ES2241880T3 - Aglutinante de fosfato y su preparacion. - Google Patents

Aglutinante de fosfato y su preparacion.

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ES2241880T3 ES01978019T ES01978019T ES2241880T3 ES 2241880 T3 ES2241880 T3 ES 2241880T3 ES 01978019 T ES01978019 T ES 01978019T ES 01978019 T ES01978019 T ES 01978019T ES 2241880 T3 ES2241880 T3 ES 2241880T3
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Abstract

Un aglutinante inorgánico que tiene sitios de silicato cálcico que están unidos entre sí mediante enlaces de fosfato de alúmina-sílice, actuando dichos sitios de silicato cálcico como sitios de reticulación para los enlaces de fosfato de alúmina-silicato con una relación en peso de Al2O3/SiO2 comprendida en el intervalo de 0, 3:1 a 10:1, ventajosamente de 0, 6:1 a 6:1.

Description

Aglutinante de fosfato y su preparación.
La presente invención se refiere a un aglutinante inorgánico, más precisamente a un aglutinante de fosfato inorgánico.
Se han propuesto ya en el pasado aglutinantes de fosfatos inorgánicos.
Por ejemplo, en la solicitud de patente anterior WO9903797 a nombre de Metal Chemical and Hají Anas, se describe una matriz polímera, comprendiendo dicha matriz un aglutinante formado mezclando una solución acuosa de silicato de metal alcalino con un polvo que comprende materiales de partida reactivos de silicio-aluminio. Sin embargo, es necesario un tiempo de polimerización superior a una hora para alcanzar un endurecimiento suficiente de la matriz.
En el documento US 6.139.619 se ha propuesto también formar un aglutinante mezclando un silicato soluble en agua con un vidrio de fosfato inorgánico amorfo soluble en agua en medio acuoso. El endurecimiento del aglutinante requiera retirar el agua mediante un tratamiento térmico.
En el documento US 4.375.551 se prepara una solución ácida mezclando Al_{2}O_{3}\cdot3H_{2}O con ácido fosfórico, mezclándose luego dicha solución ácida con silicato cálcico. El aglutinante así obtenido tiene después de su endurecimiento una pobre resistencia mecánica.
La presente invención tiene por objeto proporcionar un aglutinante que se pueda endurecer suficientemente dentro de un tiempo de menos de 10 minutos y que tenga excelentes propiedades mecánicas.
El aglutinante inorgánico de la invención se caracteriza por tener sitios de silicato cálcico que están unidos entre sí por enlaces de fosfato de alúmina-sílice.
De forma ventajosa, los sitios de silicato cálcico son sitios de meta-silicato cálcico que tienen una naturaleza substancialmente acicular con una relación longitud/diámetro de 2/1 a 50/1, ventajosamente de 3/1 a 20/1.
Preferiblemente, los sitios de meta-silicato cálcico tienen una longitud media de 10 \mum a 10 mm, ventajosamente de 50 \mum a 5 mm.
Los sitios de silicato cálcico actúan como sitios de reticulación para enlaces fosfato de alúmina-sílice.
Los enlaces de fosfato de alúmina-sílice tienen una relación en peso de Al_{2}O_{3}/SiO_{2} comprendida en el intervalo de 0,3:1 a 10:1, ventajosamente de 0,6: 1 y 6:1.
Según una realización ventajosa, la relación en peso de sitios de silicato cálcico/enlaces fosfato de alúmina-sílice está comprendida entre 0,1 y 1,1, ventajosamente entre 0,3 y 0,9, preferiblemente entre 0,4 y 0,7.
La invención se refiere también un producto que comprende al menos un aglutinante según la invención y al menos una carga y/o material reforzado.
La invención se refiere también a un kit para preparar una composición aglutinante inorgánica según la invención, comprendiendo dicho kit:
-
un recipiente de bolsa que contiene un silicato cálcico insoluble en agua, y
-
uno o más recientes o bolsas que contienen compuestos para preparar una solución ácida de fosfato de alúmina-sílice, siendo el pH de dicha solución medido a 20ºC inferior a 1,5, ventajosamente inferior a 1, preferiblemente inferior a 0,5.
