УДК 666.263.2

Туленбаев Ж. С.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Казахстан

Получение покрытий на основе фосфатных соединений.

Применение покрытий на основе фосфатных соединений –эффективное средство предохранения изделий от влияния атмосферных осадков, загрязнений, увеличения водопроницаемости, а также улучшения декоративных качеств фасадной облицовки зданий.

В качестве декоративных покрытии использовались глазури, ангобы, минеральная крошка и композиционные покрытия.

Глазури. Окрашивание прозрачной глазури достигается выводом в ее состав красящих оксидов или их солей, растворяющихся в глазурном расплаве, или вводом огнеупорных красящих веществ в тонкодисперсном состояний, равномерно распределяющихся в массе глазури.

Вспенивание глазури возможно только при условии ее достаточной вязкости. С этой целью в глазурь вводят 3…6 А1₂О₂ или 5% А1₂О₃ с 8…15% силиката циркония (массовая доля компонентов, %). Для изделий декоративного назначения использует пенистую глазурь.

Матовость глазури достигается за счет изменения ее состава, например, при увеличении содержания одного из оксидов или соответствующей обработкой: недожогом, образованием мельчайших пузырьков СО₂ при разложении карбонатов, кристаллизацией прозрачной глазури при охлаждении.

На получение матовой поверхности оказывает влияние скорость охлаждения и температура печи.

Получение кристаллических глазурей высокого качества возможно за счет: строго контролирования режима обжига, а именно выдержки (1…2 ч) при максимальной температуре, регулирования скорости нагрева и охлаждения изделий, изменения газовой среды во время обжига изделий; кроме того, пресыщения глазурного расплава оксидами, способными при охлаждении (переохлаждении) создавать центры кристаллизации, изменением вязкости глазури (снижения) в направлении, способствующем работу зародышей кристаллов; увеличением толщины слоя глазури примерно до 2 мм.

Металлизация глазури достигалось за счет восстановления металла оксидов (меди, никель, кобальта и др.) до металлического состояние созданием восстановительной среды при соответствующих температурах обжига изделий.

Вводимые в состав глазури оксиды влияют на ее важнейшие физико–технические свойства.

Химический состав глазури определяет ее вязкость, температурный коэффициент линейного расширения и качество покрытия. С понижением вязкости связано большее растворение черепка, что может привести к повторному загустению глазури или к ее стеканию с черепка и растрескиванию. Поэтому технологи завода, изменяя химический состав, регулируют свойства глазури и качество глазурного покрытия. Так, при замене оксидов щелочно-земельных металлов в блестящих глазурях на оксид цинка понижается температура фриттования глазури и усиливается ее блеск.

Активные плавни, такие как оксиды калия, натрия, лития способствует понижению температуры разлива глазури, растворению других оксидов. Ввод волластонита частично заменяют полевой шпат, устраняет дефекты (наколы), увеличивает блеск, удлиняет интервал плавления.

В результате замены полевого шпата гранитным отсевом, не требующим предварительного обжига, достигнута экономия электроэнергии и топлива за счет сокращения времени помало почти 3 раза и снижение на 50°С температуры розлива глазури при одновременном улучшении ее декоративных свойств.

Замена в шихте глазури боя беложгущегося черепка на 2…5% глинозема способствовало повышению белизны изделий на 2…3%.

С этой же целью увеличивало содержание буры до 15% и соды илимела до 5%, в результате температура розлива глазури были снижена до 900…950°С. При вводе 15% доломита (сверх 100%) на базе прозрачных глазурей получают глазурь белого цвета с температурой разлива 940…1050°С. Для замены буры и борной кислоты в глазурях используют борат кальция, гидроборатовый концентрат, данбурит, датолит и др.

Оксид кальция придает глазури прочность и блеск. При его содержания свыше 18% глазурь кристаллизуется.

Качество глазури зависит не только от содержания в ней двуокиси циркона, но и от соотношение других оксидов (B₂O₃+Na₂O+K₂O, SiO₂ и A1₂O₃). Поэтому как основной плавень фритты вводят B₂O₃ в виде буры или гидроборацитов при общем содержании щелочных оксидов 4…7%. Цирконовые глазури склонны к образованию наколов тем больше, чем ниже ее вязкость и поверхностное натяжение при температуре розлива. Повышения вязкости и поверхностного натяжения при разливе, а также снижение температуры обжига устраняет этот дефект глазури. Применение цирконовой глазури (вместо стронцисвои) улучшает внешний вид изделий, повышает белизну, улучшает блеск, устраняет матовость.

