SE437666B - Fergbindemedel innehallande alkalimetallsilikat och sett att framstella sadana bindemedel - Google Patents

Description

1808796-2 f Det har visat sig, att oorganiska bindemedel har överlägsen förmåga i förhållande till organiska bindemedel att skydda mot korrosion, vilket är speciellt värdefullt vid skydd av ferrometaller och alu- miniumlegeringar i en salt miljö.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett oorganiskt bindemedel, som innehåller ett alkalimetallsilikat med ett högt kiseldioxidmol- förhållande och i vilket en silikon framkallar bildningen av en hyd- rogelsol. Med en hydrogelsol menas, att den hydrogel, som ursprung- ligen tillsättes under processen för framställningen av bindemedlet och som ursprungligen löses, bildar till slut kärnor omkring sili- konmolekylerna under senare steg i framställningsprocessen, vari- genom det bildas en huvudmassa men också en ythydrerad kolloid. Upp- finningen hänför sig även till ett sätt att framställa bindemedlet, vilket sätt kännetecknas av, att en virvel bildas i en utgångslös- ning innehållande ett alkalimetallsilikat och att en kiseldioxid- hydrogel, vatten och en silikonförening tillsättes, varvid virveln upprätthålles hela tiden.

Föreliggande uppfinning använder kända och lättillgängliga bestånds- delar. Till att börja med erhålles ett högt kiseldioxidmolförhållande i stabil form genom att omvandla bindemedlet till en hydrogelsol snarare än en hydrogellösning. Ett högt kiseldioxidmolförhållande är önskvärt, eftersom ett högt molförhållande motsvaras av en hög vattenolöslighet eller en hög vattenresistans hos den anbringade be- läggningen. Det höga kiseldioxidmolförhållandet uppnås genom en till- sats av en stor mängd kiseldioxidhydrogel. Det använda sättet för- hindrar, att en del av hydrogelen avskiljes efter att först ha gått i lösning. Detta åstadkommes genom att skapa sådana förhållanden, att en hydrogelsol bildas.

Sättet börjar med att väga upp en utgångslösning, som innehåller ett alkalimetallsilikat och har ett högsta kiseldioxidmolförhållande av 3,3 samt en fastämneshalt av 35-39% (Fastämneshalten bestämmes i detta sammanhang till summan av vikterna av tillsatserna av S102 samt K20 och/eller Na2O.) Utgångssilikatlösningen kan erhållas från Philadelphia Quartz Company som Kasil 6 eller GTE, Sylvania som PS7. 3 7808796-2 w Dessa silikatlösningar innehåller KZO och inte Na2O. Sådana utgångs- silikatlösningar framställes 1 allmänhet genom att satsa S102, KOH och/eller NaOH, tillsätta vatten och röra om, ofta med upphettning under tryck.

Det har visat sig att, om utgångslösningar med ett högre molför- hållande än de ovan angivna användes, så kommer längre tider att erfordras för att framställa bindemedlet. Om å andra sidan en lös- ning med ett lägre molförhällande användes, skulle mer hydrogel be- höva tillsättas senare i processen. Vad fastämneshalten beträffar, leder en hög fastämneshalt till att mer vatten måste tillsättas senare och leder en avsevärt lägre fastämneshalt kanske till att framställningssättet inte kommer att fungera.

Framställningssättet igångsättes genom att blanda utgångssilikatlös- ningen. Det föredragna sättet att blanda är att genast från början bilda en virvel och att upprätthålla virveln ända till slutet av framställningssättet. Höga hastigheter, i storleksordningen 3000- 4500 varv per minut, användes vanligtvis i syfte att påskynda sättet.

Oavsett vilken hastighet, som används, skall virveln upprätthållas så nära axeln som möjligt för att hålla vattentillsatshastigheten så låg som möjligt och lösningens pH-nivåer så höga som möjligt så att den hydrogel, som senare tillsättes, kommer att lösas fullstän- digt så snart som möjligt. Kiseldioxidhydrogel (hydrerad amorf SiO2), som tidigare har malts till mindre än 350 mikroner och företrädesvis föreligger i form av ett pulver eller kanske en uppslamning, sättes därefter till utgångslösningen. Sådan hydrogel kan erhållas från W.R. Grace Company som RD Hydrogel. Hydrogelen har ett neutralt pH- värde och levereras vanligen med en vattenhalt av 65%, dvs en 35%- ig fastämneshalt. Vattenhalten måste vara så låg som möjligt för att undvika att lösningens pH-värde sjunker. Om pH-värdet sjunker till- räckligt, kommer det att bli omöjligt att erhålla en lösning. Om partiklarna är större än föreslagna gränsen 350 mikroner, kan det finnas en benägenhet till klumpbildning och till att partiklarna kastas ut ur lösningen under upprätthållandet av virvelbildningen.

