состав для изготовления гидрофобных теплоизоляционных минераловатных материалов

Формула изобретения

Состав для изготовления гидрофобных теплоизоляционных минераловатных материалов, включающий стекловату, связующее, отличающийся тем, что он содержит связующее органо-минеральное в виде 5-10%-ной водной эмульсии нефтепромыслового отхода, образующегося при добыче и транспортировке нефти, содержащего 18,2-62,8% минеральной части и 37,2-81,2 органической части, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стекловата 39,3-73,6

Указанный нефтепромысловый отход 1,3-6,1

Вода Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве гидрофобных минераловатных материалов со связующим, высокоэффективного средства для теплоизоляции трубопроводов и других подземных сооружений, а также для создания систем утепления ограждающих конструкций, находящихся при непосредственном контакте с водой и ее проявлениями.

Известен состав для обработки неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов, со следующим соотношением компонентов, мас.%: винилдиорганополисилоксан - 23,6-49,7, органогидридполисилоксан - 14,5-37, этиловый эфир ортокремниевой кислоты или продукт его частичной гидролитической конденсации - 0,3-2, -аллиловый эфир полиэтиленгликоля - 0,5-3, неионогенный эмульгатор - 1-5, вода - 25,6-46,6 /А.с. 1711476 СССР, МКИ C08L 83/07. Состав для обработки волокнистых материалов/ Фомина Р.Г. - №4453577/05; заявл. 18.05.88; опубл. 20.10.99/ [1]. Недостатком данного состава является повышенное водопоглощение и плотность.

Известен состав гидрофобного теплоизоляционного материала на основе неорганического волокнистого материала, состоящий из минеральной ваты, диспергатора, пенообразователя и водорастворимого кремнийорганического соединения формулы [C₂ H₅Si(OH)₂ONa] _4-10 /Заявка 96106029 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Способ получения гидрофобного теплоизоляционного материала/ Фурчков В.А., Чепурин Б.П. и др., - заявл. 21.03.96; опубл. 27.06.98/ [2]. Недостатком данного состава является то, что он содержит кремнийорганические полимеры, которые не растворяются в дисперсионной среде и придают материалу повышенную среднюю плотность.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав производства ОАО "Флайдерер-Чудово", состоящий из стеклянной ваты 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 водопоглощение сильно завышены.

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

Технический результат изобретения - снижение сорбционной влажности и водопоглощения гидрофобных теплоизоляционных минераловатных материалов, а также повышение водоупрочнения материалов на основе минеральных и стеклянных волокон.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном составе для изготовления гидрофобных теплоизоляционных минераловатных материалов, включающем стекловату, связующее, особенностью является то, что он содержит связующее органо-минеральное в виде 5-10%-ной водной эмульсии нефтепромыслового отхода, образующегося при добыче и транспортировке нефти, содержащего 18,2-62,8% минеральной части и 37,2-81,2 органической части, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Стекловата	39,3-73,6
Указанный нефтепромысловый отход	1,3-6,1
Вода	Остальное

где входящие в состав смеси составляющие имеют свое назначение:

- стекловата используется для создания каркаса материала,

- органо-минеральное связующее - в качестве пропитки и для создания гидрофобных связей в волокнах,

- вода - для создания дисперсионной среды.

В качестве пропитки использовался состав на основе органо-минеральной эмульсии. Появление и накопление отходов в нефтепромысловых районах обусловлено добычей и транспортировкой нефти. Происходящая при этом пропитка грунта (глин, песков, карбонатов) способствует обогащению его нефтью и образованию месторождений нефтезагрязненных грунтов, объемы которых превышают десяток миллионов тонн.

Вещественный состав отходов, содержащих нефть, зависит от условий их образования, состава нефти и вида минеральных загрязнителей. Отличием отходов нефтедобычи от отходов нефтепереработки является большое количество минералов (50-81%), представленных: примесями металлов, кварцем, гидроксидами железа, алюминия, кальция.

