferivelmente, o aditivo de fosfato melhorador de resistência não forma hidratos estáveis a fim de melhorar a vida de prateleira. Fosfatos aditivos melhoradores de resistência representativos incluem BPO₄, Li₃PO₄ e fluoroapatita tendo uma fórmula Ca₅(PO₄)₃F. Preferivelmente, o fosfato aditivo melhorador de resistência é fosfato de boro. Tipicamente, um fosfato aditivo melhorador de resistência está presente entre 1 e 7 por cento em peso seco total e mais preferivelmente entre 2 e 5 por cento em peso seco total. Os tamanhos de partículas típicos para um fosfato aditivo melhorador de resistência são comparáveis em tamanho aos tamanhos particulares de agregado ou aglomerante e tipicamente entre 1 e 200 mícrons.

[0029] Opcionalmente, adicionam-se fibras de reforço na composição inventiva com propriedades de cimento para melhorar o limite de resistência à tração e a tenacidade (resistência ao trincamento). Fibras de reforço exemplares incluem fibras de aço tal como fibras de níquel e cromo; fibras sintéticas tais como polipropileno (PP), polietileno (PE), e poli(tereftalato de etileno) (PET). Compreende-se que fibras sintéticas quebradiças decompõem-se em assentamentos refratários. Por outro lado, inclusão de fibras de aço na técnica anterior tal como aço inoxidável que incorpora níquel e cromo que oxida a 1204°C (2200°F) e também são reativas com relação a metais fundidos tal como alumínio abaixo desta temperatura, descobriu-se que, a inclusão de fibras de aço contendo alumínio dentro da liga de aço são suficientes para formar uma camada protetora de alumina sobre a fibra de aço em temperatura elevada. Preferivelmente, a fibra de aço tem conteúdo de alumínio de 0,05 a 8 por cento em átomos. A

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 23/33

17/22 camada de alumina sobre a superfície de aço resultante serve não apenas para proteger a fibra de aço contra corrosão e reação de metal fundido, mas também propicia uma superfície na qual o aglomerante inventivo adere. Os comprimentos das fibras de aço podem variar, mas, geralmente, estão entre 25 e 30 milímetros com diâmetros de fibra típicos entre 0,3 e 0,5 milímetro. Os carregamentos de fibra numa composição inventiva variam tipicamente de 0,5 a 10 por cento em peso seco total, o carregamento dependendo de fatores incluindo ilustrativamente comprimento de fibra, diâmetro de fibra, exigências de durabilidade, espessura de material com propriedades de cimento, composição desejada de agregado refratário, e consistência desejada da mistura. A formulação resultante é capaz de ser bombeada, de ser batida, de ser vazada ou de ser carregada, dependendo do método de instalação desejado.

[0030] Opcionalmente, o material inventivo com propriedades de cimento tem fibras de celulose, fibras de poli(álcool vinílico) (PVA), ou uma combinação das mesmas incorporadas no mesmo para prover reforço. Uma vantagem da aplicação de fibras de celulose é que elas são ocas e moles, e os artigos resultantes podem ser presos em vez de fixados através de orifícios pré-broqueados. Os produtos para paredes laterais e revestimentos são usados em paredes verticais, que são, ambientalmente, muito menos exigentes que materiais usados em telhados. Uma composição inventiva típica contém fibras de celulose numa quantidade de 0,5 a 6 por cento em peso ou fibras de PVA numa quantidade de 0,5 a 5 por cento em peso total.

[0031] Opcionalmente, adiciona-se um dispersante na

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 24/33

18/22 composição inventiva com propriedades de cimento. Um conteúdo reduzido de água permite que a composição com propriedades de cimento hidrate e endureça mais rápido, aumentando a resistência a verde de um artigo formado com a composição com propriedades de cimento resultando em deformação e trincamento reduzidos quando se remove um artigo de um molde ou se extruda numa matriz. Os dispersantes reduzem o efeito da variação em tamanho das partículas de agregado melhorando a lubricidade da camada fina de pasta que cobre o agregado permitindo movimento melhorado durante a consolidação para melhorar a resistência a verde dos artigos de cura.

[0032] Um dispersante operante aqui inclui ilustrativamente policarboxilatos e tensoativos convencionais no campo. Um dispersante está presente na quantidade de 0,01 a 5 por cento em peso total para melhorar a resposta de fase de pasta à vibração ou outra energia aplicada à mistura vazada seca com propriedades de cimento durante a consolidação. Em geral, os dispersantes são conhecidos na indústria por serem muito eficazes e eficientes em produzir concreto muito capaz de fluir com resistências à compressão aumentadas, maior densidade, menor absorção de água ou permeabilidade, e melhor aspecto superficial da unidade acabada através da redução de imperfeições e orifícios.

[0033] Opcionalmente, adiciona-se um desfloculante na composição inventiva com propriedades de cimento melhorar ainda mais a fluidez. Devido ao baixo desempenho de desfloculantes convencionais com componente líquido baseado em fosfato, de parte B, usa-se um poli(glicol alquilênico) como um desfloculante e está presente de 0,05 a 1 por cento em peso seco total. Adiciona-se o poli(glicol alquilênico)

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 25/33

19/22 com água ou com um líquido à ase de água de parte B, e sem pretender estar ligado por uma teoria particular acredita-se reduzir a tensão superficial do líquido usado no interior. [0034] Provê-se o componente baseado em fosfato de parte B ou em forma sólida tal como pó fino ou pelotas, ou numa forma líquida. Preferivelmente, o componente baseado em fosfato é uma solução líquida de ácido fosfórico com grau agrícola, embora também sejam operativos aqui os ácidos fosfóricos em graus comercial, industrial e técnico. Adiciona-se o componente provendo fosfato úmido numa quantidade adequada para tornar a mistura operável e ainda também adequada para prover um conteúdo de fosfato suficiente para permitir uma taxa desejada de assentamento em temperaturas ambiente para aparte seca A. Forma-se rapidamente um agregado a partir de bateladas de 33 kg da mistura de agregado e componente seco, misturado com uma quantidade apropriada de solução de ácido fosfórico.

