Способ получения устойчивого при хранении продукта и продукт, полученный этим способом

 

Изобретение относится к тонкодисперсному устойчивому при хранении порошкообразному продукту, содержащему силикат щелочного металла, и способу его получения. Указанный силикат щелочного металла используют, например, для укрепления цемента, строительного раствора или краски для придания им водостойкости. Осуществляют механическое измельчение стекловидного силиката щелочного металла для его превращения в быстроводорастворимый порошок с размером частиц менее 100 мкм. Затем к нему добавляют тонкодисперсный негигроскопичный стабилизатор для предохранения продукта от слеживания. В качестве стабилизатора возможно применение, например, легких зерен алюмосиликата, нерастворимого в воде, и очень тонкого кварцевого порошка. Продукт, содержащий силикат щелочного металла и стабилизатор, может быть включен в качестве ингредиента в сухой тонкодисперсный строительный раствор, цемент или краску, в результате чего для получения из них массы, готовой к использованию, достаточно добавить на месте только воду. 2 с. и 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к устойчивому при хранении тонкодисперсному продукту, содержащему тонкодисперсный силикат щелочного металла, и способу получения указанного продукта.

Силикаты щелочных металлов, такие как натриевое растворимое стекло Na₂O·nSiO₂ и калиевое растворимое стекло K₂O·nSiO₂, где n=3-4, используют, например, в строительных растворах, цементах, красках в качестве усиливающих компонентов и для придания водостойкости. Известно, что силикаты щелочных металлов превращают в тонкодисперсную форму посредством высушивания силикатного раствора. Такой способ высушивания описан среди прочих в литературе [1, 2].

Недостаток силиката щелочного металла, полученного путем высушивания из силикатного раствора, заключается в его относительно медленной растворимости в воде. Поскольку для полного растворения частиц силиката может потребоваться даже около 24 ч, на практике это означает, что указанные частицы не могут быть включены в качестве ингредиентов в строительный раствор, цемент или краску. По этой причине силикаты используют в виде предварительно приготовленных растворов, предназначенных для смешения на месте с другими твердыми ингредиентами вяжущей смеси.

О медленной растворимости силиката, полученного путем высушивания, можно судить по данным таблицы, приведенной в литературе [1] на с. 3, согласно которым увеличение вязкости, возникающее вследствие образования геля, следующего за растворением, было очень незначительным в первые пять минут и более заметным через полчаса, хотя конечная стадия не была достигнута даже через 24 часа. Согласно публикации, в качестве гелеобразующего агента был использован кремнефторид натрия. Из примеров 5 и 6, приведенных в литературе [2] , следует, что в продукте, содержащем порошок силиката натрия, полученного путем высушивания, гелеобразование происходило в период от четверти часа до часа.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке такого раствора, который позволил бы перевести силикат щелочного металла в порошкообразную форму, способную к существенно более быстрому растворению в воде, чем обычные силикаты, полученные путем высушивания из раствора, вследствие чего такой силикат можно было бы включить в качестве ингредиента в состав отверждаемого порошкообразного продукта, такого как строительный раствор или краска, без необходимости использования ускорителя растворения или гелеобразования. Согласно изобретению, способ получения порошкообразного продукта, содержащего силикат щелочного металла, отличается тем, что осуществляют механическое измельчение твердой стекловидной массы силиката щелочного металла для ее перевода в быстрорастворимый в воде порошок, размер частиц которого менее 100 мкм, и добавляют в порошок тонкоизмельченный негигроскопичный стабилизатор для предохранения продукта от слеживания.

Согласно настоящему изобретению, силикатный порошок, полученный механическим измельчением, более быстро растворяется в воде, чем порошок, полученный путем высушивания. Экспериментально установлено, что порошок полностью растворяется в холодной воде через 2-3 минуты без необходимости добавок, усиливающих растворение. Содержание силиката в растворе, полученном таким способом может доходить до 40 мас.%, хотя на практике, в основном, применяется концентрация 1-5 мас.%.

Порошок силиката щелочного металла, получаемый механическим размалыванием, при очень тонком измельчении внешне напоминающий пшеничную муку или картофельный крахмал (средний размер частиц ниже 1 мкм), характеризуется гигроскопичностью, вследствие чего он, поглощая влагу из воздуха, начинает слеживаться и, в конце концов, становится похожим на стекловидную массу, подобную той, из которой он получен.

Согласно изобретению, для предотвращения этого явления в порошок силиката щелочного металла добавляют тонкоразмолотый стабилизатор, для того, чтобы поддерживать порошок в сыпучем состоянии, пригодном для хранения. Согласно изобретению, смесь порошка и стабилизатора может быть смешана с ингредиентами сухого тонкоразмолотого строительного раствора, цемента или краски, в результате чего для получения на месте массы, готовой к использованию, необходимо добавить только воду. О растворении порошка силиката и гелеобразовании можно судить по немедленному осаждению массы.

