Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2458025

(19)

RU

(11)

2458025

(13)

C1

(51) МПК C04B38/10 (2006.01)

C04B40/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина: учтена за 3 год с 11.03.2013 по 10.03.2014

(21), (22) Заявка: 2011108884/03, 10.03.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

10.03.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 10.03.2011

(45) Опубликовано: 10.08.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 3850650 A, 26.11.1974. SU 1680665 A1, 30.09.1991. RU 2005731 C1, 15.01.1994. RU 2017605 C1, 15.08.1994. RU 2140943 C1, 10.11.1999.

Адрес для переписки:

105043, Москва, ул. Первомайская, 66, кв.135, Т.К. Широковой, рег. 361

(72) Автор(ы):

Голубчиков Олег Александрович (RU),

Кашевский Семен Васильевич (RU),

Щибров Борис Николаевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Голубчиков Олег Александрович (RU),

Кашевский Семен Васильевич (RU),

Щибров Борис Николаевич (RU)

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительной промышленности, в частности к способу изготовления теплоизоляционного материала, позволяющего получать материал (изделие), обладающий одновременно низким коэффициентом теплопроводности, экологической и пожарной безопасностью, широким температурным диапазоном эксплуатации, высокими показателями механической прочности. Способ включает подготовку исходной композиции материала, путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту в воду, пенообразователь, наполнитель и вода. Компоненты композиции перед смешиванием готовят раздельно. Предварительно нагревают натриевое жидкое стекло, замачивают длинноволокнистый наполнитель в воде, подготавливают пену из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата. Пену начинают вводить в момент предварительного смешивания жидкого стекла, суспензии наполнителя и отвердителя, причем перемешивание вспененной композиции продолжают до образования однородной смеси, затем заполняют вспененной композицией термоизолированную форму и подвергают ее воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой, при этом композиция содержит компоненты или их смеси при любом их соотношении при следующем содержании компонентов, мас.%:

отверждаемая основа -

30-50%-ное натриевое жидкое стекло

с силикатным модулем 2,8-4,5

71-77

отвердитель -

или натрия гексафторсиликат (Na 2 SiF 6 ),

или натрия гексафтортитанат (Nа 2 TiF 6 ),

или их смеси при любом соотношении компонентов

8,5-9,1

пенообразователь -

или натриевая

или триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата

0,9-3,2

наполнитель - асбест-хризотил марок

или А5, или А4, или A3 или А2

2,4-5,5

вода

остальное

Технический результат - улучшение теплоизоляции, повышение механической прочности. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к строительной промышленности, в частности к способу изготовления теплоизоляционного материала, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционного материала, предназначенного для термоизоляции чердачных и подвальных перекрытий, фасадов зданий, трубопроводов горячего теплоснабжения, конденсационных и терморасширительных баков, технологических трубопроводов пожароопасных производств, емкостей для хранения нефтепродуктов.

Материал, полученный предлагаемым способом, может быть также использован как звукоизоляционный материал.

Для теплоизоляционных материалов указанного назначения чрезвычайно важными показателями являются: коэффициент теплопроводности, экологическая и пожарная безопасность, температурный диапазон эксплуатации, механическая прочность.

Известен способ изготовления теплоизоляционного материала, который включает вспенивание и отверждение композиции, состоящей из карбамидо-формальдегидной смолы, поверхностно-активного вещества, кислого отвердителя, наполнителя и пластификатора (Пат.RU 2317272). Однако недостатками известного способа являются:

- выделение изделиями в процессе производства и эксплуатации экологически вредного формальдегида;

- низкие характеристики пожарной безопасности готового теплоизоляционного материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления теплоизоляционного материала, состоящий из подготовки исходной композиции материала, путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту, пенообразователь, наполнитель и вода (Пат. US 3850650, по кл. С04В 38/00, 1974).

В известном способе смешивают водный раствор водорастворимого силиката - натриевого жидкого стекла, отвердитель, который выделяет кислоту в воду, и, по крайней мере, один вспенивающий агент, выбранный из группы, включающей алканы, алкены, галогенозамещенные алканы, галогенозамещенные алкены и алкиловые эфиры.

В известном способе вспенивание полученной композиции с одновременным ее отверждением ведут путем доведения температуры композиции выше точки кипения вспенивающего агента.

