Отверджувальна рідкоскляна композиція для клейових або наповнених сумішей

Стверджувальна рідкоскляна композиція для клейових або наповнених сумішей, яка містить сполуку, що розкладається, яка відрізняється тим, що як сполуку, що розкладається, вона містить ди-(2-бензтіазоліл)дисульфід або його солі з органічними або неорганічними сильними кислотами у КІЛЬКОСТІ 3-7 % мас від сухого залишку рідкого скла Винахід відноситься до будівельної галузі промисловості, а саме до матеріалів, які використовуються при виготовлені конструкцій та покрить, які працюють в умовах дії кислих агресивних середовищ або поперемінної дії вологи та кислот Відомий твердник рідкого скла [заявка Японії №50-20095, СО4В13/22 Твердник рідкого скла, ИЗР 1976, №3, с 88], який, з метою підвищення ВОДОСТІЙКОСТІ та зручного укладання суміші з його використанням, містить поліфосфат цинку, а також оксиду алюмінію та кремнію, гідроокис алюмінію та (або) гідроокис кремнію Однак суміші рідкого скла з таким твердником не мають достатньої життєздатності та МІЦНОСТІ ПІСЛЯ твердіння, оскільки при дисоціації у лужному середовищі поліфосфату цинку за схемами сильних водовідщиплюючих речовин і сприяє більш повному протіканню ряду ХІМІЧНИХ реакцій за схемами (6) =Si-OH + HO-Si- * Н2О + = g« ітд O-Zn-O О 20=^0 о Zn In 6Н2О и 6ОН" 4 6Н* (1) (2) ,0 О 2Н,РО4 (3) ЪЪл к бОН" » 3Zn(OH>2 (4) фосфорна кислота, яка виділяється, вже на холоді зв'язує іон натрію рідкого скла з виділення тринатрійфосфату за схемою 3=Si-ONa + (НО)зРО «* 3=Si-OH + (NaO)3PO (5) Крім того, фосфорна кислота відноситься до =Si-OH + HOZnOH «* Н2О + =Si-O-Zn-1 т д (7) =Si-OH + НОАІ(ОН)2 «* Н2О + =Si-O-AI= і т д (8) що в кінцевому рахунку приводить до одержання каменеподібного матеріалу з високим ступенем зшивки і, як наслідок, з високою ВОДОСТІЙКІСТЮ Тринатрійфосфат, який утворився на початковій стадії (5), виконує роль пластифікатора (як і будь-яка сіль кислоти) та сприяє хорошому зручноукладанню суміші Відома також рідкоскляна суміш [Ас СРСР №704922 С04В19/02, Замазка / Бочковский А А, Пульман Е А , Жалудов В С , Ивашко П П , Ключин А Ф , Лыгин Ю Н , Мартынов О М , Орлов А М , ФиговскийОЛ — опубл БИ 1979, №47, с 100], у якій як твердник рідкого скла використовуються алкільні ефіри оцтової кислоти при співвідношенні компонентів у мас част - рідке скло 100 - алкільні ефіри оцтової кислоти 10-13 - мінеральний наповнювач 250-270 У сильно лужному середовищі рідкого скла алкільний ефір оцтової кислоти вже на холоді дисоціює за схемою CH3COOR «* R+ + СНзСОО (9) н2о «* н + он (10) О со ^со о (О 60343 + R + OH «* ROH + CH3COO + H «* СНзСООН (11) (12) СНзСООН + NaOSN «± CH3COONa + =Si-OH (13) і далі кременева кислота, яка виділилася, у присутності СНзСООЫа коагулює =Si-OH + H O - S N «* Н2О + = S I - O - S N І Т Д (14) з утворенням каменеподібного матеріалу Однак ні оцетнокислий натрій не є сильним коагулянтом, ні оцтова кислота - сильним водовідщиплюючим засобом Тому МІЦНІСТЬ одержаних матеріалів з використанням як твердника рідкого скла алкілового ефіру оцтової кислоти не досягає високих показників Спирт, який виділяється на першій фазі, пластифікує суміш, а потім, у процесі сушки виробу, випаровується разом з водою, забруднюючи навколишнє середовище Відомо [А А Пащенко, В П Сербии, Е А Старчевская Вяжущие материалы Киев, «Вища школа», 1985, раздел IV, с 357], що найбільш ефективним твердником рідкого скла, який найшов широке застосування у промисловості, є кремнефтористий натрій (Na2SiF6) Однак, КІЛЬКІСНІ межі його застосування в даному джерелі не вказані Найбільш близькою за технічною суттю ефектом, що досягається, є суміш [А с СРСР №637367, С04В19/04 Кислотоупорная замазка / Кручинина Л П , Худяков І Ф , Кручинин Ю Д — ИЗР, 1979, №3, с 5], яка містить у мас част (Прототип) - рідке скло 100 - кремнефтористий Na 15-18 - наповнювач 240-280 У даній суміші також як твердник рідкого скла застосовується кремнефтористий натрій, який є крупнотонажним, доступним і недефіцитним відходом виробництва суперфосфату У лужному рідкоскляному середовищі він дисоціює за схемами Na2SiF6 «* 2NaF + Si(OH)4 +4HF (15) + Н 2 О ^ Н + ОН (16) Продукти його дисоціації вступають у реакцію за схемами 4=SiONa + 4HF «* 4=Si(OH)4 + 4NaF (17) Далі кремнева кислота, яка виділилася, у присутності NaF коагулює за вище приведеною схемою = S i O H + H O S N «t Н 2 О + = S I - O - S I = і т д (18) з утворенням міцного каменеподібного матеріалу При цьому має місце і ряд реакцій на наповнювач =SiOH + НОМе= «* Н2О + =Si-O-Me= (19) Якраз участь у реакціях сильної фтористоводневої кислоти сприяє одержанню високоміцних матеріалів Але життєздатність таких композицій не перевищує 25-ь35 хв , що вносить деякі труднощі у технологію і не дозволяє виготовляти більші, за об'ємом партії суміші За основу винаходу поставлено завдання розробити твердники рідкоскляних клейових або наповнених сумішей, які б дозволили одночасно підвищити МІЦНІСТЬ виробів та збільшити життєздат ність сумішей на стадії виготовлення шляхом використання як твердника нових речовин Поставлена мета досягається тим, що в якості твердника рідкоскляних клейових або наповнених сумішей використовуються речовини слідуючого ряду - солі ді-(2-бензтіазоліл)дисульфіду з толуолсульфокислотою або з сірчаною, фосфорною, соляною, азотною, мурашковою та іншими кислотами, - ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід, у КІЛЬКОСТІ 3-7% мас від сухого залишку рідкого скла Сукупність ознак, що заявляється, дозволить, у порівнянні з прототипом, підвищити життєздатність суміші (що спрощує технологію) і МІЦНІСТНІ властивості виробів із неї за рахунок ряду ХІМІЧНИХ реакцій між твердником і рідким склом, а саме (20) ІЬО^НО+ІҐ (20 ООН (22) (23) 2=Si-ONa + H2S «* 2=Si-OH (24) = S i - O H + H O - S N «± H 2 O + = S I - O - S I = і T д (25) Однак, така дисоціація і наступні ХІМІЧНІ реакції з помітною швидкістю протікають при температурі >80°С Саме цей факт і є основним у плані досягнення сумішей на основі рідкого скла з вищеназваним твердником високої життєздатності після приготування (протягом 2-5 діб в герметично закритій пробі не спостерігається зміна в'язкості, прозорості клейової суміші, и показника рефракціг) Сірководнева кислота, яка утворилася після дисоціації при 80°С ді-(2-безтіазоліл)дисульфіду (схема 23) вступає в хімічну реакцію (схема 24) з іоном натрію рідкого скла з виділенням кремневої кислоти та важкорозчинного сульфіду натрію, який висаджується із зони реакції Останнє сприяє здвигу загального процесу праворуч, у бік більш повного зв'язування юну натрію та накопиченню кремневої кислоти У присутності Na2S кременева кислота коагулює (за схемою 25) спочатку до олігомерних низькомолекулярних продуктів з послідуючим гелеутворенням та перетворенням у каменеподібний міцний злитий матеріал Якщо ж твердником рідкого скла використовується не ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід, а його солі з сильними кислотами, то крім вищенаведених (схеми 