Un objeto adicional de la invención es un procedimiento para preparar un aglutinante según la invención, en el que se mezclan partículas de silicato cálcico insoluble en agua con una solución ácida de alúmina-sílice a una temperatura inferior a 50ºC, teniendo dicha solución ácida de alúmina-sílice un pH inferior a 2, ventajosamente inferior a 1,5, por ejemplo, comprendido entre 0,1 a 1,5, comprendido preferiblemente comprendido entre 0,5 y 1,5. El pH ácido se obtiene ventajosamente usando ácido fosfórico y una mezcla ácida que contiene al menos ácido fosfórico. Preferiblemente, se usa sólo substancialmente ácido fosfórico como ácido mineral, más preferiblemente como ácido para disminuir el pH de la solución a un valor inferior a 2.
Las partículas de silicato cálcico son ventajosamente partículas de metasilicato cálcico que tienen una naturaleza sustancialmente acicular con una relación longitud/diámetro de 2/1 a 50/1, ventajosamente de 3/1 a 20/1.
Las partículas de metasilicato cálcico tienen preferiblemente una longitud media de 10 \mum a 10 mm, ventajosamente de 50 \mum a 5 mm.
Las partículas de silicato cálcico actúan como sitios de reticulación para enlaces fosfato de alúmina-sílice. Parece también que la presencia de partículas de silicato cálcico insoluble catalizar la formación de enlaces fosfato de alúmina-sílice.
En el procedimiento de la invención, la solución de fosfato de alúmina-sílice tiene una relación en peso Al_{2}O_{3}/SiO_{2} comprendida en el intervalo de 0,3:1 a 10:1, preferiblemente de 0,6:1 a 6:1.
Por ejemplo, la relación en peso de partículas de silicato calcio/ solución de fosfato de alúmina-sílice está comprendida entre 0,1 y 1,1, preferiblemente entre 0,3 y 0,9, más preferiblemente entre 0,4 y 0,7.
En el procedimiento de la invención, se mezcla una carga y/o material reforzado con las partículas de silicato cálcico antes de mezclarlo con la solución ácida de fosfato de alúmina-sílice y/o se mezcla una carga y/o un material reforzado con la mezcla silicato cálcico/solución de fosfato de alúmina-sílice, antes o durante su endurecimiento.
Preferiblemente, el endurecimiento del aglutinante se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 0ºC y 50ºC, posiblemente bajo presión.
Ejemplos de cargas o materiales reforzados que se pueden mezclar con el aglutinante antes de su preparación, durante su preparación, antes de su endurecimiento o durante su endurecimiento son:
Materiales residuales, tales como materiales residuales finamente divididos, paro ejemplo, cenizas de combustibles, cenizas volantes, materiales residuales de construcción, etc.
- materiales similares a copos tales como mica, etc.
- arena de sílice, harina de sílice.
- agentes o materiales colorantes, tales como agentes colorantes inorgánicos, pigmentos, etc.,
- fibras a base de celulosa y/o proteína, tales como fibras naturales, lino, lascas, paja, cáñamo,
\hbox{fibras
de madera, etc.}
- fibras sintéticas tales como fibras sintéticas orgánicas, fibras sintéticas inorgánicas tales como poliésteres, polipropileno, fibras de vidrio y cerámicas, etc.
Materiales residuales a base de compuestos orgánicos naturales o sintéticos, tales como serrín, cascarilla de arroz, paja y residuos orgánicos reciclados,
- fibras naturales o de origen mineral.
- material natural, posiblemente tratado (por ejemplo, tratado térmicamente), tal como perlita, vermiculita, etc.
- etc.
Se pueden añadir aditivos al aglutinante antes de su preparación, durante su preparación, antes de su endurecimiento o durante su endurecimiento, siendo ejemplos de dichos aditivos:
- agentes espumantes, tales como peróxido acuoso, peróxidos orgánicos, etc.