Названный водный раствор может содержать до 95% наполнителя.

Однако известный способ обладает рядом недостатков:

1. Высокая экологическая опасность как в процессе производства, так и при использовании готовых изделий, так как:

- вспенивание растворов жидкого стекла достигают введением в состав отверждаемой композиции экологически вредных органических жидкостей (трихлорфторметана, дихлордифторметана, хлороформа, винилхлорида, трихлорэтилена), которые в процессе производства и при последующем использовании полученных изделий выделяют в атмосферу в количествах, в десятки раз превышающих предельно допустимые концентрации;

- в качестве отверждающих реагентов используют органические соединения, например, бутиловый, изо-октиловый, фениловый эфиры хлормуравьиной кислоты, реагирующие с жидким стеклом, выделяя бутанол, изо-октанол, фенол в количествах, не совместимых с требованиями техники безопасности.

2. Низкие характеристики пожарной безопасности получаемого теплоизоляционного материала, теряющего при воздействии пламени в течение 30 мин с температурой 850°С более 50% массы (группа горючести Г2).

3. Низкое значение допустимой разности температур «холодной» и «горячей» поверхности теплоизоляционных изделий (не более 100°С при толщине теплоизолирующего слоя более 50 мм).

4. Низкие характеристики термостойкости теплоизоляционного материала, разрушающегося при температуре свыше 70°С.

5. Низкая механическая прочность отвердевшей пены, имеющей предел прочности при сжатии менее 50 кПа, что не позволяет использовать ее в качестве конструкционного теплоизоляционного материала.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа изготовления теплоизоляционного материала, обладающего одновременно низким коэффициентом теплопроводности, экологической и пожарной безопасностью, широким температурным диапазоном эксплуатации, высокими показателями механической прочности.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа изготовления теплоизоляционного материала, состоящего из подготовки исходной композиции материала, путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту в воду, пенообразователь, наполнитель и вода, в котором согласно изобретению подготовку компонентов композиции для их смешивания производят раздельно путем предварительного нагрева натриевого жидкого стекла, замачивания длинноволокнистого наполнителя, например, асбеста-хризотила в воде, подготовку пены из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата, при этом смешивание компонентов композиции ведут с одновременным вводом пены, кратность которой зависит от заданной плотности готового теплоизоляционного материала, причем перемешивание продолжают до образования однородной смеси, затем заполняют вспененной композицией термоизолированную форму и подвергают воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой, при этом композиция содержит компоненты или их смеси (при любом их соотношении) при следующем содержании компонентов в композиции, мас.%:

отверждаемая основа -

30-50%-ное натриевое жидкое

стекло с силикатным модулем 2,8-4,5

71-77

отвердитель -

или натрия гексафторсиликат (Na 2 SiF 6 ),

или натрия гексафтортитанат (Nа 2 TiF 6 ),

или их смеси при любом соотношении компонентов

8,5-9,1

пенообразователь -

или натриевая, или триэтаноламмонийная

соль лаурилсульфата

0,9-3,2

наполнитель - асбест-хризотил марок

или А5, или А4, или A3 или А2

2,4-5,5

вода

остальное

Нагрев натриевого жидкого стекла до температуры 35-45°С обеспечивает технологически приемлемое время отверждения пеномассы (15-40 мин), которое не должно превышать 40 мин, иначе происходит усадка пеномассы в процессе ее отверждения, и не должно быть менее 15 мин, иначе существенно уменьшается механическая прочность готового теплоизоляционного материала и возможно отверждение пеномассы в аппарате-смесителе.

Замачивание длинноволокнистого наполнителя, например асбеста-хризотила, в воде необходимо для получения однородной по составу вспененной композиции.

Обработка композиции электромагнитным излучения с частотой колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин необходима для снятия внутренних напряжений в готовом теплоизоляционном материале.

Дополнительная кавитация пены перед заливкой позволяет увеличить ее дисперсность, что способствует снижению коэффициента теплопроводности и увеличению предела прочности при сжатии готового теплоизоляционного материала.

Ведение сушки композиции путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100°С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0,5% дополнительно снижает внутренние напряжения в материале, что позволяет увеличить предельную температуру эксплуатации готовых теплоизоляционных изделий до 250°С и увеличить допустимую величину разности температур «холодной» и «горячей» поверхности теплоизоляционных изделий, например, более 100°С при толщине слоя теплоизолятора 100 мм.

