ITRM20080537A1

ITRM20080537A1 - Composizione abrasiva

Info

Publication number: ITRM20080537A1
Application number: IT000537A
Authority: IT
Inventors: Leonardo Franco
Original assignee: Eraclit Venier S P A
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-09
Also published as: EP2175002B1; EP2175002A1; ATE532839T1; ES2377360T3; SI2175002T1

Description

DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE

C. TITOLO

COMPOSIZIONE ABRASIVA

O. RIASSUNTO

Una composizione abrasiva è ottenuta tramite la miscela di una parte in polvere ed una parte liquida e la sua parte in polvere comprende ossidi abrasivi in una quantità compresa tra circa il 99,0 % ed il 99,99 % e additivi reologici in una quantità compresa tra circa lo 0,01 % ed l’1 %, in cui tali additivi reologici appartengono alla categoria delle Hectoriti organicamente modificate e/o dei copolimeri sintetici polielettroliti.

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Composizione abrasiva”

La presente invenzione si riferisce ad una composizione abrasiva, in particolare per la produzione di mole abrasive.

In diversi settori industriali sono largamente impiegate polveri e paste abrasive per la lavorazione, ad esempio tramite mole, di vari prodotti, in particolare in materiali metallici.

Sono note svariate composizioni per tali polveri e paste, che impiegano, quali componenti abrasivi, ossidi di vari elementi utilizzati in forma di polvere e dispersi all’interno di un liquido o di un gel. Un esempio di tali ossidi è rappresentato dall’ossido di magnesio che, in particolare, permette di ottenere un prodotto abrasivo non eccessivamente costoso, e al tempo stesso ecologico sia nella fase di produzione sia nella fase di smaltimento. L’ossido di magnesio, assieme eventualmente ad altri ossidi e sali, quali ossidi di titanio, ossidi di cobalto, viene poi utilizzato in composizioni acquose o base di gel.

Un esempio di tali composizioni è fornito dalla domanda di brevetto giapponese JP 2001 288456, nella quale viene descritta una composizione abrasiva comprendente dallo 0,1 al 50 % in peso di un abrasivo tra ossido di silicone, di alluminio, di cerio, di zirconio, di titanio, di magnesio, dallo 0,001 al 10 % in peso di sali quali periodato di potassio, di sodio o di litio e acqua. In generale, tuttavia, non sempre e non ovunque tutti i componenti suddetti sono facilmente e reperibili e quindi, in alternativa, nella domanda di brevetto europeo EP 411 413, viene in particolare descritto l’uso in composizioni abrasive di ulteriori combinazioni di ossidi e sali, tra cui, in particolare, l’uso di ossido di magnesio insieme a cloruro di magnesio.

Tale combinazione consente di ottenere quindi una composizione abrasiva in maniera sufficientemente semplice con prodotti che presentano un costo ragionevole e, generalmente, facilmente reperibili.

Tuttavia, una simile composizione non garantisce una sufficiente produttività, intesa come numero di pezzi prodotti a parità di ossido impiegato rispetto ad altre paste abrasive. Infatti, la produzione delle mole abrasive avviene normalmente avviene tramite colaggio di una miscela in uno stampo, il quale determinerà il volume della mola prodotta. Quindi a parità di quantità di ossido, più è elevata la quantità di liquido che è possibile aggiungere alla composizione, maggiore sarà il volume della miscela. Di conseguenza aumentando il volume con maggior impiego di soluzione, si otterrebbero un maggior numero di pezzi finali a parità di ossido impiegato.

Deve essere infatti compreso che il costo di tale composizione deriva essenzialmente dalla quantità di ossido utilizzato all’interno della stessa e, una composizione che richiede meno ossido, a parità del suo potere abrasivo, quindi di produttività, risulta più conveniente dal punto di vista economico.

Pertanto il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire una composizione abrasiva che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema è risolto dalla composizione abrasiva secondo la rivendicazione 1 e dal kit secondo la rivendicazione 15.

La presente invenzione presenta alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che consente di ottenere una elevata produttività pur mantenendo costi contenuti, un potere abrasivo adeguato e ottime caratteristiche ecologiche sia in fase produttiva sia nello smaltimento.