- agentes reguladores de viscosidad, tales como superplastificante
- materiales mejoradores de la impermeabilidad o la repulsión al agua tales como lignosulfonatos y sílice de humo.
- etc.
El aglutinante de la invención se prepara usando una solución ácida de fosfato de alúmina-sílice, y dicha solución se prepara ventajosamente haciendo reaccionar óxido de aluminio en polvo (de un tamaño preferiblemente inferior a 50 \mum, preferiblemente inferior a 30 \mum, por ejemplo de 5 a 25 \mum), con una pureza de más de 95%, preferiblemente, más de 99%, sílice en polvo (ventajosamente, de un tamaño inferior a 50 \mum, preferiblemente inferior a 30 \mum, por ejemplo de 10 a 25 \mum) con una pureza de más de 95%, preferiblemente de más de 99%, y ácido fosfórico como una solución de acuosa de ácido fosfórico o en presencia de un medio acuoso. El ácido fosfórico tiene preferiblemente una pureza de más de 95%, más preferiblemente de más de 99%. El ácido fosfórico se encuentra disponible en diversas concentraciones. Preferiblemente, el ácido fosfórico será una solución acuosa de ácido fosfórico con una concentración de ácido fosfórico de más de 75%, preferiblemente más de 85%. Preferiblemente, la sílice en polvo se mezcla primero con el ácido fosfórico y luego se añaden las partículas de alúmina.
La solución ácida de fosfato de alúmina-sílice contiene posiblemente algunos otros ácidos, tales como ácidos orgánicos, ácidos minerales fuertes, etc, sin embargo, en este caso, el contenido de tales ácidos será preferiblemente inferior al 10% del contenido del ácido fosfórico de la solución.
Es posible usar, en lugar de óxido de aluminio, fosfato de aluminio, hidróxido de aluminio, etc. Sin embargo, se prefiere el óxido de aluminio.
Es posible usar, en lugar de sílice, preferiblemente partículas de sílice precipitadas, material residual procedente de botellas de vidrio.
Posiblemente, la solución acuosa de ácido fosfórico contiene otros disolventes, tales como alcohol, etc.
Cuando se desea obtener un producto en forma de espuma, se usará más agua o disolvente para disminuir la viscosidad tanto como sea posible.
La solución ácida de fosfato de alúmina-sílice tiene ventajosamente un pH inferior 2, preferiblemente inferior a 1.
Se ha observado que cuando se usan partículas de sílice para preparar la solución ácida de fosfato de alúmina con un pH inferior a 2, más preferiblemente inferior a 1, se mejora la disolución de las partículas de alúmina. La presencia de SiO_{2} en la solución ácida mejoraba también la formación de enlaces cuando se añadían las partículas de silicato cálcico insolubles en agua. Incluso, aunque algunas partículas de silicato cálcico se solubilizan debido al bajo valor de pH, ciertas partículas de silicato cálcico permanecen insolubles, debido, por ejemplo al aumento del pH a un valor comprendido entre 3 y 6.
El aglutinante de la invención es adecuado para preparar un producto que tenga una baja densidad (tal como una densidad de 70 a 140 kg/m^{3}) o una alta densidad (tal como una densidad de 2.000 kg/m^{3} o incluso superior).
Los productos de la invención tienen buenas propiedades mecánicas, tales como una resistencia a la compresión de más de 40 N/mm^{2}, resistencia a la flexión de más de 10 N/mm^{2}, etc.
Los productos de la invención se pueden usar como materiales aislantes (como paneles, láminas, gránulos, etc.), material de protección frente al fuego, materiales de protección frente al calor, materiales de protección frente a productos químicos, materiales de construcción (tales como ladrillos, hormigón, etc), para moldes de fabricación, productos de conformación, colado y moldeo, tejas, laminas para cubiertas, etc.
Los detalles y características de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción de los siguientes ejemplos.