Глазури темных цветов (черный, темно-коричневый, вишневый) могут быть получены на основе андезита с минимальным вводом красящих оксидов (Co₂O₃, Fe₂O₃ и др.).

Соединения фосфора в процессе обжига реагирует с материалом черепка, образуя легкоплавкое стекло. С гексаметофасфатом натрия на основе местных глин были получены глазури коричневого, красного, зеленого и черного цветов.

Высокой эластичностью и способностью к сопротивлению материала тепловым ударам обладает фосфатные полимерные пленки.

Роль связующего в материале декоративного слоя выполняют соли ортофосфорной кислоты, которые образуют при химическом взаимодействии с алюмосиликатными заполнителями или красящими компонентами.

В качестве фосфор содержащего компонента использован гексаметафосфат натрия, технический полифосфат натрия, глина Ленгерского рождения, каолин и другие материалы (таблица №1). Помол сырьевой смеси производятся шаровой мельнице до осадки на сите 4900 отверстий на 1 см² не более 1…1,5%. Время помола 4…6 часов. Плотность суспензии 1,5…1,7г/см3. Глазурь наносят распылением или поливом на свежеотформованный или высушенный сырец. Перед глазурованием поверхность высушенного сырца зачищают. Расход глазури составляет 10 л на 1000 шт. условного кирпича. Обжиг производят при максимальной температуре 920…970°С в туннельной печи.

Новые виды покрытий для лицевого кирпича, разработанные авторами полуфриттованные глазури, позволяют получать как блестящие, так и матовые покрытия.

Таблица 1. Глазури для лицевого кирпича

Компонент	Массовые доли компонентов, % для составов глазурей шифра
	117-16 к	117-16 к1	117-20	6-С-1	7-С
Глина, ВС-1	21,1	21,1	50,0	20,0	11,67
Каолин	28,9	28,9	-	29,57	41,66
Отсев (песок) гранитный	14,1	14,1	4,0	-	-
Натрия полифосфат технический	35,9	35,9	46,0	38,26	36,6
Стеклобой (отход производства цветного стекла): с сульфидом кадмия с кобальтом	- -	- -	- -	12,70 -	- 10,60
Сверх 100% красители: № 207 ВК 31 железный сурик	12 - -	- 3 -	- - 4,5	- - -	- - -
Цвет глазури	Коричневый	Сиреневый	Коричневый	Бежевый

Облицовка заданий изделиями, имеющими матовые покрытия, снижает светоотражения от их поверхности. Кроме того, применение матовых глазурей позволяет существенно сократить расход глазури на 1000 шт. условного кирпича в 2…2,5 раза.

Получение матовых поверхностей достигается добавкой в состав глазури 15…50% глины и каолина или оксида цинка (таблица 2,3).

Таблица 2. Состав глазури (массовая доля компонентов, %)

Компонент	Шифр глазури
	01	02	03	04
Гранитный отсев	50	60	-	-
Датолит	50	-	-	-
Стеклобой	-	30	70	-
Беложгущаяся глина	-	10	30	8,93
Бессвинцовая фритта	-	-	-	72,23
Свенцовая фритта №9	-	-	-	8,14
Пигмент охристый №203				10,70

Полуфриттованные матовые и полуматовые глазури готовятся на основе бороно-циркониевой и борной фритт ФБЦ-4, ФБЦ-19, ФБ-1.

Температурный коэффициент линейного расширения глазурей на основе фритты ФБЦ-19 изменяется в зависимости от количества вводимой глины от 5,28 до 3,10·10^-6°С^-1. Наносят полуфритованные глазури поливом или распылением как на высушенный, так и на свежеотформованный сырец.

Крошка. Минеральную крошку применяют для создания зернистой фактуры. Крошку наносят сразу после формирования кирпича. Решая проблему использования отходов горнодобывающей промышленности (отсевы при добычи гранита, кварцита, базальта, габбро, обсидианов и другие горных пород, не разглающихся в процессе обжига), разработаны составы покрытий.

В качестве искусственной крошки используют шамот природно-окрашенных глин, отходы производства цветного стекла, смальты, а также специально окрашенный шамот. Его окрашивают с помощью красящих оксидов – хрома кобальта, марганца редкоземельными элементами.

Кроме того, могут использоваться окрашенные отходы других производств, например, пиритные огарки, красный шлам, а также окрашенные искусственные силикаты воллостонит, диопсид, монтичеллит и др.

Ангобы. Этот вид покрытия – промежуточный по свойствам между черепком и глазурью, т.е. не полностью расплавленным, но в то же время боле плотным по сравнению с материалом изделия.

