[发明专利]包含基于磷酸盐化合物的水泥的酸/碱性粘结剂

说明书

本发明涉及基于磷酸盐的无机粘结剂。用于建筑产品的这种类型的粘结剂是由在金属氧化物和由磷酸衍生的盐之间的酸/碱反应产生的。与磷酸或其酸性衍生物反应的大多数碱性氧化物在与水混合时形成均匀的物质，其在环境温度下随时间而固化。在最熟知的磷酸盐基水泥中，可以提及磷酸镁水泥，它们已经被开发出来以与合成树脂竞争，因为它们允许获得快速凝固的混凝土，几乎立即出现所需的强度。它们特别适用于生物医学领域和牙科领域，道路，跑道或桥梁的快速修复中，或在危险废弃物的封装中。这种在美国开发的称为Ceramicrete的这种类型水泥通过将镁氧化物或氧化镁与单磷酸钾KH₂PO₄混合得到。在水的存在下，氧化镁在酸性条件下与磷酸根基团反应以形成不溶性磷酸盐相，其固化并具有陶瓷的性质。该相是式MgKPO₄·6H₂O的k-struvite。形成该相的反应非常快，并需要使用缓凝剂。硼酸经常用于增加这种类型水泥的可加工时间。然而，根据欧洲法规，特别是REACH指令(Directive REACH)，硼酸被分类为对生殖有毒的物质。因此设想了用于控制凝固时间的其它解决方案。论文描述了通过使用特定的氧化镁(即在高温下煅烧的氧化镁)和通过改变所使用的碱性金属氧化物的颗粒尺寸来延长凝固时间并因此可加工性的可能性。然而，这并不允许实现与对于基于波特兰水泥的体系获得的凝固时间或可操作性时间相当的凝固时间或可操作性时间。这种类型的体系的另一个缺点与在氧化镁和磷酸盐之间发生的反应的高放热性有关。用作缓凝剂的硼酸不允许控制反应的热力学。因此，最终用户必须考虑到这种高放热性，这导致在制造建筑材料期间期间在体系中存在的水的显著蒸发。

此外，与这些体系的过高反应性和凝固性相关的另一个缺点是在固化材料的表面上出现漂白区域，其反映出未反应的盐在表面中的上升。这涉及风化的问题，产生明显的美学外观缺陷，这对于所需的应用是不可接受的。

需要开发可用于砂浆组合物中的基于磷酸盐的粘结剂体系，其具有与期望的应用相容的更长的可加工性时间，并且不具有上述缺点。正是在这个框架中描述本发明。

本发明涉及基于磷酸盐的无机粘结剂，其在为X⁺A^-盐的缓凝剂存在时，通过在至少一种碱性成分和酸式磷酸盐之间的反应获得，该缓凝剂在25℃下测定的在水性介质中的溶解度大于酸式磷酸盐的溶解度度，其中：

X⁺是选自碱金属、碱土金属、锌、铝和铵离子的阳离子

A^-是乙酸根、甲酸根、苯甲酸根、酒石酸根、草酸根、油酸根、溴化物或碘化物阴离子。

如上所述的缓凝剂的存在有利地允许控制在所述一种或多种存在的碱性组分和酸式磷酸盐(sel de phosphate acide)之间发生的酸/碱反应的动力学和放热性。使用这种缓凝剂允许避免使用硼酸或其衍生物。

在允许获得根据本发明的粘结剂的酸/碱反应中起碱作用的碱性成分选自金属氧化物，金属氢氧化物或硫酸盐。金属氧化物可以是氧化钙，氧化镁，氧化锌，氧化铝和/或氧化铁。金属氧化物也可以以包含一种或多种金属氧化物的更复杂的无机化合物的形式被引入。在这种类别中可以提及硅酸盐，冶金炉渣(例如钢铁炉渣或高炉炉渣)，石灰，粉煤灰，白云石，云母，高岭土和/或偏高岭土。金属氢氧化物，例如氢氧化镁或氢氧化钙也可以用作为允许形成本发明的粘结剂的碱性成分。硫酸盐如硫酸钙也可以用作为允许形成根据本发明的粘结剂的碱性成分。在硫酸钙源中，可以提及生石膏，熟石膏，半水合物和/或无水石膏。可以使用这些不同的金属氧化物、金属氢氧化物和硫酸盐的混合物以制备根据本发明的粘结剂。

优选地，根据本发明的粘结剂由至少两种碱性组分的混合物获得，其中至少一种选自氧化镁，氢氧化钙或氢氧化镁，硅灰石，氧化铝，冶金炉渣和硫酸钙。附加的碱性成分这时可以选自高岭土，偏高岭土，粉煤灰，石灰，白云石，煅烧粘土，云母和/或滑石。

参与形成本发明的粘结剂的酸-碱反应的酸式磷酸盐选自：

-钾、钙、镁、铝、钠或铵的磷酸氢盐，

-钾、钙、镁、铝、钠或铵的磷酸二氢盐，

-钾、钙、镁、铝、钠或铵的酸式焦磷酸盐，和/或

-钾、钙、镁、铝、钠或铵的酸式多磷酸盐。

这些酸式磷酸盐可以单独使用或混合使用。