En dichos ejemplos, se han usado los siguientes productos:
AGUA: agua con un bajo contenido en calcio/magnesio (inferior a 100 ppm).
SiO_{2}: partículas de SiO_{2} precipitadas con un tamaño medio de 10-15 \mum- pureza de 99%
Al_{2}O_{3}: polvo con un tamaño medio de partículas de 10-15 \mum- pureza de 99%
Ácido fosfórico: solución acuosa que contiene 90% de ácido fosfórico.
Silicato cálcico: metasilicato cálcico en polvo, insoluble en agua, de naturaleza acicular, de 1 mm de longitud, y 100 \mum de diámetro.
Ejemplos de aglutinantes
Los aglutinantes han sido preparados añadiendo partículas de SiO_{2} a ácido fosfórico. Después de disolverse las partículas de SiO_{2}, se añadieron partículas de Al_{2}O_{3}. Se preparó así una solución acuosa ácida de fosfato de alúmina-sílice. El pH de dicha solución ácida se midió a 20ºC. Posiblemente se añadió algo de agua.
Se añadieron a dicha solución ácida partículas de silicato cálcico. De 5 a 10 minutos después de añadir partículas de silicato cálcico, se endureció el aglutinante. Dicho endurecimiento se realizó a temperatura ambiente.
La siguiente tabla muestra la composición de los aglutinantes preparados.
1
*: LS= suspensión líquida /S-D = semiseca/ P= pastosa
En el procedimiento de la invención, la cantidad de silicato cálcico añadida a la solución ácida de fosfato de sílice-alúmina es tal que la relación en peso de silicato cálcico/SiO_{2} presente en la solución ácida es ventajosamente superior a 1, preferiblemente superior a 1,5, más preferiblemente superior a 2, por ejemplo, comprendida entre 1 y 5, ventajosamente entre 1,5 y 3,5.
Ejemplos de productos de la invención
El aglutinante nº 2, que es un líquido después de su preparación, se mezcló con diversos aditivos y/o cargas.
La siguiente tabla presenta los diferentes aditivos y cargas usados.
2

Claims (22)

1. Un aglutinante inorgánico que tiene sitios de silicato cálcico que están unidos entre sí mediante enlaces de fosfato de alúmina-sílice, actuando dichos sitios de silicato cálcico como sitios de reticulación para los enlaces de fosfato de alúmina-silicato con una relación en peso de Al_{2}O_{3}/SiO_{2} comprendida en el intervalo de 0,3:1 a 10:1, ventajosamente de 0,6:1 a 6:1.
2. El aglutinante de la reivindicación 1, en el que los enlaces de fosfato de alúmina-sílice son enlaces preparados a partir de una mezcla de partículas de silicato calcio insolubles en agua con una solución ácida de fosfato de alúmina-sílice que comprende SiO_{2} solubilizado y que tiene un pH inferior a 2, teniendo dicha solución de fosfato de alúmina-sílice una relación en peso de Al_{2}O_{3}/SiO_{2} comprendida en el intervalo de 0,3:1 a 10:1, con lo que la relación en peso de partículas de silicato cálcico insolubles en agua/SiO_{2} solubilizada presentes en la solución de fosfato de alúmina-sílice es mayor que 1, preferiblemente mayor que 1,5.
3. El aglutinante de la reivindicación 1, en el que los sitios de silicato cálcico son sitios de metasilicato cálcico que tienen una naturaleza sustancialmente acicular con una relación longitud/diámetro de 2/1 a 50/1, ventajosamente de 3/1 a 20/1.
4. El aglutinante de la reivindicación 3, en el que los sitios de metasilicato cálcico tienen una longitud media de 10 \mum a 10 mm, ventajosamente de 50 \mum a 5 mm.
5. El aglutinante de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la relación en peso de sitios de silicato cálcico/enlaces de fosfato alúmina-sílice está comprendida entre 0,1 y 1,1, ventajosamente entre 0,3 y 0,9, preferiblemente entre 0,4 y 0,7.