[0035] Prepara-se um componente provendo fosfato úmido especialmente útil para agregados refratários ou de isolamento para alta temperatura, como uma diluição de 1:1 a 4:1 (água:ácido) de TG-434, um ácido ortofosfórico (H₃PO₄) obtenível de Gulf Chemical Co., Raleigh, NC. Uma composição típica para TG-434 é:

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 26/33

20/22

H3PO4	77,73%
Sólidos	0,1%
Ferro como Fe₂O₃	1,3%
Alumínio como Al₂O₃	0, 6%
Magnésio como MgO	1,3%
Fluoreto como F	0,5%
Sulfato como SO₄	0,8%
Cálcio como CaO	0,2%
Arsênio como As	0,5 ppm
Carbono orgânico como TOC	55,0 ppm
H2O	Balanço

[0036] TG-434 é um líquido verde claro tendo uma densidade relativa de 1,71 e uma viscosidade Brookfield aparente de 150 centipoise a 24°C (75°F) e um ponto de congelamento numa concentração de 56,3% de P₂O₅ abaixo de -28°C (-20°F).

[0037] Um componente agregado está tipicamente presente num material inventivo com propriedades de cimento de 50 a 95 por cento em peso seco total. Os agregados operativos com a presente invenção incluem ilustrativamente: argila de sílex, calcinados refratários de mulita (MULCOA®), basalto, olivina, diatomita, vermiculita, perlita, moloquita, gibbsita, cianita, mulita, cromita, alumina tabular, óxido de silício, bauxita calcinada, óxido de cromo, zircônia, rocha fosfatada, e misturas dos mesmos. Acredita-se que é necessária alguma quantidade apreciável de material contendo alumínio para qualquer estrutura de agregado refratário denso a fim de atingir ligação adequada e manter estabilidade estrutural e dimensional quando exposto a elevadas temperaturas.

[0038] Os agregados refratários preferidos incluem argila de sílex; calcinados refratários (MULCOA®) 47, 50, 60, 70, e 90; cianita; mulita; minério de cromo; bauxita; alumina tabular; e misturas dos mesmos. Quando a temperatura pretendida de uso do refratário aumenta, o conteúdo de

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 27/33

21/22 alumínio do agregado geralmente também aumenta.

[0039] Um agregado útil na presente invenção pode ser usado como um isolamento expansível em alta temperatura inclui ilustrativamente areia de sílica #140, mulita #200, cianita #325, alumina tabular #200, cal de dolomita, e talco. Um agregado preferido para isolamento expansível compreende uma mistura de areia de sílica #140, cal de dolomita, e talco. O talco controla o tamanho das bolhas de dióxido de carbono liberadas durante a expansão e permite, portanto, que os poros no isolamento expandido sejam de tamanho uniforme. Um agregado particularmente útil para uma aplicação em temperatura ambiente envolvendo o uso deste sistema para conter/solidificar/neutralizar efluente líquido (isto é, efluente radioativo) é agregado contendo fosfato, preferivelmente rocha fosfatada (vendida como PHOS-ROCK C-31 por Texas Gulf Chemical Co.).

[0040] Um material inventivo com propriedades de cimento, dependendo da escolha de componentes, é bem apropriado para uma variedade de usos incluindo ilustrativamente produtos para pisos industriais, tais como pisos vazados, concretos e argamassas quimicamente resistentes, aplicações em canos de esgoto, pastas de argamassa fina expansivas, em guias de reboque de piso, adesivo de telha, revestimentos protetores; e refratários tais como, lareiras, revestimentos de fornos, refratários vazáveis, e materiais de remendo para fornos de calcinação, fornos e incineradores.

[0041] As publicações e documentos de patentes mencionados no relatório são indicativos dos níveis daqueles treinados na técnica à qual a invenção pertence. Estes documentos e publicações aqui se incorporam por referência na mesma

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 28/33

22/22 extensão como se cada publicação ou documento individual fosse especifica e individualmente aqui incorporado por referência.

[0042] A descrição anterior é ilustrativa de incorporações particulares da invenção, mas não significa ser uma limitação em resposta à prática da mesma. As reivindicações seguintes, incluindo todas as equivalentes das mesmas, têm a intenção de definir a abrangência da invenção.

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 29/33

1/1

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Formulação de material com propriedades de cimento, caracterizada pelo fato de compreender:

- uma solução aquosa de fosfato ácido como uma parte B; selecionada a partir de ácido fosfórico, fosfato de cálcio, fosfato de potássio, fosfato de magnésio, fosfato de sódio, fosfato de alumínio, fosfato de amônio, fosfato de zinco, e combinações dos mesmos;

- uma fonte de íon alcalino-terroso, selecionada a partir de óxido de magnésio sozinho ou em combinação com aluminato de cálcio como uma parte A; e

- fosfato de boro insolúvel.
2. Formulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o dito óxido de magnésio ser fundido numa temperatura maior que 2315°C e triturado até um tamanho menor que 200 mícrons.
3. Formulação, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 ou 2, caracterizada pelo fato de compreender ainda fibras de aço tendo de 12 a 14 por cento em átomos de cromo e de 2 a 10 por cento em átomos de alumínio.

Petição 870170080604, de 23/10/2017, pág. 30/33