Cemento de oxicloruro de magnesio duradero y procedimiento para el mismo.

Una composición de cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) que comprende:

- magnesia caustica calcinada

- cloruro de magnesio

- ácidos fosfóricos o sus sales correspondientes

- vermiculita exfoliada.

Cemento de oxicloruro de magnesio duradero y procedimiento para el mismo La presente invención se refiere a una composición y un procedimiento para producir un cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) y producto del mismo. Este MOC se puede formar en planchas o pulverizado y es especialmente útil para la protección contra el fuego y la construcción de edificios.

El cemento de oxicloruro de magnesio (también conocido como cemento de Sorel) se forma por una reacción de magnesia calcinada caustica (MgO) y una solución de cloruro de magnesio acuoso. Se ha investigado desde hace varios años. Cuando se fragua, este cemento se caracteriza en general por la presencia de fases cristalinas de 5Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O (fase 5, o F5 a continuación en el presente documento) y 3Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O (fase 3, o F3 a continuación en el presente documento) .

La proporción relativa de los dos compuestos depende, aparte de otros factores, de la estequiometría de la reacción. En comparación con productos basados en cemento de Portland ordinario (OPC) , los productos de MOC tienen muchas ventajas en términos de resistencia a la flexión, dureza de superficie, resistencia al hielo, resistencia a los hongos y retracción térmica baja a temperaturas altas. Para rendimientos óptimos del producto, se prefiere la formación de la fase F5 (Ec. 1) .

5MgO + MgCl2 + 13H2O - 5Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O (1)

Sin embargo, el MOC tradicional fabricado en el sistema de fase ternaria MgO-MgCl2-H2O tiene dos debilidades fundamentales:

- La F5 es inestable en el contacto prolongado con el agua. Bajo estas condiciones, F5 se convierte en brucita (Mg (OH) 2) y la fase F3 y se produce agrietamiento debido a la gran expansión de volumen asociado con la transformación de fase de MgO a brucita (Mg (OH) 2)

- Durante el envejecimiento, se produce la carbonatación de MOC y F5 y F3 se transforman en clorartinita (Mg (OH) 2.MgCl2, 2MgCO3. 6H2O) e hidromagnesita (5MgO.4CO2, 5H2O) . Estas transformaciones conducen al desarrollo de grietas que reducen la resistencia mecánica (P. Maravelaki, et.al, Sorel's cement mortar Decay susceptibility and effect on Pentelic marble, Cement and concrete research, 29 (1999) , 1929-1935; M.D. de Castellar, et.al, Cracks in Sorel's cement polishing bricks as a result of magnesium oxychloride carbonation, Cement and concrete research, 26 (8) , 1199-1202, 1996)

Se han realizado muchos esfuerzos para mejorar la resistencia al agua de los productos de MOC usando aditivos tales como silicato de etilo, ácidos carboxílicos orgánicos y repelentes de agua, por incorporación en la mezcla de cemento antes del fraguado o bien por aplicación al cemento endurecido. El procedimiento más eficaz es estabilizar la F5 (5Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O) por adición de ácido fosfórico o sus sales solubles, como se divulga por el documento US 4.352.694 y obtener un material de MOC resistente al agua para materiales de construcción. Con estas adiciones, la proporción de la resistencia a la compresión en húmedo/seco de los productos de MOC puede ser superior a un 80 %, que está al mismo nivel que la de los productos basados en OPC.

Sin embargo, aún se produce el fenómeno de carbonatación del MOC, lo que aumenta la preocupación sobre la durabilidad del producto a largo plazo. La formación de clorartinita se inicia con la conversión de F5 en la F3 que reacciona con CO2 (Ec. 2) . La hidromagnesita se forma durante la carbonatación de matrices de MOC cuando se produce la lixiviación de MgCl2.

5Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O - 3Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O + 2 Mg (OH) 2 3Mg (OH) 2.MgCl2, 8H2O + 2CO2 -Mg (OH) 2.MgCl2, 2MgCO3-6H2O + 2H2O (2)

En ambos casos, el desarrollo de la carbonatación afecta a la estabilidad de la fase de unión F5 y, por lo tanto, se debilitan la resistencia y la estabilidad dimensional del material de MOC .