Спекшийся ангоб должен обладать рядом свойств, при нисущих глазури. Почти полное скопление ангобного слоя с черепком обеспечивает достаточную прочность сцепления.

Ангоб готовят с использованием шликерной переработки компонентов. Остаток на сите 10000 отверстии в 1 см2 составляет 1…3%, плотность – 1,6…1,8 г/см3, влажность – 50…54%, текучесть – 2…4 с. Введение в состав ангобов боя оконного стекла, кальцинированной соды, буры или других плавней позволяет менять их эксплуатационные и декоративные свойства.

Разработаны составы ангобов, массовая доля стеклофазы в которых составляет 30…50%.

При выборе состава ангоба не обходимо учитывать взаимное влияние этих компонентов на свойства покрытия в целом. Толщина ангобных покрытии может быть от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Подготовленная масса поступает на установку СМ – 1173, работающую синхронна с основным прессом (СМ – 443 А) и наносящую лицевой слой на две стороны формуемых изделий. Влажность массы лицевого слоя должно быть на 2…3% больше влажности основной массы, что обеспечивает лучшее ее диффундирование в массу бруса и способствует прочному соединению. Вакуумирование лицевого слоя не рекомендуется, так как с повышением ее плотности ухудшается сцепление с основной массой изделий принцип двухслойного формирования основан на подаче двух масс в переходную головку с формирующей рамкой, обеспечивающей распределение фактурного слоя по ложковой и тычковой сторонам, слоем толщины 3…5 мм. В рамке имеется Г-образной паз трапециевидной формы, обеспечивающий подачу массы фактурного слоя к двум поверхностям бруса. Давления массы фактурного слоя составляет 0,42…0,81 МПа. При недостаточном давлении массы и область их сцепление. При большом давлении масса фактурного слоя диффундирует в массу основного слоя на глубину 0,18…0,28 мм и после дальнейшего прохождения двухслойного бруса через мундштук они прочно соединяются, несмотря на различные давление в момент офактуривания.

Таблица 4. Составы ангобов

№ п.п.	Составы	Массовая доля компонента, %	Цвет ангоба
1	Глина беложгущаяся огнеупорная Стеклобой	90 10	Белый »
2	Глина беложгущаяся огнеупорная Глина красножгущаяся огнеупорная Стеклобой	70 20 10	Кремовый » »
3	Глина беложгущаяся огнеупорная Стеклобой Гематит	60 20 20	Темно-коричневый » »

Таблица 3. Составы полуфриттованных покрытий (массовая доля).

Фритты		Глина		Краситель (%, сверх 100%)										Цвет покрытия после обжига
Борно-цирконие-вая	борная	Бело-жгущаяся	Красно-жгущаяся	Пиритные огарки	Cr2O8	№ 450	№ 151	№ 118	№ 36	№ 31	№ 4/32	№ 207	№ 166
60…70	-	40…30	-	10	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Вишневый
60…70	-	40…30	-	-	0,5	-	-	-	-	-	-	-	-	Салатовый
60…70	-	40…30	-	-	2,0	-	-	-	-	-	-	-	-	Зеленый
60…70	-	40…30	-	-	-	10	-	-	-	-	-	-	-	Желтый
60…70	-	40…30	-	-	-	-	8,0	-	-	-	-	-	-	»
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	2	-	-	-	-	-	Синий
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	3	-	-	-	-	-	Голубой
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	-	10	-	-	-	-	»
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	-	-	5	-	-	-	Коричневый
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	-	-	-	5	-	-	Светло-коричневый
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,5	-	Терракотовый
60…70	-	40…30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2	Голубой
-	50…70	50…30	-	8	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Вишневый
-	50…70	50…30	-	-	0,4	-	-	-	-	-	-	-	-	Салатовый
-	50…70	50…30	-	-	1,5	-	-	-	-	-	-	-	-	Зеленый
-	50…70	50…30	-	-	-	7	-	-	-	-	-	-	-	Желтый
-	50…70	50…30	-	-	-	-	7	-	-	-	-	-	-	»
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	7	-	-	-	-	-	Синий
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	2	-	-	-	-	-	Голубой
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	-	8	-	-	-	-	»
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	-	-	4,0	-	-	-	Коричневый
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	-	-	-	4,0	-	-	Светло-коричневый
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,0	-	Терракотовый
-	50…70	50…30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2,0	Голубой
60…70	-	20…15	20…15	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Светло-бежевый
50…70	-	-	50…30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Бежевый
-	50…70	25…15	20…15	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	»