Согласно настоящему изобретению, полученные строительный раствор, цемент или краска характеризуются относительно быстрым затвердеванием после добавления воды. Указанное свойство имеет особое значение в красках, препятствуя нежелательному стеканию их по вертикальным поверхностям.

Согласно изобретению, твердая стекловидная силикатная масса, измельченная путем дробления, может быть приготовлена, например, путем высушивания силиката из раствора, при этом можно использовать имеющиеся в продаже силикаты. Размалывание можно осуществлять с использованием шлифовальных кругов или других известных способов измельчения минеральной массы.

Согласно изобретению, качество тонкоразмолотого стабилизатора, добавляемого к порошку силиката щелочного металла, может изменяться, как показали предварительные исследования. Существенной особенностью стабилизатора является то, что он сам по себе негигроскопичен, а также то, что он разделяет размолотые частицы силиката, предотвращая их слипание. Для этой цели очень подходят нерастворимые в воде полые стеклянные зерна, полученные из алюмосиликата, с размером частиц от 50 до 300 мкм. Одним из таких продуктов является, например, Enlett 300, поставляемый фирмой Nordiska Mineralprodukter Ab, максимальный размер частиц которого 300 мкм, средний размер 75 мкм, плотность 0,20 г/см³, гигроскопическая влажность 0,4 мас.%. Такой стабилизатор можно примешивать к щелочному силикату в количестве от 40 до 50 мас.%. Установлено, что подходящее соотношение в смеси составляет 50 мас.% стабилизатора и 50 мас.% силиката щелочного металла. Стабилизатор из алюмосиликата нерастворим в воде, но поддерживает частицы силиката щелочного металла в сухом и сыпучем виде, а также быстрорастворимой после добавления воды.

В качестве другого эффективного стабилизатора предлагается тонкоизмельченный порошок кварца с размером частиц менее 0,1 мкм, наиболее предпочтительно от 2 до 40 нм. Предполагают, что действие указанного стабилизатора обусловлено способностью его частиц к образованию защитной оболочки вокруг частиц силиката щелочного металла значительно большого размера, что препятствует, таким образом, адсорбции ими воды и слипанию их друг с другом. При этом требуется меньшее количество действующего таким образом стабилизатора, от 3 до 10 мас.%, предпочтительно около 5 мас.% от количества силиката щелочного металла. В качестве примера подходящего порошка тонкоразмолотого кварца можно привести продукт Aerosil, поставляемый фирмой Degussa AG, разнообразные гидрофильные и гидрофобные формы которого представляют собой главным образом диоксид кремния со средним размером частиц от 7 до 40 нм. Согласно настоящему изобретению, предпочтительными являются гидрофильные формы, такие как Aerosil 200.

Согласно настоящему изобретению, продукт может одновременно содержать стабилизаторы различных типов. Можно, например, приготовить механически размолотое растворимое стекло с добавлением зерен алюмосиликата (Enlett) и очень тонкодисперсного порошка кварца (Aerosil), размер частиц которых имеет один порядок. В этом случае смесь будет содержать 45 мас.% силиката щелочного металла, 50 мас.% Enlett 300 и 5 мас.% Aerosil-200.

Согласно настоящему изобретению, как указано выше, продукт, содержащий силикат щелочного металла, отличается тем, что он содержит твердые механически измельченные водорастворимые силикаты щелочных металлов с размером частиц менее 100 мкм, предпочтительно от 0,1 до 10 мкм, смешанные с тонкодисперсным негигроскопичным стабилизатором для предохранения его от слеживания. Различные примеры реализации изобретения описаны выше и в приведенных пунктах формулы изобретения.

Пример 1. Водный раствор силиката натрия высушили с образованием твердого стекловидного растворимого стекла, которое затем подвергли механическому размалыванию до достижения размера частиц менее 100 мкм. Полученный таким образом порошок растворимого стекла смешали с 5 мас.% выпускаемого в промышленности порошкообразного сухого портландцемента. Добавили в смесь воду в количестве 40 мас.% от количества цемента, с получением жидкой тестообразной массы. Через 1 мин после добавления воды наблюдали невооруженным глазом загущение смеси, через две минуты смесь стала кашеобразной, а через пять минут приобрела густую тестообразную консистенцию. Испытание доказало быстрое растворение механически размолотого жидкого стекла и последующее гелеобразование.