20-25) реакцій у системі будуть протікати цілий ряд і других реакцій, наприклад, при використанні твердником солі ді-(2безтіазоліл)дисульфіду з толуол сульфокислотою 60343 сіль ді-(2-бензтіазоліл)дисульфіду з мурашковою кислотою формули ООСН (26) Толуолсульфокислота, що виділилась, може як брати участь у реакції з рідким склом за схемою CH, (27) так і виступати сильним водовідщиплюючим засобом (як сильна кислота), сприяючи більш повній конденсації кремневої кислоти у просторову структуру =Si-OH + H O - S N « Н2О + =SI-O-SI= І Т Д ± (28) до повного затвердіння Уся ця гама реакцій, які протікають у системі, з використанням твердників нового ряду, що заявляється, буде сприяти більш повному твердінню рідко-скляного зв'язуючого або сумішей на його основі, що підтверджується побічно по досягненню більш вищих МІЦНІСТНИХ характеристик Сукупність ознак, що заявляється, ілюструється Підко склян прикладами Приклад 1 Даний приклад ілюструє вплив КІЛЬКОСТІ та природи твердника рідкого скла, що заявляється, на одержані МІЦНІСТНІ властивості клейових сумішей Рідко скляним зв'язуючим використовували водний розчин натрієвого рідкою скла за ГОСТ 130-78-81 з силікатним модулем 3,2, густиною 1,41г/см3, сухим залишком 43,5% мас , водний розчин калієвого рідкого скла за ГОСТ 21-3-80 з силікатним модулем 3,1, густиною 1,3г/см3, сухим залишком 40% мас Твердниками рідкого скла використовували за рецептурою прототипу - гексафторсилікат натрію (Na2SiF6) за ТУ 6-09-146176, торгова назва "кремнефтористий натрій" (КФН) для дослідних сумішей ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід за ТУ 6-09107-78, сіль ді-(2-бензтіазоліл) дисульфіду з толуол сульфокислотою формули CXS-, OT>c-s-s4 ГОі яку одержали реакцією 1 молю альтаксу з 1 молем сульфокислоти у водному розчині до рН=7 Тпп=119°С, Методика одержання аналогічна Підко склянній ТПЛ=96°С Оцінку впливу КІЛЬКОСТІ та природи твердника на життєздатність клейової композиції на основі рідкого скла і МІЦНІСТЬ клейового з'єднання, що отримуються, на нормальний відрив здійснювали при склеюванні сухих дерев'яних зразків розміром 20х20х60см, укладених поверхнею, яка склеюється, "хрест-навхрест" і витриманих під тиском 0,1 Мпа протягом 2 годин при 100°С у Підко склфу Життєздатність клейової суміші визначили якісним способом - за здатністю клейової суміші добре намазуватись на дерев'яні поверхні, які склеюються, і МІЦНІСТЮ одержуваного клейового з'єднання для суміші, яку попередньо витримували у кімнатних умовах протягом 2 діб Оскільки рецептура прототипу приведена у мас Частинах, нами був зроблений перерахунок рідкої частини (клейової} у % мас Рецептура клейової частини прототипу у мас Част Становить - рідке натрієве скло 100,0 - кремнефтористий натрій 15-18 (середнє 16,5) Тоді при сухому залишку рідкого скла, яке використовувалось нами у дослідах, рівному 43,5% мас, у його 100 мас Част Буде міститися (100-43,5)/100=43,5 мас част рідкого скла на 100% речовину і 56,5 мас Част Води, яка привноситься з товарним рідким склом (100-43,5) Запишемо вищенаведену рецептуру по новому, у мас Част - рідке натрієве скло на 100% речовину 43,5 - вода, яка привноситься з товарним рідким склом 56,5 16,5 - кремнефтористий натрій 116,5 Разом , Перерахуємо одержану рецептуру прототипу у мас Част На масові проценти рідке скло на 100% речовину (43,5-100)/116,5=37,34% мас , вода, яка привноситься з товарним рідким склом (56,5-100)/116,5=48,5% мас , кремнефтористий натрій (16,5-100)/116,5=14,16% мас