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la composizione abrasiva secondo la presente invenzione è ottenuta tramite miscelazione di una parte in polvere e di una parte liquida. La parte in polvere, escluso l’abrasivo inerte vero e proprio, comprende ossido di magnesio in una quantità compresa tra il 99,0 % ed il 99,99 % del peso complessivo della parte in polvere. Tale ossido di magnesio, una volta che ne è stata effettuata la macinazione ed è quindi pronto per essere utilizzato nella composizione secondo la presente invenzione, presenta preferibilmente le seguenti caratteristiche chimico-fisiche:

Attività Internazionale (metodo dell'acido citrico) = da 20 a 500 secondi

- Granulometria:

Trattenuto al setaccio: 106 micron < 1%

63 micron < 16 %

Peso Specifico compattato: < 1,07 kg/l

I valori dell’attività internazionale, che, per inciso, fornisce una misura della reattività del materiale, sono stati ottenuti secondo il metodo dell’acido citrico e, tale misurazione può essere effettuata nel modo descritto a seguire. In generale, il grado di aggressività di una soluzione di un acido di media forza, sul materiale in esame, può essere rilevato quale indicazione della reattività del materiale stesso.

Più precisamente le definizioni “attività secondo il metodo internazionale” o “attività internazionale”, fanno riferimento alla misura del tempo (in secondi) necessario affinché una magnesite calcinata macinata reagisca (ad una data temperatura, ad esempio 30 °C) con una determinata soluzione di acido di media forza, fino a portare il pH della soluzione al valore di viraggio di uno specifico indicatore (ad esempio fenolftaleina).

La reattività di una magnesite calcinata macinata è influenzata anche dalla superficie attiva disponibile, dovuta alla distribuzione granulometrica ed alla porosità del prodotto.

Nel corso della prova che consente di ottenere l’attività internazionale, è opportuno vengano impiegati esclusivamente reagenti di comprovata qualità analitica ed acqua distillata e, in particolare:

acido citrico monoidrato (titolo ≥ 99,8 %) ; (H3C6H5O7⋅ H2O);

sodio benzoato (titolo ≥ 99 %) ; (C6H5COONa);

fenolftaleina soluzione idroalcolica all’1%;

soluzione di acido citrico 0,4 N.

La prova ha luogo sciogliendo 2,5 ± 0,01 g di sodio benzoato e 280 ± 0,01 g di acido citrico monoidrato in acqua distillata in pallone da 2 l (classe A) agitando fino a completa dissoluzione.

Successivamente viene addizionata la soluzione di fenolftaleina (20 ml) e fino ad avere un contenuto complessivo pari a 2 l.

Il contenuto viene di seguito trasferito in una contenitore in vetro scuro da 10 l e viene diluito ulteriormente misurando i volumi con il pallone da 2 l (quest’ultima operazione viene ripetuta 4 volte).

Di seguito, avviene una standardizzazione e correzione della soluzione di acido citrico 0,4 N.

In aggiunta agli elementi prima elencati, vengono utilizzati anche i seguenti reagenti per la standardizzazione:

idrossido di sodio (NaOH) 1 N – che sarà conservato in bottiglia di polietilene ben chiusa.

La standardizzazione ha poi luogo ponendo 100 ml di soluzione di acido citrico misurati con pipetta da 50 ml (classe A) in un bicchiere da 250 ml e titolando con soluzione di NaOH 1 N mediante buretta da 50 ml (classe A) tenendo un bicchiere con ancoretta su un agitatore magnetico, sino al viraggio della fenolftaleina verso il rosa pallido. Si noti che il quantitativo di NaOH 1 N necessario è circa 40 ml.

Per quanto riguarda invece la correzione della soluzione di acido citrico, per ogni 0,1 ml di NaOH 1N consumato in più rispetto ai 40 ml previsti, si aggiungeranno 25 ml di acqua distillata ai 10 l di soluzione di acido citrico. Al contrario, per ogni 0,1 ml di NaOH 1N consumato in meno rispetto ai 40 ml previsti, saranno aggiunti 0,70 g di acido citrico monoidrato ai 10 l di soluzione di acido citrico.

Si noti che, nella prova effettuata, la vetreria volumetrica utilizzata è di precisione analitica, cioè di classe A e, nella descrizione del procedimento di misurazione, l’uso della lettera (A) accanto alla misura volumetrica indica che è stata utilizzata vetreria di classe A.

