Экологически безопасные кислотоупорные силикатные составы без содержания кремнефторида (кремнефтористого натрия)
Традиционным материалом, применяемым для укладки кислотоупорной плиток и кирпичей, является силикатная кислотоупорная (кислотостойкая) замазка, состоящая, как правило, из кислотостойких наполнителей, вяжущего и отвердителя. В качестве вяжущего обычно используют натриевые или калиевые жидкие стекла, которые разжижают керамическую массу наполнителя и связывает ее в единый монолитный силикатный камень.
Для прохождения необратимой реакции выделения из жидких стекол геля ортокремниевой кислоты, обладающего цементирующими свойствами, нужно ввести химические реагенты – отвердители, способные связывать свободную щелочь из жидкого стекла в соответствующие соли.
В середине прошлого столетия в качестве отвердителя советскими учеными было предложено применять фторсодержащие вещества, в частности, гексафторсиликат натрия (кремнефтористый натрий с химической формулой Na2SiF6), который взаимодействует с жидким стеклом, связывает щелочь из него и образует гель ортокремниевой кислоты.
Изделия, полученные с применением кремнефтористого натрия (Na2SiF6), обладают высокой прочностью, водостойкостью и кислотоустойчивы, однако, данная композиция имеет ряд существенных недостатков. В процессе твердения и эксплуатации покрытий (мастик, расшивок швов) из силикатной замазки на кремнефториде образуется фтороводород, который во влажной среде растворяется в воде, с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты HF. Как фтороводород, так и фтороводородная кислота являются опасными веществами для окружающей среды и человека. Они вызывают острые хронические отравления с изменением функций кроветворных органов, органов пищеварительной системы, отек легких. Обладают мутагенным и кумулятивным действием. Плавиковой кислоте присвоен второй класс опасности для окружающей среды, а фтороводородной – первый. ПДК плавиковой кислоты в воздухе рабочей зоны в пересчете на фтор составляет 0,5 мг/м3, а в атмосфере -0,2 мг/м3.
В связи с этим наша фирма на протяжении многих лет вела исследования по синтезу других инициаторов отверждения жидкого стекла, не содержащих опасных компонентов для окружающей среды.
В результате проведенных исследований, на основе смеси фосфорных кислот, нами синтезирован отвердитель, который взаимодействуя с жидким стеклом, медленно разлагается с контролируемым высвобождением кислых продуктов.
Основой синтеза закрепителя нами были выбраны фосфорсодержащие кислоты по той причине, что кристаллические модификации некоторых фосфатов и SiO2 повторяют друг друга, т.е. кристаллографически они могут быть однотипны. Это обусловлено одинаковостью сумм зарядов, а так же близостью радиусов всех трех элементов. Поэтому решетка фосфата в некоторых случаях может рассматриваться как решетка SiO2, в которой половина Si замещена на металл 3-й группы, а другая половина на Р5+ Поэтому было ожидаемо, что некоторые фосфаты могут войти в структуру силикатного полимера, практически не нарушая его состава. Структурные различия между фосфатом и SiO2 проявляются лишь в застывании их расплавов. Если жидкий расплав SiO2 при застывании легко образует стекольную массу, то получить в расплавленном состоянии фосфат невозможно – при нахождении ниже точки расплава закристаллизовывается.
Таким образом, кислые продукты полураспада полученного нами отвердителя (как и в случае применения кремнефтористого натрия) связывают щелочь жидкого стекла и высвобождают гель ортокремниевой кислоты, где стабилизатором являются ионы, содержащиеся в отвердителе. Образовавшийся гель вместе с фосфатами достраивает кристаллическую решетку и получается единая сеть фосфорокремниевого полимера, с чередующимися атомами кислорода. Полученный конечный продукт обладает высокой прочностью, стоек к воде и растворам кислот.
На основе данной разработки на нашем предприятии налажен выпуск полимерсиликатных составов: кислотостойкого полимерсиликатного клея для плитки Химфлекс HN и полимерсиликатной замазки Химфлекс HNM, применяемых для укладки штучных кислотоупорных изделий (кислотоупорная керамическая и шамотная плитка, кислотоупорный кирпич) и предназначенных для защиты строительных конструкций и футеровки сооружений. Данные составы используются преимущественно внутри помещений и цехов, в т.ч. пищевых и выдерживают воздействие агрессивных веществ с pH от 0,5 до 8.
Директор ООО «Химфлекс» Т.Е. Широков