Por otra parte, debido a la naturaleza higroscópica del MgCl2, que se puede formar durante reacciones de envejecimiento, esta fase migrará en un ambiente húmedo a la superficie del producto y precipitará como sales de MgCl2 hidratadas blanquecinas que aparecen como eflorescencia o bien absorberá agua mostrando una superficie húmeda o un fenómeno de transpiración. En el peor caso, puede haber gotas colgando sobre la superficie del material.

El documento EP 0 212 743 A2 divulga un material de aislamiento en forma de una composición fraguada que comprende como componentes:

(a) de un 10 a un 30 % en peso de cloruro de magnesio,

(b) de un 0 a un 15 % en peso de una resina orgánica,

(c) de un 0 a un 0, 5 % en peso de un agente de desmoldeo,

(d) de un 0, 1 a un 1 % en peso de un tensioactivo,

(e) de un 6a un 8 % en peso de un vidrio de polifosfato de sodio,

(f) de un 6 a un 20 % en peso de óxido de magnesio,

(g) de un 4 a un 20 % en peso de carga inorgánica,

(h) de un 15 a un 30 % en peso de cenosferas,

(i) de un 1 a un 3 % en peso de ácido ortofosfórico,

(j) de un 0 a un 12 % en peso de fibras inorgánicas, en proporciones globales hasta un total del 100 %, que tiene una densidad en el intervalo de 200 a 500 kg/m3; y su preparación.

El objetivo de la presente invención fue el de proporcionar una composición de cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) que tuviera propiedades mejoradas, en especial con respecto a la resistencia a la carbonatación.

El problema se ha resuelto con una composición de cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) que comprende:

-magnesia caustica calcinada

-cloruro de magnesio

-ácidos fosfóricos o sus sales correspondientes

-vermiculita exfoliada.

La vermiculita exfoliada tiene el sorprendente efecto de estabilizar la F5 frente a la carbonatación. En consecuencia, se puede obtener un producto de MOC estable y duradero, caracterizado porque casi no desarrolla clorartinita ni hidromagnesita durante el envejecimiento.

El nombre vermiculita se aplica a un grupo de minerales de silicato de magnesio hidratado con estructura en capas caracterizado por su capacidad para expandirse en cadenas vermiformes largas cuando se calienta. El procedimiento de expansión del mineral en estas condiciones se denomina exfoliación. Como mineral natural, la vermiculita puede comprender impurezas tales como mica y arcilla con capas mezcladas.

La vermiculita exfoliada es un material elástico resistente al calor conocido. La vermiculita exfoliada se forma convencionalmente expandiendo la vermiculita mineral (vermiculita en bruto) usando gas caliente, denominándose este material en el presente documento "vermiculita exfoliada por gas". El gas se puede generar térmicamente, caso en el que el producto se denomina "vermiculita exfoliada térmicamente" (TEV) . La TEV se puede fabricar calentando rápidamente la vermiculita mineral hasta 750-1000 ºC, temperatura a la que se vaporiza rápidamente el agua (libre y combinada) en la estructura mineral de mena y la repulsión iónica obliga a separar las láminas de silicato que forman la materia prima, logrando de este modo una expansión de 10-20 veces perpendicular al plano de las láminas. Los gránulos formados tienen una composición química que (aparte de la pérdida de agua) es idéntica a la de la materia prima. La vermiculita exfoliada por gas también se puede fabricar tratando la vermiculita en bruto con un producto químico líquido, por ejemplo, peróxido de hidrógeno, que penetra entre las láminas de silicato y posteriormente evoluciona un gas, por ejemplo, oxígeno, para lograr la exfoliación.

Otro modo para la exfoliación es por temperatura desarrollada en un horno de microondas.

Una forma diferente de vermiculita exfoliada se conoce como "vermiculita exfoliada químicamente" (CEV) y se forma tratando la mena e hinchándola en agua. En un posible procedimiento de preparación, la mena se trata con solución de cloruro de sodio saturada para intercambiar iones de magnesio por iones de sodio y después con cloruro de nbutilamonio para reemplazar iones de sodio por iones n-C4H9NH3+. El hinchamiento tiene lugar en el lavado con agua. El material hinchado se somete después a un cizallamiento alto para producir una suspensión acuosa de partículas de vermiculita muy finas (diámetro inferior a 50 !m) .