La vetreria utilizzata deve essere anche accuratamente lavata ed asciugata. Inoltre, la strumentazione utilizzata ha le seguenti caratteristiche: bilancia tarata con precisione lettura 0,0001 g e tolleranza ± 0,0005 g; bilancia tarata con precisione lettura 0,01 g e tolleranza ± 0,05 g; vaschetta termostatica per acqua a 30 °C da porre su agitatore; agitatore magnetico dotato di ancorette ricoperte di PTFE ∅ 6 mm e lunghezza 3 cm;

termometri 0 ÷ 50 °C con divisione almeno 0,5 °C, con uno dei termometri inserito in tappo in gomma per beuta (in modo da consentire la lettura a 30 °C);

cronometro con precisione di 1 secondo;

carta e spatolina per pesate;

cucchiaio.

Quale campioni di riferimento è anche opportuno utilizzare della magnesite calcinata macinata con attività nota.

Il materiale viene opportunamente conservato in contenitori ermetici ed identificabili da un etichetta con riferimenti di tipo, data e caratteristiche.

Una regolazione dei giri dell’ancoretta magnetica è necessaria qualora uno scostamento tra i valori di attività non rientri nell’errore statistico tollerato di ripetibilità di ± 3 secondi, in seguito a prove su campioni delle 2 più recenti date.

La metodologia di prova ha inizio con la preparazione del campione che viene prelevato ed identificato e posto in recipiente a chiusura ermetica asciutto e pulito. Il campione viene omogeneizzato agitando energicamente il recipiente e servendosi, se necessario, del cucchiaio per disgregare eventuali grosse agglomerazioni (agendo con delicatezza per evitare di alterare le dimensioni dei grani).

L’esecuzione della misura dell’attività internazionale prevede quindi di misurare con pipetta da 50 ml (A) 100 ml di soluzione di acido citrico 0,4 N e di versarli in una beuta da 250 ml.

Nella beuta viene quindi introdotta l’ancoretta magnetica e questa viene tappata con il tappo in gomma con inserito il termometro posizionato in modo da risultare pescante nel liquido, senza toccare la ancoretta.

Di seguito, la soluzione viene portata a 30 °C ponendo la beuta nella vaschetta termostatica con acqua a 30 °C posta sulla piastra di un agitatore magnetico.

Una volta che è stata raggiunta la temperatura di 30 °C nella beuta, vengono introdotti con una singola e rapida manovra 2 ± 0,0010 g di magnesite da esaminare, evitando l’adesione di grani alle pareti della beuta. Tale operazione e la successiva, vengono eseguite in stanza termostatata ma senza tenere la beuta in bagno d’ acqua per non falsare la cinetica, funzione dell’incremento di temperatura dovuto all’esotermicità della reazione.

La beuta viene quindi posta sull’ agitatore, isolata dal contatto diretto con la piastra metallica.

Per effettuare la misurazione viene avviato simultaneamente il cronometro e la rotazione del magnete, la quale, per inciso, deve essere sufficiente a garantire un’energica agitazione.

Il tempo in secondi necessario affinché la fenolftaleina presente in soluzione faccia apparire rosa pallido la colorazione della sospensione, che potrà essere registrato, in secondi, tramite il cronometro fornisce pertanto la misura della attività internazionale.

La composizione secondo la presente invenzione, in aggiunta all’ossido di magnesio, utilizza quindi additivi reologici in una quantità compresa tra circa lo 0,01 % e l’1,00 % del peso complessivo della parte in polvere. Tali additivi reologici vengono normalmente utilizzati in una varietà di materiali da costruzione per modificarne le proprietà applicative e di viscosità. Infatti, è stato osservato che l’uso di piccole quantità di alcuni di tali additivi reologici, in combinazione con l’ossido di magnesio suddetto, consente un considerevole aumento della produttività durante l’utilizzo di tale composizione.

In particolare, è stato osservato che l’aggiunta di una quantità rientrante nell’intervallo suddetto di hectoriti organicamente modificate, ad esempio di tipo Bentone® o Benaqua®, entrambi prodotti da Elementis Specialties, di cui il preferito è il BENTONE® LT, oppure copolimeri sintetici polielettroliti, ad esempio tipo Starvis, prodotto da BASF Construction Polymers, di cui il preferito è lo STARVIS 3003 F, può portare ad un aumento di produttività compreso tra il 5 ed il 15%, quando miscelate con una soluzione di cloruro di magnesio che, pertanto, andrà a costituire la parte liquida della composizione secondo la presente invenzione.