När virvelbildningen fortsätter, tjocknar blandningen. Värme kan an- vändas, när hydrogelen tillsättes, för att påskynda hydrogelens lösning. s ~¿; fl-ïaígs resa-ev 7808796-2 ß Vatten, företrädesvis avmineraliserat, droppas ned med viss perio- dicitet i mängder, som är tillräckliga för ett upprätthållande av virveln, eller, om det är fråga om ett enkelt blandningssätt, kan vattnet droppas ned i mängder, som är tillräckliga för att minska styvheten eller för att förhindra att blandningen gelar. Vid det föredragna virvelbildningssättet tillsättes vatten, tills virveln blir stabil och en klar trögflytande lösning bildas med en tempera- 'tur av mellan 35 och 70°C. Värme kan användas, om så önskas.- I nästa steg droppas silikonföreningen ned, vanligtvis metyltri- metoxi-silan. Minsta mängden är ca l viktprocent av utgångssilikat- lösningen. Så mycket som 20% har tillsats, men hänsyn måste tagas till kostnaden. Silikonföreningens funktion är att ge lösningen en egen stabilitet genom att omvandla lösningen till en silikonkärna- innehållande hydrogelsol, i vilken kiseldioxiden från hydrogelen reagerar med den hydrolyserade silikonföreningen. Metyltrimetoxi- silan CH3Si(OCH3)3 användes, eftersom den lätt kan skaffas, är re- lativt billig och får tre hydroxylgrupper vid hydrolys, vilket gynnar dess kombinerbarhet m a p vatten. Denna silikonförening kan inköpas från Dow Corning, Inc. Z-6070 eller Union Carbide. Andra sådana med vatten kombinerbara silikoner kan användas, men de flesta silikoner är inte kombinerbara, eftersom de inte är tillräckligt med vatten blandbara eller inte ger den färdiga färgen tillräcklig vattenolöslighet.

Den resulterande lösningen får fortsätta att virvla i ca en halv timme, tills silikonen har hydrolyserats och blivit genomsynlíg, och en sista mängd vatten droppas därefter ned i lösningen, tills den för ett bestämt användningsområde önskvärda slutgiltiga fastämnes- halten av oorganiskt material har uppnåtts. En färg kan därefter framställas genom att sätta till skyddande beståndsdelar för ferro- metaller och aluminiumlegeringar såsom zinkpulver eller aluminium- blad, som skyddar med hjälp av galvanisk verkan, eller genom att sätta till färgpigment eller fyllmedel för erhållande av en särskild filmegenskap.

De bindemedel, som framställes enligt det ovan beskrivna sättet, innehåller vatten, Si02 och KZO och/eller Na2O och silikon i form 55612 QUALITÉ 7808796-2 av metylsilanol (CH3Si(OH)3), om den särskilda ovan angivna siliko- nen används. Lösningen föreligger i form av en hydrogelsol, som kan beskrivas som en si1ikon~silikat-sampolymer. Det är betydelsefullt att konstatera, att det inte bildas något slam vid framställnings- sättet, och någon filtrering kräves följaktligen inte. Eftersom dessa bindemedel innehåller vatten, torkar de genom indunstning.

Sådana bindemedel kan också användas som färger på cementhaltiga material eller möjligen trä. De kan också användas tillsammans med ett icke poröst ytterskikt.

Om zink eller aluminium sättes till bindemedlet, beräknas mängden av den metall, som skall sättas till, med hänsyn till de bindemedels- beståndsdelar, som förekommer efter torkningen, dvs grundar sig på fastämneshalten enbart. Mängden tillsatt aluminium är ca l20 g/dm3.

Mängden tillsatt zink är i storleksordningen 80-97 viktprocent m a p den totala fastämneshalten inklusive zinken. Den vanligtvis använda föredragna mängden är ca 93 viktprocent av fastämneshalten. Eftersom bindemedelsporositeten är lägre med mindre zink, fordrar vissa an- vändningar mindre zink, exv 30%.

Typiska kiseldioxidmolförhållanden i bindemedlen enligt föreliggande uppfinning återfinnes i intervallet 4,8:l - 6,0:l, varvid den oorga- niska fastämneshalten är ca l9-27%. Sådana bindemedels beståndsdelar kommer att återfinnas i följande ungefärliga viktprocentintervall (om det antages, att utgångssilikatlösningen innehåller endast KZOY: K2O 2,2 - 5,3 % SiO2 8,38 - 18,4 % H20 66,8 - 86,7 % CH3Si(0H)3 0,3 - 8,5 % Ett utmärkt bindemedel, lätt att framställa, oberoende av var det framställes, uppvisande ett molförhållande av 5,3:l och med en oor- ganisk fastämneshalt av 20-22%, kan ha följande ungefärliga vikt- procentintervall för beståndsdelarna: '7808796-2 s KZO 4,53 - 4,99 % SiO2 15,2 - 16,8 % H20 77,0 - 79,1 % CH3Si(OH)3 1,12 - 1,23 % Det bör observeras, att också när det gäller ett särskilt molför- hållande, återfinns beståndsdelarna i ett intervall, eftersom hydro- gelvattenhalten kan variera och den färdiga solen, före tillsatsen av exv skyddande ämnen, kommer att ha en variabel vattenhalt, bero- ende på mängden tillsatta skyddande ämnen, exv zink.