Пример 2. Повторили операции, описанные в примере 1, но вместо растворимого стекла использовали калиевое растворимое стекло, представляющее собой силикат калия. Результаты испытания те же, что в примере 1, то есть в течение пяти минут смесь механически размолотого калиевого растворимого стекла стала густой и тестообразной.

Пример 3. В сухой цемент того же состава, что в примере 1, добавили 5 мас.% порошка силиката Portil N, полученного путем высушивания и поставляемого фирмой Ahlsell Mineral AB, который представляет собой по химическому составу растворимое стекло формулы Na₂O·3,3 SiO₂. Воду добавили тем же способом, что в примере 1 до получения жидкой текучей тестообразной консистенции. Никаких видимых изменений вязкости массы в течение получаса не было отмечено.

Испытание повторили с использованием силикатного порошка Portil A, поставляемого фирмой Ahlsell Mineral AB и получаемого методом высушивания, который содержит больше натрия по сравнению с кремнием. Результат испытания был тот же, т.е. в течение получаса не наблюдали никаких изменений вязкости.

Пример 4. Смешали 50 мас.% порошка растворимого стекла, размолотого как в примере 1, и 50 мас.% продукта Enlett 300 (полых зерен алюмосиликата со средним размером частиц 75 мкм). Получили сыпучий порошкообразный продукт. Продукт оставили в помещении на воздухе в течение 6 месяцев. После хранения 5 мас.% продукта, который остался сыпучим порошком, было смешано с холодной водой. Менее чем через две минуты растворимое стекло полностью растворилось, а алюмосиликат отделился в виде нерастворимого компонента на поверхности воды.

Очевидно, что примеры реализации изобретения не ограничиваются примерами, представленными выше, и могут варьировать в пределах приведенной формулы изобретения.

Литература 1. Выложенная заявка Великобритании 2086402 2. Публикация заявки Финляндии 426578.

Формула изобретения

1. Способ получения устойчивого при хранении продукта, представляющего собой тонкодисперсный силикат щелочного металла, отличающийся тем, что осуществляют механическое измельчение твердого стекловидного силиката щелочного металла для превращения его в быстроводорастворимый порошок с размером частиц менее 100 мкм и затем к полученному порошку добавляют тонкодисперсный негигроскопичный стабилизатор для предохранения продукта от слеживания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силикат щелочного металла представляет собой натриевое растворимое стекло, или калиевое растворимое стекло, или их смесь.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стабилизатор состоит из полных стеклянных зерен размером от 50 до 100 мкм, нерастворимых в воде.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора используют алюмосиликат, при этом силикат щелочного металла и алюмосиликат смешивают в соотношении от 45 до 60 мас.%, предпочтительно 50 мас.%, силиката щелочного металла и от 40 до 55 мас.%, предпочтительно 50 мас.%, алюмосиликата.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора используют порошкообразный кварц с размером частиц менее 0,1 мкм, предпочтительно от 2 до 40 нм.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в количестве кварца составляет от 3 до 10 мас.%, предпочтительно около 5 мас.% по отношению к массе силиката щелочного металла.

7. Способ по любому одному из пп.1-6, отличающийся тем, что смесь силиката щелочного металла и стабилизатора входит в качестве компонента в строительный раствор, цемент или краску.

8. Порошкообразный продукт, устойчивый при хранении, содержащий тонкодисперсный силикат щелочного металла, отличающийся тем, что содержит твердый механически измельченный водорастворимый силикат щелочного металла с размером частиц менее 100 мкм, предпочтительно от 0,1 до 10 мкм, в смеси с тонкодисперсным негигроскопичным стабилизатором для предохранения продукта от слеживания.

9. Продукт по п.8, отличающийся тем, что силикат щелочного металла представляет собой натриевое растворимое стекло, или калиевое растворимое стекло, или их смесь, а стабилизатор состоит из полых нерастворимых стеклянных зерен, полученных из алюмосиликата, с размером частиц от 50 до 300 мкм, при этом соотношение в смеси силиката щелочного металла и алюмосиликата составляет от 45 до 60 мас.%, предпочтительно около 50 мас.% силиката щелочного металла и от 40 до 55 мас.%, предпочтительно около 50 мас.% алюмосиликата.

10. Продукт по п.8, отличающийся тем, что силикат щелочного металла представляет собой натриевое растворимое стекло, или калиевое растворимое стекло, или их смесь, а стабилизатор представляет собой порошкообразный кварц с размером частиц не более 0,1 мкм, предпочтительно от 2 до 40 нм, при этом количество кварца составляет от 3 до 10 мас.%, предпочтительно около 5 мас.% от количества силиката щелочного металла.

Приоритет по пунктам: 22.02.93 по пп.1, 2, 7 и 8; 10.02.94 по пп.3-6, 9 и 10.