состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций

Формула изобретения

Состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций, включающий стекловату, наполнитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве наполнителя карбонатный шлам с удельной поверхностью частиц 5000-8000 см² /г и их концентрацией 5-6% от массы его воды, образующийся при водоумягчении сточных вод ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стекловата	24,0-24,1
Карбонатный шлам	2,5-3,0
Вода	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве водостойких газонаполненных минераловатных композиций без синтетических связующих, как общего, так и специального назначения.

Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, со следующим соотношением компонентов, мас.%: макулатура - 64,5; борная кислота - 12,9; кремнийорганическая жидкость марки 136-41 - 3,2; вода - 19,4 /Пат. 2123485 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Состав сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала / Радина Т.Н., Карнаухов Ю.П. - №96124144/03; заявл. 20.12.96; опубл. 20.12.98/ [1]. Недостатком данной смеси является высокая сорбционная влажность и водопоглощение.

Также известен сырьевой состав, получаемый путем отлива и обезвоживания суспензии - продукта смешивания минерального волокна с водой и добавлением связующего - золя кремниевой кислоты с размером частиц 2-3 мкм при его концентрации в суспензии 5-25 мас.% с рН, равным 8,5-9,5 единицам /Заявка 97101515 Российская Федерация, МПК С04В 28/24. Способ получения теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, способ и установка для формования изделия по этому способу / Гольденфанг Б.Г, Хабаров В.Н. - заявл. 27.01.97; опубл. 27.03.99/ [2].

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного вещества, относится то, что данный состав имеет повышенную водорастворимость и сорбционную влажность.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав производства ОАО "Флайдерер-Чудово", состоящий из стекловаты с диаметром волокон 4-5 мкм с содержанием кремнезема 73% и суммарным содержанием оксидов натрия и кальция около 20% и синтетического связующего /ТУ 5763-002-00287697-97. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна URSA. - Введ. 26.04.1998. - М., 1997/ [3].

Принят за прототип.

Недостатком данного состава является то, что в рентгеновских спектрах этого состава обнаружены кристаллы кварца, которые снижают адгезию водоотталкивающих агентов, и такие характеристики, как сорбционная влажность и водостойкость сильно завышены.

Сущность изобретения заключается в разработке состава для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций на основе минеральных и стеклянных волокон из недефицитного местного сырья и отходов.

Технический результат изобретения - снижение сорбционной влажности и повышение водостойкости минераловатных композиций.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известный состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций, включающий стекловату, наполнитель и воду, в качестве наполнителя дополнительно вводят карбонатный шлам с удельной поверхностью частиц 5000-8000 см²/г и их концентрацией 5-6% от массы его воды, образующийся при водоумягчении сточных вод ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

стекловата - 24,0-24,1

указанный карбонатный шлам - 2,5-3,0

вода - остальное,

где входящие в состав компоненты-составляющие имеют свое назначение:

- стекловата используется для создания каркаса материала,

- карбонатный шлам - в качестве минерального наполнителя,

- вода - для создания дисперсионной среды.

Карбонатный шлам образуется при водоумягчении сточных вод ТЭЦ и представляет собой пастообразный материал дисперсностью 5000-8000 см²/г. Основным компонентом шлама является СаСО₃, с небольшой примесью MgCO ₃ и Fe₂O₃.

Образование карбонатных шламов связано преимущественно с гидролитической полимеризацией гидроксидов металлов в процессе водоочистки или водоподготовки. По условиям образования, размеру и форме частиц минеральные осадки - микрогетерогенные коллоидно-дисперсные системы, в которых твердой фазой являются нерастворимые в воде аморфизированные гидроксиды металлов, тонкодисперсный гидроксид кальция, основные карбонатные соли, а дисперсной средой - вода. Образовавшись как химические осадки, шламы имеют пространственную координацию дисперсной фазы, обусловленную сцеплением частично-ориентированных коллоидных частиц и кристаллов в жидкой среде - воде. Коллоидные частицы играют роль коагуляционной сетки, связывающей в пространственный каркас кристаллические соединения. Относительно крупные частицы извести и карбонатов с правильной огранкой кристаллов и относительно малой удельной поверхностью образуют в водных дисперсиях контакты преимущественно по углам и ребрам, а коллоидные сферические частицы гидроксидов металлов являются неорганическими клеями. Шламы являются самыми тонкодисперсными частицами, которые увеличивают воздухововлекающую способность, повышают водоотталкивающие свойства и являются микроуплотняющими добавками.