Кратность закономерно увеличивают от 10 до 30 при увеличении заданной плотности готового теплоизоляционного материала от 100 до 250 кг/м 3 , потому что при высокой заданной плотности пеномасса с высокой кратностью пены не имеет достаточной механической прочности и дает усадку в процессе ее отверждения.

Предлагаемый способ изготовления теплоизоляционного материала обладает высокой экологической безопасностью производства, так как в предлагаемом способе используют компоненты, не содержащие вредных легколетучих органических соединений.

Теплоизоляционный материал, получаемый предлагаемым способом, также обладает рядом существенных отличий от ранее известных:

материал пожарнобезопасностный, имеющий группу горючести НГ (несгораемый);

- широкий температурный интервал эксплуатации от -60 до 250°С;

- высокое значение допустимой разности температур «холодной» и «горячей» поверхности теплоизоляционных изделий (более 100°С при толщине теплоизолирующего слоя 100 мм);

- возможность регулирования предела прочности при сжатии в интервале от 100 до 250 кПа путем изменения плотности материала от 100 до 250 кг/м 3 .

Для реализации заявленного способа можно использовать следующие экологически чистые вещества (компоненты).

В качестве жидкого стекла используют, например, 40%-ное натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 3 (ГОСТ 13078-81).

В качестве отвердителя используют, например, натрия гексафторсиликат (ТУ 113-08-587-86), или натрия гексафтортитанат (ТУ 6-09-01425-77), или их смеси при любом соотношении компонентов.

В качестве наполнителя используют, например, асбест-хризотил (ГОСТ 12871-93).

В качестве пенообразователя используют, например, триэтаноламмонийную соль лаурилсульфата (торговое название пенообразователь 3, ТУ 6-14-508-80, изменение 1) или натриевую соль лаурилсульфата.

Предлагаемый способ изготовления теплоизоляционного материала осуществляют следующим образом:

Предлагаемый способ можно осуществлять, например, при атмосферном давлении.

Сначала компоненты композиции перед их смешиванием готовят раздельно:

1) нагревают натриевое жидкое стекло до температуры 35-45°С, при которой обеспечивается технологически приемлемое время отверждения пеномассы (15-40 мин).

2) замачивают длинноволокнистый наполнитель, например, асбест-хризотил в воде при соотношении асбест-хризотил - вода 1:4÷1:8 в течение 1-4 час для обеспечения последующего образования однородной по составу вспененной композиции.

Жидкое стекло, водную взвесь асбеста-хризотила и отвердитель последовательно загружают в аппарат-смеситель при работающей мешалке и с помощью пеногенератора включают подачу пены.

Пену готовят из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата. Кратность пены регулируют в зависимости от заданной плотности готового теплоизоляционного материала. Более плотному конечному продукту соответствует пена с низкой кратностью. Например, при плотности теплоизоляционного материала 100 кг/м 3 следует использовать пену с кратностью примерно 30, при плотности 150 кг/м 3 - 15, при плотности 250 кг/м 3 - 10.

С увеличением кратности пены, с одной стороны, уменьшается ее механическая прочность и при получении материала с высокой конечной плотностью твердеющая пена будет давать нежелательную усадку.

С другой стороны, при низкой кратности пены в композиции уменьшается содержание воды, которую впоследствии необходимо испарить, что требует дополнительных энергозатрат.

Смешивание компонентов композиции ведут в течение 5-6 мин до образования однородной смеси.

Вспененную композицию выливают в термоизолированную форму и подвергают воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой.

Вспененная композиция может быть подвергнута воздействию электромагнитного излучения с частотой электромагнитных колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин.

Сушку композиции могут вести в сушилке туннельного типа путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100°С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0,5% в зависимости от технологических возможностей производства и технических требований, предъявляемых к теплоизоляционному материалу.

Рассмотрим пример выполнения способа изготовления теплоизоляционного материала.

В аппарат-смеситель емкостью 10 л заливают предварительно подготовленные 1,5 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 3, включают мешалку и загружают 100 г асбеста-хризотила, предварительно суспендированного в 500 мл воды, и 300 г натрия кремнефтористого, через 2-3 мин с помощью пеногенератора в аппарат подают пену с кратностью, равной 25, полученную из раствора 50 г триэтаноламмонийной соли лаурил-сульфата в 450 мл воды до заполнения аппарата. Суммарное время перемешивания составляет 5-6 мин.