6. Un producto que comprende al menos un aglutinante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, y al menos una carga.
7. Un kit para preparar una composición aglutinante inorgánica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo dicho kit:
-
un recipiente de bolsa que contiene un silicato cálcico insoluble en agua, y
-
uno o más recipientes o bolsas que contienen compuestos para preparar una solución ácida de fosfato de alúmina-sílice o que contienen una solución de fosfato de alúmina-sílice, siendo el pH de dicha solución medido a 20ºC inferior a 1,5, ventajosamente inferior a 1, preferiblemente inferior a 0,5, en la que se solubiliza la sílice.
8. Un procedimiento para preparar un aglutinante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se mezclan partículas de silicato cálcico insoluble en agua con una solución ácida de fosfato de alúmina-sílice a una temperatura inferior a 50ºC, comprendiendo dicha solución ácida de fosfato de alúmina-sílice SiO_{2} solubilizado y teniendo un pH inferior a 2, ventajosamente inferior a 1,5, preferiblemente comprendido entre 0,5 y 1,5, teniendo dicha solución de fosfato de alúmina-sílice una relación en peso de Al_{2}O_{3}/SiO_{2} comprendida en el intervalo de 0,3:1 a 10:1, ventajosamente de 0,6:1 a 6:1.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la relación en peso de partículas de silicato cálcico insoluble en agua/ SiO_{2} solubilizado presentes en la solución de fosfato de alúmina-sílice es superior a 1, preferiblemente superior a 1,5.
10. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que las partículas de silicato cálcico son partículas de metasilicato cálcico que tienen una naturaleza sustancialmente acicular con una relación longitud/diámetro de 2/1 a 50/1, ventajosamente de 3/1 a 20/1.
11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que las partículas de metasilicato cálcico tienen una longitud media de 10 \mum a 10 mm, ventajosamente de 50 \mum a 5 mm.
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que las partículas de silicato cálcico actúan como sitios de reticulación para enlaces de fosfato de alúmina-sílice.
13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la relación en peso de partículas de silicato cálcico/solución de fosfato de alúmina-sílice está comprendida entre 0,1 y 1,1, ventajosamente entre 0,3 y 0,9, preferiblemente entre 0,4 y 0,7.
14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que se mezcla una carga con las partículas de silicato cálcico que se mezclan antes con la solución ácida de fosfato de alúmina-sílice y/o se mezcla una carga con la mezcla de silicato cálcico/solución de fosfato de alúmina-sílice, antes de su endurecimiento.
15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que el endurecimiento del aglutinante se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 0ºC y 50ºC.
16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15, en el que el aglutinante se endurece bajo presión.
17. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 16, en el que el silicato cálcico insoluble en agua es un metasilicato cálcico que tiene una naturaleza sustancialmente acicular con una relación longitud/diámetro de 2/1 a 50/1, ventajosamente de 3/1 a 20/1.
18. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el metasilicato cálcico tiene una longitud media de 10 \mum a 10 mm, ventajosamente de 50 \mum a 5 mm.
19. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 18, en el que la cantidad de silicato cálcico añadida a la solución ácida de fosfato de sílice-alúmina es tal que la relación en peso de silicato cálcico/ SiO_{2} presentes en la solución ácida está comprendida entre 1 y 5, ventajosamente comprendida entre 1,5 y 3,5.
20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que la cantidad de silicato cálcico añadida a la solución ácida de fosfato de sílice-alúmina es tal que la relación en peso de silicato cálcico/SiO_{2} presentes en la solución ácida es superior a 2.
21. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 20, en el que la solución ácida de fosfato sílice-alúmina se prepara mezclando una mezcla de sílice y/o alúmina con un ácido que consiste sustancialmente sólo en ácido fosfórico, y añadiendo posiblemente a la solución ácida formada una cantidad adicional de sílice y/o alúmina.
22. El procedimiento de la reivindicación 21, en el que la sílice usada para la preparación de la solución ácida de fosfato de sílice-alúmina es sílice precipitada.
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