ES2241880T3 - Aglutinante de fosfato y su preparacion. - Google Patents
Aglutinante de fosfato y su preparacion.Info
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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.
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.
*: 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.
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.
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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