Для увеличения дисперсности полученной пены и уменьшения размеров пузырьков, ее образующих, вспененную композицию подвергают дополнительной кавитации.

Полученную пену выливают в термоизолированную форму размерами 210×215×220 мм и подвергают электромагнитному излучению с частотой 433,92±0,87 МГц и мощностью 1 КВт в течение 40 минут. Отвердевшую композицию перекладывают на поддон и высушивают, плавно поднимая температуру до 95-100°С при одновременном снижении влажности воздуха от 100 до 10% в течение 6-8 час.

В аппарат-смеситель емкостью 10 л заливают 2,2 л 40%-ного натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,8, включают мешалку и засыпают 80 г асбеста-хризотила и 400 г натрия гексафтортитаната, через 2-3 мин с помощью пеногенератора в аппарат подают пену с кратностью, равной 15, полученную из раствора 50 г натриевой соли лаурилсульфата в 450 мл воды до заполнения аппарата. Суммарное время перемешивания составляет 5-6 мин.

Для увеличения дисперсности полученной пены и уменьшения размеров пузырьков, ее образующих, вспененную композицию подвергают дополнительной кавитации.

Полученную вспененную композицию выливают в термоизолированную форму размерами 210×215×220 мм и воздействуют на нее электромагнитным излучением с частотой 2375±50 МГц и мощностью 1 КВт в течение 30 минут.

Отвердевшую композицию перекладывают на поддон и высушивают, плавно поднимая температуру до 95-100°С при одновременном снижении влажности воздуха от 100 до 5% в течение 6-8 час.

Все приведенные режимы способа получения теплоизоляционного материала были получены экспериментальным (лабораторным) путем.

Полученные изделия подвергали испытаниям: теплопроводность определяли по ГОСТ 7076-99, показатели пожарной опасности - по ГОСТ 30244-94, механические характеристики - по ГОСТ 17177-94.

Показатель горючести определяли по двум параметрам: 1) убыль массы (в процентах) образцов диаметром 45 мм и высотой 50 мм и 2) прирост температуры пламени над образцами (°С).

Предельную допустимую разность температур «холодной» и «горячей» поверхности теплоизоляционных изделий определяли следующим образом. Образцы изделий размерам 220×210×100 мм помещали между стеклянной и стальной пластинами, температура стеклянной оставалась постоянной в пределах (0±0,1°С), а стальной постепенно повышалась на 10°С в час. При этом фиксировали разность температур, при которой появлялась первая трещина в материале.

Эта разность, обозначаемая в табл.2 как t, определяет возможность использования изделий в качестве строительных теплоизоляторов.

Для сравнения изготавливали изделия способом-прототипом, используя следующие компоненты, мас.%:

- натриевое жидкое стекло (плотность 1,36, содержание Na 2 O 8,6%

40

по весу, содержание SiO 2 25,4% по весу)

- отвердитель - эфир хлормуравьиной кислоты

10

- вспенивающий агент - трихлорфторметан

10

- эмульгатор - Nа-С 14 -алкилсульфонат

0,5

- наполнитель-асбест

3

Для получения корректных сравнительных данных изделия, полученные способом-прототипом, испытывали в условиях, аналогичных условиям испытаний изделий, полученных заявляемым способом.

Примеры способов получения теплоизоляционных изделий заявленным способом при разном содержание различных компонентов смесей и режимов их обработки электромагнитным излучением приведены в табл.1.

Результаты сравнительных испытаний изделий, указанных в табл.1, и изделий по прототипу представлены в табл.2.

Как с очевидностью следует из представленных данных, заявленный способ позволяет получать изделия с высокими качественными характеристиками.