Anche gli eteri di cellulosa ed i polosaccaridi hanno proprietà simili a quelle degli additivi summenzionati, ma la reologia degli impasti costituiti dall’ossido di magnesio additivato al quale è stata aggiunta la quantità opportuna di cloruro di magnesio e le cariche inerti abrasive hanno mostrato da una parte, a bassi dosaggi dell’additivo, una scarsa produttività, dall’altra, a più alti dosaggi, una tendenza all’inglobamento d’aria e una aumentata perdita di scorrevolezza degli impasti che pur promettendo delle buone rese, realizzavano delle mole (pezzi finiti) con un maggior numero di difetti.

In maggior dettaglio, le hectoriti organicamente modificate, ad esempio le suddette tipo Bentone® o Benaqua®, sono dei minerali che si ottengono tramite un processo di produzione che è in grado di combinare in modo opportuno le caratteristiche di gelificazione tipiche delle hectoriti con una più elevata compatibilità ed efficacia in sistemi misti o contenenti prodotti organici.

È importante notare che tali minerali sono normalmente utilizzati, nel settore edilizio, negli adesivi per piastrelle, in quanto generano una struttura interna più forte che consente di prevenirne la colatura o, in alternativa, in prodotti di bellezza, tra cui maschere e prodotti per capelli.

Invece, i copolimeri sintetici polielettroliti consistono in polimeri di sintesi e sono principalmente utilizzati nei prodotti cementizi, o non, fluidi o altamente scorrevoli, quali ad esempio le malte o i massetti autolivellanti per il controllo della sedimentazione degli inerti.

La procedura di miscelazione tra gli additivi reologici suddetti e l’ossido di magnesio ha luogo utilizzando un miscelatore adatto per prodotti in polvere, il quale è in grado di assicurare che alla fine del processo di miscelazione ed insacco nella confezione di vendita ci sia la quantità voluta di additivo, e che questa quantità sia costante in tutte le confezioni vendute.

Ad ogni modo, si deve notare che gli additivi reologici potranno essere utilizzati, in maniera analoga, anche su altri ossidi già noti allo stato dell’arte quali polveri abrasive. Come accennato in precedenza, esempi di tali ossidi possono essere costituiti da ossidi di silicio, di alluminio, di cerio, di zirconio, o da corindoni e carburi di silicio.

La composizione abrasiva secondo la presente invenzione consente pertanto, senza compromettere la capacità abrasiva del composto finale della stessa, di incrementare il rapporto tra la polvere e la parte liquida che viene utilizzata durante la produzione degli elementi abrasivi, in particolare mole abrasive. In pratica, la composizione così ottenuta, pur utilizzando una maggiore quantità di parte liquida rispetto ai prodotti noti, mantiene una elevata viscosità e, vantaggiosamente, consente di aumentare la produttiva complessiva della composizione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la parte liquida è formata da una soluzione di cloruro di magnesio o cloruro/solfato di magnesio che permette, pertanto, di realizzare una composizione dalle caratteristiche completamente ecologiche.

La composizione abrasiva potrà inoltre contenere una quantità di cariche inerti, quali ossidi di silicio, di alluminio, di cerio, di zirconio, da corindoni e carburi di silicio ed anche carbonati di calcio o magnesio in una quantità ovvero in un rapporto inerti/legante adeguato al successivo utilizzo dell’elemento abrasivo, fino a che potrà continuare ad aumentare la produttività della stessa secondo il significa esposto precedentemente.