Тоді рецептура клейової частини прототипу буде, у % мас - рідке натрієве скло на 100% речовину 37,34 - вода, яка привноситься з товарним рідким склом 48,50 - кремнефтористий натрій 14,16 Разом 100,0 Як видно із експериментальних даних ДОСЛІДНІ 60343 8 суміші в усіх випадках показують більш вищі МІЦНІздійснювали у форми розміром 7х7х7см з наступстні показники у межах 2,31-4,5Мпа проти 1,Підк ним вібруванням протягом 1 хв На стандартному для прототипу (підвищення складає 1,01-3,2Мпа, вібростолі Склад приготовлених сумішей наведеабо 24,6-77,6%) Область оптимальної КІЛЬКОСТІ но у Підко 2 твердника складає 3-7% мас Від сухого залишку Отвердіння сумішей здійснювали у повітрянорідкого скла, при максимумі МІЦНІСТНИХ характерисухих умовах при температурі 20±5°С та ВІДНОСНІЙ стик клейового з'єднання, яка приходиться на 5% ВОЛОЗІ повітря 60-65% протягом доби, а потім при мас [досліди 3,6-8 - які характеризують приклади температурі 100-110°С до постійної маси на використання Підко склян різних речовин ді-(2Фізико-механічні характеристики затверділих бензтіазоліл)дисульфіду (дослід 3), солей ді-(2сумішних матеріалів наведені утабл З бензтіазоліл)дисульфіду з Під ко скляЩІЛЬНІСТЬ ДОСЛІДНИХ зразків визначали шляхом 3 нихПмиПотою (дослід 6), з мурашковою кислотою поділу маси зразка (у грамах) на його об'єм (у см ) (дослід 7), калієвого рідкого скла з ді-(2Коефіцієнт КИСЛОТОСТІЙКОСТІ визначали як віднобензтіазоліл)дисульфідом (дослід 8)] шення МІЦНОСТІ на здавлювання затверділого зразка, витриманого при КИП'ЯТІННІ у 5% сірчаній кислоРаніше [Кузьменко М Я Властивості ДСтП на ті протягом 8 годин до МІЦНОСТІ вихідного силікатному зв'язуючому / Рук Підк в НІІТЕХІМ м Черкаси 27 10 97р. №62-ХІІ-97, с 8] нами було Водопоглинання визначали шляхом Підко показано, що оптимальною КІЛЬКІСТЮ кремнефтосклня різниці у масі зразка, витриманого при ристого натрію від сухого залишку рідкого натрієКИП'ЯТІННІ у ВОДІ протягом 8 годин і вихідного, до вого скла є 7% мас Тому поряд з МІЦНІСТНИМИ хамаси вихідного і вираженого у процентах рактеристиками клейової суміші за прототипом Для зручності порівняння одержаних Підко (яка, до речі, не є оптимальною) нами у ДОСЛІДІ 9 скристик дослідних зразків їх номера у табл 2 і З приведено оптимальний склад з використанням як ідентичні твердника кремнефтористого натрію та МІЦНІСТНІ Як видно із наведених результатів, МІЦНІСТНІ характеристики Навіть у цьому випадку ДОСЛІДНІ показники наповнених дослідних сумішей в усіх суміші показують і більшу життєздатність та МІЦНІвипадках вище прототипу ДОСЛІДНІ суміші показуСТНІ показники ють МІЦНІСТЬ на стиск у межах 38,7-49,8Мпа проти 32,4Мпа для прототипу Перевищення складає 63У подальшому, на прикладах на наповнені 17,4Мпа (17,4-57%) Область оптимальної КІЛЬКОСз'єднання рідко скляних сумішей взято оптимальне ТІ твердника складає 3-7% мас Максимум - при співвідношення КІЛЬКОСТІ твердника на рівні 5% 5% мас Твердника від сухого залишку рідкого мас, від сухого залишку рідкого скла скла Приклад 2 Даний приклад ілюструє властивості наповнеТаким чином, використання як твердника рідних клейових сумішей кого скла або наповнених сумішей на його основі ді-(2-бензтіазоліл)дисульфіду або його солей з Як зв'язуюче використовували натрієве і калімінеральними або органічними кислотами дозвоєве рідке скло з Підко СКЛЯНИХПМИ ПІДКО СКЛЯНИХляє в усіх випадках одержувати більш МІЦНІ матеками ріали з більшим ресурсом роботи в екстремальних Яктвердники умовах гексафторсилікат