В работе использовался карбонатный шлам следующего состава, мас.%: SiO₂ - 1; Fe ₂О₃ - 8,6; СаО общий - 52,3; MgO - 2,7; SO₃ - 1,84; CaO активный - 1,05; потери при прокаливании - 39,8.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Подготавливают карбонатно-шламовую суспензию с содержанием шлама 5-6% от массы воды путем тщательного перемешивания. При перемешивании частицы шлама начинают диспергировать, создавая взвесь. Методом окунания в суспензию стеклянную вату пропитывают шламом. После 10-15 минут пропитывания стекловату вынимают из ванны и взвешивают. Если увеличение по массе составляет более 2-4%, то окунание продолжают до тех пор, пока прирост по массе не составит менее 2%. После этого образцы сушат до постоянной массы в сушильных шкафах. При этом достигается эффект расклинивания и изгибания волокон, что благоприятно сказывается на структурообразовании и положительно влияет на теплофизические свойства материала.

Данный эффект оказывает действие на водостойкость. Высокое содержание щелочных окислов и тонкий диаметр волокна снижают водостойкость материала. Так как у карбонатного шлама знак электрического заряда поверхности положительный и частицы карбонатного шлама имеют высокую удельную поверхность - 5000-8000 см ²/г, они легко осаждаются на волокна, образуя минеральный гель. При твердении гель превращается в твердую оболочку, уменьшающую выщелачиваемость и растворимость волокон, увеличивая тем самым водостойкость и не ухудшая при этом устойчивости сорбционному увлажнению. Твердая фаза частиц шлама представлена нерастворимыми в воде ультра- и микродисперсными частицами. Располагаясь на поверхности волокон, микрочастицы шлама образуют качественно новый по строению материал, который практически не утяжеляется, так как в твердой фазе содержатся замкнутые микропоры. Тем самым можно достичь минимального увеличения по плотности.

Для экспериментальной проверки эффективности данного состава были приготовлены 6 составов: с 5% и 6% концентрацией шлама от массы воды, запредельный с концентрацией 10% шлама от массы воды для плотностей 13-16 кг/м³ и 50-66 кг/м ³. Все составы, в том числе и прототип, приведены в табл.1. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Из приведенных данных видно, что технический результат достигнут - минераловатные композиции, полученные по предложенным составам несколько снижают водопоглощение, повышают водостойкость и снижают сорбционную влажность.

Использование изобретения позволяет получать водостойкие газонаполненные композиции на основе минеральных и стеклянных волокон из недефицитного недорогого местного сырья и отходов, которые превосходят аналоги по ряду характеристик.

Таблица 1
Компоненты			Состав, мас.%
			1	2		Запредельный		Прототип
Стекловата			24,0	24,1		22,2		94,1
Карбонатный шлам Sуд 8000 см2/г			2,5	3,0		5,2		-
Синтетическое связующее			-	-		-		5,9
Вода			73,5	72,9		72,6		-
Таблица 2
Состав	Интервал плотности, кг/м3	Полученная плотность, кг/м3			Сорбционная влажность, %		Водопоглощение через 24 часа, %
1	13-16	21,34			3,85		80,67
	50-66	56,31			1,4		27,34
2	13-16	22,57			4,16		50,67
	50-66	63,5			1,45		23,56
Запредельный	13-16	27,28			6,12		100,3
	50-66	82,76			4,49		40,1
Прототип	13-16	12,79			4,44		98,5
	50-66	46,73			1,63		34,4

Список источников информации.

1. Пат. 2123485 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Состав сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала / Радина Т.Н., Карнаухов Ю.П. - №96124144/03; заявл. 20.12.96; опубл. 20.12.98.

2. Заявка 97101515 Российская Федерация, МПК С04В 28/24. Способ получения теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, способ и установка для формования изделия по этому способу / Гольденфанг Б.Г., Хабаров В.Н. - заявл. 27.01.97; опубл. 27.03.99.

3. ТУ 5763-002-00287697-97. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна URSA. - Введ. 26.04.1998. - М., 1997.