Som angavs i det föregående, kommer den färdiga färgprodukten efter torkning att vara mer vattenolöslig ju högre bindemedlets molför- hållande är. När molförhållandet ökar, ökar emellertid också fram- ställningstiden, eftersom det då råder ett ofrånkomligt krav på, att mer kiseldioxid skall lösas. Bindemedelskompositioner med högre mol- förhållande kommer också att kräva noggrannare kontroll av framställ- ningssättet. Hydrogelens vattenhalt kommer exv att vara mer kritisk och rätt virvelbildning kommer att bli svårare att upprätthålla.

Vid ett molförhållande av 5,6:l kan framställningssättet genomföras vid atmosfärstryck och typiska omgivningstemperaturer, om små mäng- der skall framställas i en blandare. Den sannolika anledningen till detta är, att den höga hastigheten vid blandningen skapar en del extra värme. När det är fråga om större produktion i kar, i vilka något lägre hastigheter står till buds, kan det bli nödvändigt att tillföra värme från extern källa.

Ett bindemedel med ett molförhållande av 5,6:l ooh en oorganisk fast- ämneshalt av l9-26,6% kan ha följande ungefärliga procentuella inter- vall för beståndsdelarna: KZO 4,1 - 6,1 % SiO2 l4,8 - 22,0 % H20 61,0 - 80,7 % CH2Si(OH)3 0,4 - 10,9 % “w~._ 7 7808796-2 För ett bindemedel med ett molförhållande av 6,0:l och en oorganisk fastämneshalt av l9,27% kan de ungefärliga procentuella intervallen Våra! K2O 4,1 - 5,3 % SiO2 14,9 - l9,4 % H20 66,8 - 80,7 % CH3Si(OH)3 0,3 - 8,5 % Uppfinningen skall även belysas med hjälp av följande exempel, i vilka samtliga delar och procenttal är viktdelar och viktprocent- tal.

Exempel l Följande process enligt uppfinningen avser framställning av ca 3,8 l av ett av ett oorganiskt alkalimetallsilikat bestående bindemedel med ett molförhållande för kiseldioxiden av 5,3:l och med en halt av oorganiska fasta ämnen av 26,5%.

Av denna blandning kan något mindre än 3,8 l bindemedel framställas men kan i allmänhet 3,8 l eller mer färg framställas, förutsatt att skyddande komponenter, pigment eller fyllmedel tillsättes. (a) 2 kg av en utgångssilikatlösning vägs upp, vilken lösning har en fastämneshalt av 35% med ett molförhållande mellan SiO2 och K2O av 3,3:l (motsvarande ett viktförhållande av 2,l:l), (b) 0,823 kg hydrogel med en fastämneshalt av 35% SiO2 vägs upp, (c) 0,901 kg vatten vägs upp, (d) 0,07 kg metyltrimetoxi-silan CH3Si(OCH3)3 vägs upp och lagras i en sluten behållare, (e) utgångssilikatlösningen hälles ned i en behållare och röres om med en hastighet av 3000 varv per minut så att en virvel bildas. (f) Hydrogelen hälles stegvis ned i den uppkomna virveln. Hastigheten kan ökas något men inte så mycket, att beståndsdelarna drivs ut ur kärlet. (g) Den resulterande blandningen blir långsamt tjockare och virveln får en benägenhet att falla samman mot omrörarens axel. Virveln utvidgas därvid en smula, ut från axeln, genom att droppa ned uippooa QUALnï '7808796-2 8 (h) (i) (j) vatten. Virvelsammandragningen och virvelutvidgningen genom vattendroppet upprepas, tills virveln blir stabil så nära axeln som det är praktiskt möjligt. Den hastighet, med vilken virveln faller samman och den därefter stabiliseras med vattentillsats, är större vid processens början, när hydrogelen först tillsättes, än vid slutet av processen. När virveln har blivit stabil, har allt det vatten, som har vägts upp, så när som på ca 15 eller 20%, tillsatts och lösningen är tjock och varm. En klar trögflytande lösning har bildats, med en temperatur av mellan ca 35 och 70°C.