Se puede usar tanto TEV como CEV de acuerdo con la invención.

Típicamente, la vermiculita exfoliada tiene una densidad aparente inferior a 0, 300 g/cm3, preferentemente de entre 0, 050-0, 200 g/cm3, más preferentemente de entre 0, 100-0, 150 g/cm3. La vermiculita en bruto tiene una densidad aparente de entre 0, 500-1, 000 g/cm3.

Un tamaño adecuado de la vermiculita exfoliada es de entre 0-10 mm, preferentemente de entre 0-2 mm. Normalmente,... [Seguir leyendo]

1. Una composición de cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) que comprende:

-magnesia caustica calcinada

-cloruro de magnesio

-ácidos fosfóricos o sus sales correspondientes

-vermiculita exfoliada.

2. El MOC de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente aditivos funcionales o cargas y/o estabilizadores adicionales.

3. El MOC de la reivindicación 1 ó 2, en el que la cantidad de vermiculita es de desde un 1 hasta un 80 % en peso, preferentemente desde un 1 hasta un 30 %, más preferentemente desde un 1 hasta un 20 % o de un 5 a un 20 % en peso.

4. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el MOC comprende al menos un estabilizador adicional para mejorar la resistencia al agua, en especial un estabilizador seleccionado del grupo de ácidos orgánicos, silicatos de alquilo, compuestos de silicio y siloxano hidrófobos, y mezclas de los mismos.

5. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, MOC que se puede obtener mezclando

- 7-50 % en peso de MgO reactivo,

- 3-20 % en peso de MgCl2,

- 9-50 % en peso de H2O,

- 0, 05-5 % en peso calculado como P2O5 de ácido fosfórico o sus sales correspondientes

- 1-80 % en peso de vermiculita exfoliada, y

- 0-20 % en peso de aditivos funcionales o cargas.

6. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la sal correspondiente se selecciona del grupo constituido por ácido ortofosfórico, fosfato de trisodio y sus hidratos, polifosfato de sodio y sus hidratos, fosfato de aluminio y sus hidratos, y mezclas de los mismos.

7. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 5, en el que los aditivos funcionales se seleccionan del grupo constituido por aceleradores del fraguado tales como ácido clorhídrico, retardadores del fraguado tales como ácido sulfúrico, agentes espumantes, agentes de arrastre de aire, repelentes de agua, súperplastificantes, y mezclas de los mismos.

8. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la vermiculita exfoliada tiene una densidad aparente de menos de 0, 300 g/ cm3, preferentemente de entre 0, 050 y 0, 200 g/cm3, preferentemente de entre 0, 100-0, 150 g/cm3.

9. El MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 2, 5 y 7, en el que los aditivos funcionales o cargas se seleccionan del grupo de CaCO3, cenizas volantes de una central térmica, cenizas de fondo de una central térmica, serrín, perlita expandida, agentes espumantes y/o agentes de arrastre de aire, fibra de celulosa, fibra de vidrio troceada, estera de fibra de vidrio, sílice de pirólisis, talco, mica y mezclas de los mismos.

10. La composición de cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende calcita (CaCO3) en una cantidad de des un 0, 1 hasta un 20 % en peso.

11. El MOC de la reivindicación 9 ó 10, en el que la calcita tiene un tamaño de partícula de 0-200 !m, preferentemente de 5-100 !m.

12. Un producto obtenible por moldeo o pulverización del MOC de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Un procedimiento de fabricación de un cemento de oxicloruro de magnesio (MOC) que comprende la etapa de mezclar un 7-50 % en peso de MgO reactivo, un 3-20 % en peso de MgCl2, un 9-50 % en peso de H2O, un 0, 05-5 % en peso calculado como P2O5 de ácido fosfórico o una sal correspondiente, un 1-80 % en peso de vermiculita exfoliada y opcionalmente de un 0, 1 a un 20 % en peso de calcita, y un 0-20 % de aditivos funcionales o cargas.

14. Uso de vermiculita exfoliada junto con ácido fosfórico o una sal correspondiente como aditivo en un MOC para mejorar la estabilidad en el envejecimiento.

15. Uso de calcita (CaCO3) como aditivo en un MOC de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para reducir la liberación de HCl en caso de fuego.