Вещественный состав органо-минерального связующего представлен:

- минеральной частью 62,8-18,2% кварц, СаСО ₃, MgCO₃, Fe₂ O₃, Fe(ОН)₃, FeS, Fe₂S;

- органической частью 37,2-81,2% асфальто-смолистые вещества, парафины, парафино-цезериновые вещества.

Органическая часть является водоотталкивающим компонентом, а минеральная - оседает на волокне.

В опытах использовалось органо-минеральное связующее производства г.Усинск следующего химического состава, %: SiO₂ - 72,1; Al ₂O₃ - 7,3; Fe₂ O₃ - 11,4; CaO - 4,2; MgO - 1,7; SO ₃ - 0,93; R₂O - 1,86; остальное - потери при прокаливании. Содержание воды, отделившейся при расслоении связующего, составило 35%. Потери воды при высушивании на воздухе (20-25°С) - 16,1%.

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

Подготавливают эмульсию с содержанием 5-10% органо-минерального связующего от массы воды путем тщательного перемешивания. Перемешивание, при котором образуется пленка на поверхности воды, продолжается до равномерного распределения связующего в воде. Эту эмульсию проливают на стеклянную вату несколько раз со всех сторон. После 10-15 минут проливки стекловату взвешивают. Если увеличение по массе составляет более 2-4%, то проливку продолжают до стабилизации веса, пока прирост по массе не составит менее 2%. Уменьшение прироста массы стекловаты объясняется тем, что органические вещества по порам постепенно проникают внутрь стекловаты, а при заполнении пор на поверхности образуется тонкая органическая пленка, которая в свою очередь прекращает прилипание веществ и стабилизирует массу материала. После этого образцы сушат до постоянной массы в сушильных шкафах. При сушке достигается эффект расклинивания и изгибания волокон, что благоприятно сказывается на структурообразовании и положительно влияет на теплофизические свойства материала.

Высокое содержание щелочных окислов и тонкий диаметр волокна снижают водостойкость материала, а следовательно, и увеличивают водопоглощение материала. Минеральные соединения, которые содержатся а органо-минеральном связующем, легко осаждаются на волокна, образуя минеральный гель. Минеральный гель содержит относительно немного гидрофильного компонента - оксида кремния, а органические вещества образуют тонкую гидрофобную пленку, так как по своей природе являются клеями. При твердении гель превращается в твердую оболочку, которая уменьшает выщелачиваемость и растворимость волокон, увеличивая тем самым водостойкость и водопоглощение, не ухудшая при этом устойчивости к сорбционному увлажнению. Твердая фаза частиц представлена нерастворимыми в воде микродисперсными минеральными частицами. Располагаясь на поверхности волокон, частицы связующего образуют качественно новый по строению материал, который утяжеляется в пределах данной марки по плотности, 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 10% концентрацией шлама от массы воды, запредельный с концентрацией 15% шлама от массы воды для плотностей 13-16 кг/м³ и 50-66 кг/м³. 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 материалы, полученные по предложенным составам, снижают водопоглощение и сорбционную влажность, а также повышают водоупрочнение стекловаты.

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

Таблица 2
Состав	Интервал плотности, кг/м 3	Полученная плотность, кг/м 3	Сорбционная влажность, %	Водопоглощение через 24 часа, %
1	13-16	17,36	0,63	50,13
	50-66	47,39	0,17	10,03
2	13-16	19,6	4,16	30,4
	50-66	63,5	1,49	15,6
Запредельный	13-16,	27,28	6,12	90,2
	50-66	76,4	5,6	45,6
Прототип	13-16	12,79	4,44	98,5
	50-66	46,73	1,63	34,4

Список источников информации

1. А.с. 1711476 СССР, МКИ C08L 83/07. Состав для обработки волокнистых материалов / Фомина Р.Г. - №4453577/05; заявл. 18.05.88; опубл. 20.10.99.

2. Заявка 96106029 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Способ получения гидрофобного теплоизоляционного материала / Фурчков В.А., Чепурин Б.П. [и др.]. - заявл. 21.03.96; опубл. 27.06.98.

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