Medan virvelbildningen upprätthålles, droppas silikonföreningen ned från en droppräknare under ett tidsintervall av ca 5 minuter vid virvelns knä. Silikontillsatsen leder till, att virveln ut- vidgas till följd av den resulterande viskositetsminskningen.

Hydrogelsolen början vid denna tidpunkt bildas och den resulte- rande lösningen blir huvudsakligen genomsynlig.

Virvelbildningen upprätthålles i ca en halv timme, så att sili- konen blir grundligt hydrolyserad. Under denna period kan omrö- rarhastigheten minskas och det återstående vattnet tillsättas.

Den färdiga bindemedelslösningen konserveras omedelbart, när den fortfarande är varm. Under kylningen kan, beroende på hur varm lösningen var och hur mycket silikon som sattes till, ett lätt skum bildas på ytan (i motsats till ett slam på bottnen), som till sist löses upp, när lösningen får stå en dag eller en kortare tid.

Exempel 2 Följande process resulterar i ett kiseldioxidmolförhållande av 5,6:l och en fastämneshalt av oorganiska ämnen av ca 27%. (a) 2 kg utgångssilikatlösning, som innehåller 35% fast ämnen med ett molförhållande mellan SiO2 och KZO av 3,3:l (motsvarande ett viktförhållande av 2,l:l), vägs upp, (b) 0,948 kg hydrogel, som innehåller 35% fasta ämnen (SiO2) vägs UPP, (c) 0,860 kg vatten vägs upp, (d) 0,14 kg metyltrimetoxi-silan CH3Si(0CH3)3 vägs upp och lagras i en sluten behållare. (e)-(j) Som i Exempel l. -ïøçt fšfiíÅfi-TÅ

Claims (12)

1. 7808796-2 P A T E N T K R A V l. Ett alkalimetall innehållande oorganiskt bindemedel, k ä n n e t e c k n a t av att det består av ett alkali- metallsilikat, en silikon och vatten i form av en hydrogelsol med ett molförhållande kiseldioxid till alkalioxid på H,8:l till 6,0:l.
2. 2. Ett alkalimetall innehållande oorganískt bindemedel enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att alkalimetall- silíkatet utgöres av SiO2 och K2O och/eller Na2O.
3. 3. Ett alkalimetall innehållande oorganiskt bindemedel enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att silikonen utgöres av metylsilanol. H.
4. Ett alkalimetall innehållande oorganiskt bindemedel enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det innehåller 19-27 % oorganiska fasta ämnen.
5. 5. Ett alkalimetall innehållande oorganiskt bindemedel enligt krav l-H, k ä n n e t e c k n a t av att det består av K2O 2,2 ~ 6,1 % S102 8,38 - 22,0 % H20 61,0 - 86,7 % CH3Si(OH)3 0,3 ~ 10,9 %
6. 6. Förfarande för framställning av ett oorganiskt alkali- metall-silikat-bindemedel enligt föregående krav med ett mol- förhållande kiseldioxid till alkalimetalloxid på U,8:l till 6,0:l, k ä n n e t e c k n a t av a) att en utgångslösning av alkalimetallsilikat vägs upp, b) att silikatlösningen blandas med kiseldioxidhydrogel med en partikelstorlek mindre än 350 mm, ._~" _ jj~fpøea Q* attt: 7808796-2 a W c) att lösningen innehållande hydrogel och silikat blandas med vatten, d) att lösningen innehållande vatten, hydrogel och silikat blandas med en silikon och e) att lösningen innehållande silikon, vatten, hydrogel och silikat blandas med en ytterligare mängd vatten.
7. 7. Pörfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att blandningen åstadkommas genom att upprätthålla en virvel a i lösningen under hela processen.
8. 8. förfarande enligt krav 6 vllcr 7, k ä n n e t e c k n a t av att utgångslösningen av alkalimetallsilikat har ett största kiseldioxidmolförhållande av 3,3 och en fastämneshalt av mellan 35 och 39 %.
9. 9. Förfarande enligt något av kraven 6-8, k ä n n e - t e c k n a t av att silikonen är metyltrimetoxi-silan.
10. 10. Förfarande enligt kraven 6-9, k ä n n e t e c k n a t av att silikonen används i en mängd av minst 1 vikt-procent av utgångssilikatlösningen.p
11. ll. Förfarande enligt kraven 6-10, k ä n n e t e c k n art av att lösningen innehållande hydrogel och silikat blandas med vatten, tills en klar trögflytande lösning bildas med en temperatur av mellan ca 35 och 7000.
12. 12. Förfarande enligt något av kraven 6-ll, k ä n n e - t e c k n a t av att lösningen innehållande hydrogel och silikat blandas med silikonen, tillsden resulterande lösningen blir i huvudsak genomsynlig. ' "".*""'.. ?--~-------.__... 39303 wa Q .