натрію - для рецептури прототипа, Винахід "Твердники Підко скляних клейових або наповнених сумішей" дозволяє з використанді-(2-бензтіазоліл)дисульфід та його солі ням однієї і тієї ж сировини одержувати більш, МІ- для дослідних сумішей (їх характерисЦНІШІ КИСЛОТОСТІЙКІ матеріали та забезпечувати їх тики описані вище) більш тривалу роботу, окрім того спрощує техноНаповнювач - діабазова мука за СТУ 3613логію за рахунок підвищення життєздатності сумі717-81 з вмістом зерен менше 0 075мм не менше шей 70% мас Виготовлення наповненої силікатної сутуліші Впровадження даного технічного рішення плаздійснювали за стандартною технологією сухі нується у 2001 р в «ОАО Будівельні матеріали та компоненти (кислотостійкий наповнювач і твердбудівництво" при виготовлені кислотостійких фунник) старанно перемішували до повної одноріднодаментних блоків сті і зачиняли рідким склом Укладку готової суміші 60343 10 Таблиця 1 Клейові суміші, в % мас , їх властивості і МІЦНІСТЬ одержаних клейових з'єднань Компоненти Прототип Рідке скло на 100% речовину - натрієве - калієве Твердники рідкого скла - кремнефтористий натрій - ді-(2бензтіазолш (дисульфід - сіль ді-(2бензтіазолш (дисульфіду з толуол сульфокислотою - сіль ді-(2бензтіазолш(дисульфід з мурашковою кислотою Вода, яка привноситься з товарним рідким склом Разом 37,34 ДОСЛІДНІ суміші 1 2 43,17 42,94 3 4 5 6 7 42,6 42,2 41,84 42,5 8 9 42,5 10 11 12 42,2 39,2 14,16 2,94 0,8 1,29 2,13 2,94 3,76 1,96 2,13 2,13 48,50 56,03 55,77 55,27 54,86 54,40 55,27 55,27 58,84 54,86 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 37,92 1,85 КІЛЬКІСТЬ твердника в % мас від сухого залишку рідкого скла Життєздатність клейово суміші при 20°С, хв 35 3,0 5,0 7,0 9,0 5,0 5,0 5,0 7,0 >2900 >2900 >2900 >2900 >2900 >2900 >2900 >2900 32 >2900 >2900 >2900 МІЦНІСТЬ клейового з'єд нання на нормальний відрив, МПа - після приготування суміші - після попередньої двохдобової витримки клейової суміші 1,3 2,31 3,7 4,3 3,8 2,8 4,45 4,1 4,5 1,21 2,04 3,5 4,1 3,6 2,56 4,0 3,8 1,82 4,2 Таблиця 2 Рецептури наповнених сумішей за прототипом та дослідних, % мас Компоненти Рідке скло на 100% речовину - натрієве - калієве Твердники - кремнефтористий натрій - ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід - сіль ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід\ з толуолсульфокислотою - сіль ді-(2-бензтіазоліл)дисульфід\ з мурашковою кислотою Прототип 11,5 ДОСЛІДНІ суміші 1 2 3 4 5 6 7 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 8 11,5 9 11,5 11,5 4,39 0,23 0,345 0,575 0,805 1,035 0,575 0,805 0,575 0,575 Наповнювач - діабазова мука Вода, яка привноситься з товарним рідким склом Разом КІЛЬКІСТЬ твердника в % мас від су хого залишку рідкого скла 69,95 73,11 72,995 72,76 72,53 72,30 72,76 72,76 72,76 72,53 5 5 5 5 5 5 5 15,16 15,16 15,16 15,16 15,16 15,16 15,16 15,16 17,25 15,16 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 37,92 2,0 3,0 5,0 7,0 9,0 5,0 5,0 5,0 7,0 11 60343 12 Таблиця З Фізико-механічні властивості затверділих наповнених сумішей Показники 5 ЩІЛЬНІСТЬ, Г/СМ' Коефіцієнт КИСЛОТОСТІЙКОСТІ Водопоглинання, % мас МІЦНІСТЬ на здавлювання, МПа Комп'ютерна верстка А Крулєвський Прототип 2,13 1,15 2,4 32,4 1 2,23 1,10 2,20 38,7 2 2,22 1,07 2,10 42,5 3 2,20 1,05 2,10 48,6 Підписне ДОСЛІДНІ суміші 4 5 6 2,21 2,20 2,21 1,06 1,10 1,04 2,15 2,17 2,08 44,2 36,8 49,8 7 2,20 1,08 2,12 48,4 8 2,20 1,10 2,0 39,4 9 2,21 1,12 2,3 34,5 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119