ESEMPIO

A titolo esemplificativo, verranno ora confrontate una composizione preparata secondo tecnica nota e due differenti composizioni secondo la presente invenzione.

a) Composizione nota

1 parte in peso di inerti abrasivi

2 parti in peso di miscela di ossido di magnesio e soluzione di cloruro di magnesio costituita rispettivamente da 100 parti in peso di MgO 70 parti in peso di soluzione di cloruro di magnesio avente densità di 30°Be.

b) Primo esempio di composizione secondo la presente invenzione

1 parte in peso di inerti abrasivi

2 parti in peso di miscela di ossido di magnesio e soluzione di cloruro di magnesio costituita rispettivamente da 100 parti in peso di MgO 0,1% in peso di Bentone® LT e 80 parti in peso di soluzione di cloruro di magnesio avente densità di 30°Be.

c) Secondo esempio di composizione secondo la presente invenzione 1 parte in peso di inerti abrasivi

2 parti in peso di miscela di ossido di magnesio e soluzione di cloruro di magnesio costituita rispettivamente da 100 parti in peso di MgO 0,025% in peso di Starvis 3003 F e 90 parti in peso di soluzione di cloruro di magnesio avente densità di 30°Be.

In conclusione, l’utilizzo di una maggior quantità di soluzione di cloruro di magnesio, o di cloruro / solfato di magnesio, con la stessa quantità di ossido di magnesio, conduce ad un maggior volume complessivo della composizione che, assieme all’aumentata capacità di ricevere cariche abrasive e/o inerti, comporta la produzione di un maggiore numero di pezzi, in particolare mole abrasive che si possono produrre a parità di materie prime utilizzate. In generale, sperimentalmente si è osservato che si possono ottenere incrementi di produttività sino al 15%.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Composizione abrasiva comprendente una parte in polvere miscelata con una parte liquida, detta parte in polvere comprendente: • Ossidi abrasivi in una quantità compresa tra circa il 99,0 %<ed il 99,99 % del peso complessivo di detta parte in polvere;>• Additivi reologici in una quantità compresa tra circa lo 0,01 % ed l’1 % del peso complessivo di detta parte in polvere; detti additivi reologici essendo appartenenti alla categoria delle Hectoriti organicamente modificate e/o dei copolimeri sintetici polielettroliti.
2. Composizione abrasiva secondo la rivendicazione 1, in cui detti ossidi abrasivi comprendono ossido di magnesio.
3. Composizione secondo la rivendicazione 2, in cui detto ossido di magnesio presenta un’Attività Internazionale, misurata secondo il metodo dell’acido citrico, superiore a circa 20 secondi ed inferiore a circa 500 secondi.
4. Composizione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto ossido di magnesio presenta caratteristiche granulometriche tali che il trattenuto al setaccio a 106 micron è inferiore a circa l’1% ed il trattenuto al setaccio a 63 micron è inferiore a circa il 16%.
5. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui detto ossido di magnesio presenta una quantità di MgO superiore a circa l’82% ed inferiore a circa il 92%, una quantità di CaO inferiore a circa il 2,5 %, e di ossidi vari R2O3inferiore a circa l’0,6%.
6. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto ossido di magnesio presenta un residuo insolubile inferiore a circa il 10%.
7. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto ossido di magnesio presenta una perdita a fuoco a 1000 °C inferiore al 3%.
8. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto ossido di magnesio presenta un peso specifico compattato inferiore a circa 1,07 kg/l.
9. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta parte in polvere comprende uno o più tra i seguenti elementi: ossidi di silicio, ossidi di alluminio, ossidi di cerio, ossidi di zirconio, corindoni, carburi di silicio.
10. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta parte liquida comprende una soluzione di cloruro di magnesio.
11. Composizione secondo la rivendicazione 10, in cui detta parte liquida comprende ulteriormente una soluzione di solfato di magnesio.
12. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente cariche abrasive inerti.
13. Composizione secondo la rivendicazione 12, in cui dette cariche abrasive inerti sono presenti in una quantità sostanzialmente pari o inferiori al 50% del peso di detta parte in polvere.
14. Composizione secondo la rivendicazione 13, in cui dette cariche abrasive inerti comprendono uno o più tra i seguenti elementi: ossidi di silicio, ossidi di alluminio, ossidi di cerio, ossidi di zirconio, corindoni, carburi di silicio, carbonati di calcio, carbonati di magnesio.
15. Kit per la preparazione di una composizione abrasiva comprendente una prima confezione contenente una parte in polvere in conformità con quanto descritto in una delle rivendicazioni da 1 a 14, una seconda confezione contenente una parte liquida in conformità con quanto descritto in una delle rivendicazioni da 1 a 14 e istruzioni per la miscelazione di detta parte in polvere e detta parte liquida in maniera da ottenere la composizione in conformità con quanto descritto in una delle rivendicazioni da 1 a 14.