Таблица 1

Примеры заявленного способа

Состав композиции, мас.%

Примеры способов

1

2

3

Натриевое жидкое стекло -

30%, силикатный модуль 2,8

77

-

-

40%,силикатный модуль 4

-

74

-

50%, силикатный модуль 4,5

-

-

71

Отвердитель -

натрия гексафторсиликат

9,1

-

-

натрия гексафтортитанат

-

8,9

-

смесь натрия гексафторсиликата и натрия гексафтортитаната (9:1 по весу)

-

-

8,5

Пенообразователь -

триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата

3,2

-

-

триэтаноламмонийная соль лаурилсульфата

-

1,2

-

натриевая соль лаурилсульфата

-

-

0,9

Наполнитель -

асбест А2

2,4

-

-

асбест A3

-

3,4

-

асбест А5

-

-

5,5

Вода

остальное

остальное

остальное

Условия воздействия электромагнитным излучением

Частота электромагнитного излучением излучения, МГц

2375±50

5800±75

433,9±0,9

Продолжительность облучения, мин

30

45

60

Таблица 2

Качественные показатели

Примеры

Наименование показателя

1

2

3

Прототип

Выделение трихлорфторметана, мг/м 3 :

в воздухе рабочей зоны*

0

0

0

2100

в помещении**

0

0

0

110

Показатель горючести:

- убыль массы, %

5

3

10

65

- прирост температуры, °С

11

12

10

50

- группа горючести

НГ

НГ

НГ

Г2

t, °C

120

130

150

60

Предел прочности при сжатии, кПа

200

145

120

50

Коэффициент теплопроводности, ·10 3 , Вт/(м·К)

38

36

34

34

Плотность, кг/м 3

200

150

120

60

* Предельно допустимая концентрация трихлорфторметана в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м 3

** В соответствии с гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03. предельно допустимая среднесуточная концентрация трихлорфторметана в атмосферном воздухе составляет 10 мг/м 3 .

Формула изобретения

1. Способ изготовления теплоизоляционного материала, состоящий из подготовки исходной композиции материала, путем перемешивания ее компонентов, вспенивания композиции, ее разлива и отверждения в форме, при этом в состав композиции входят 30-50% натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8-4,5, отвердитель на основе соединений, выделяющих кислоту в воду, пенообразователь, наполнитель и вода, отличающийся тем, что компоненты композиции перед смешиванием готовят раздельно, путем предварительного нагрева натриевого жидкого стекла и замачивания длинноволокнистого наполнителя в воде, подготовки пены из пенообразующего раствора, представляющего собой водный 1,5-3,2%-ный раствор триэтаноламмонийной или натриевой соли лаурилсульфата, при этом пену, кратность которой зависит от заданной плотности готового теплоизоляционного материала, начинают вводить в момент предварительного смешивания жидкого стекла, суспензии наполнителя и отвердителя, причем перемешивание вспененной композиции продолжают до образования однородной смеси, затем заполняют вспененной композицией термоизолированную форму и подвергают ее воздействию электромагнитного излучения с последующей сушкой, при этом композиция содержит компоненты или их смеси при любом их соотношении при следующем содержании компонентов, мас.%:

отверждаемая основа -

30-50%-ное натриевое жидкое

стекло с силикатным модулем 2,8-4,5

71-77

отвердитель -

или натрия гексафторсиликат (Nа 2 SiF 6 ),

или натрия гексафтортитанат (Nа 2 TiF 6 ),

или их смеси при любом соотношении компонентов

8,5-9,1

пенообразователь -

или натриевая, или триэтаноламмонийная

соль лаурилсульфата

0,9-3,2

наполнитель - асбест-хризотил марок

или А5, или А4, или A3 или А2

2,4-5,5

вода

остальное

2. Способ изготовления теплоизоляционного материала по п.1, отличающийся тем, что композицию подвергают воздействию электромагнитного излучения с частотой колебаний от 434 до 9100 МГц в течение 30-120 мин.

3. Способ изготовления теплоизоляционного материала по п.1, отличающийся тем, что заливку пены осуществляют с дополнительной кавитацией.

4. Способ изготовления теплоизоляционного материала по п.1, отличающийся тем, что сушку композиции ведут путем плавного поднятия температуры воздуха от 50 до 100°С при одновременном снижении его влажности от 100 до 0, 5%.

5. Способ изготовления теплоизоляционного материала по п.1, отличающийся тем, что кратность пены выбирают в пределах от 10 до 30 в зависимости от заданной плотности готового теплоизоляционного материала.

6. Способ изготовления теплоизоляционного материала по п.1, отличающийся тем, что нагревают натриевое жидкое стекло до температуры 35-45°С.